Марсоходу Perseverance впервые удалось записать звуки пылевого вихря, который перемещался как раз через точку, в которой находилась станция. Кроме микрофонов, одновременно перемещение пылевых масс зафиксировала камера NavCam. Этот вихрь мог быть диаметром около 25, а высотой около 120 метров и передвигался со средней скоростью 5 м/с.
Пылевые вихри, или «пыльные дьяволы» (dust devils) — кратковременное атмосферное явление вихревого перемещения воздушных масс вблизи земной поверхности. Они возникают при сильном нагреве почвы солнечными лучами, поэтому частое место их появления на Земле — пустыни. Такой вихрь выглядит как почти вертикальный столб крутящейся пыли высотой около 10—20 метров, но диаметром лишь несколько метров, и он продолжается всего десятки секунд или минуты. Внутри вихря скорость ветра может достигать десятков метров в секунду, хотя за его пределами может стоять почти штиль. Ключевое условие возникновения вихря — большая разница температур перегретой почвы и более холодных воздушных масс. В принципе, качественно это явление не так сложно описать физически, и это будет частным случаем задачи конвекции воздушных масс при определённых значениях параметров. Но количественный расчёт явления, скорее всего, потребует развёрнутого компьютерного моделирования.
На Марсе пылевые вихри — частое явление, и их фиксировали и другие марсианские станции, в частности есть самые первые фотографии этих явлений, сделанные станциями «Викинг» в 1970-х годах. Робот Perseverance оснащён первым работающим на марсианской поверхности микрофоном на инструменте SuperCam. Его и использовали для первой записи внеземного вихря. Раньше этот микрофон впервые передал на Землю звуки марсианского ветра.
27 сентября 2021 года такой пылевой вихрь случайно прошёл прямо над марсоходом. И микрофон на камере SuperCam как раз зафиксировал его звуки. Марсианский микрофон не работает в непрерывном режиме — его включают примерно на три минуты раз в пару дней. Поэтому такая запись — большая удача, но она вполне ожидаемая. В кратере Jezero — месте работы Perseverance, такие вихри — частое явление. Со времени посадки марсохода удалось увидеть около сотни таких торнадо. Но прохождение торнадо прямо через марсоход, да ещё и с включённым микрофоном, случилось впервые. Аудиозапись была дополнена и снимками с другой камеры — навигационного инструмента NavCam. Сопоставив картинку и звук, планетологи получили в распоряжение фактически видеофрагмент с марсианским торнадо. Далее, эти данные объединили с данными датчиков Mars Environmental Dynamics Analyzer и дополнили моделированием аэродинамической системы — это позволило сделать суждения о размерах и скорости вихря. Статья об исследовании этого марсианского микроторнадо в декабре 2022 года вышла в Nature Communications.
На записи слышно, что звук вихря изменяется в зависимости от его положения, причём этот звук отчётливо неравномерный даже во время нахождения марсохода в вихревом «эпицентре». В некоторый момент звук вихря смолкает, хотя станция находится прямо среди этого микроурагана. В это время микрофон камеры оказазывается в области, которую называют «глазом бури». На Земле это — спокойная область прямо посредине тропического циклона размером в десяток километров. Её появление обусловлено законами динамики вихрей атмосферы, и в марсианском случае мы имеем то же явление, только в меньших масштабах — на десятки метров вместо километров. После затишья на записи шум возобновляется — через микрофон проходит вторая «стенка» этого микроурагана. По этим особенностям динамики удалось оценить параметры вихря. Он имеет высоту около 120, а ширину — 25 метров. Это в несколько раз больше характерных размеров земных вихрей, что как раз предсказуемо из аэродинамики, учитывая малую плотность марсианской атмосферы и низкую гравитацию. Также можно определить, что вихрь перемещался со средней скоростью примерно 5 м/с, которая достигала на пике 11 м/с.
Также на аудиозаписи хорошо различимы удары отдельных пылинок — а это значит, что можно будет, сосчитав количество таких соударений, сделать выводы о плотности вихря и его структуре в разных его участках. Кроме этого, планетологи смогут получить ответ на загадку, которая волнует инженеров марсианских станций уже десятилетия. Дело в том, что в некоторых областях планеты атмосферные смерчи при перемещении взметают вверх столбы пыли — то есть возникают собственно пылевые вихри. Когда они проходят через точку, где расположена та или иная станция, они часто всасывают пыль с их солнечных панелей, тем самым увеличивая срок службы аппарата. Но станциям в других областях везёт меньше: вихри перемещают только массы воздуха, почти не трогая пыль.
Например, солнечные панели марсианской сейсмостанции InSight сейчас покрыты толстым слоем пыли так, что её работу придётся закончить в очень близкой перспективе — в течение нескольких недель (подробнее об этом можно прочитать в отдельной статье). Станцию, как оказалось, разместили на участке, где атмосферные условия не позволяют использовать такие «пылесосы» для очистки. Понимание физики пылевых вихрей может помочь предсказать, на каких участках они более вероятны и тем самым использовать марсианские природные условия более рационально.
