Tajemnicza chmura na Marsie nie dawała zasnąć naukowców od ponad dekady. Pojawia się ona rano i znika wieczorem osiągając wcześniej długość 1800 km. Teraz, po latach starań, zagadkę udało się wreszcie rozwiązać. Naukowcy odkryli, iż za najciekawszą chmurą na Marsie mogą kryć się niezwykle egzotyczne zjawiska fizyczne.
Każdej wiosny i lata na południowej półkuli Marsa, w trakcie marsjańskiej pory pyłowej, możemy zaobserwować wyłanianie się spektakularnej chmury, Wydłużonego Obłoku Arsia Mons (AMEC), najbardziej rzucającej się w oczy chmury na Czerwonej Planecie.
Ta biała smuga lodu wodnego pojawia się po zawietrznej stronie wulkanu Arsia Mons, który ma wysokość 20 km. Chmura formuje się, rośnie i zanika każdego dnia. Rozciąga się na obszarze do 1800 km, zanim gwałtownie wyparuje. Ten cykl powtarza się każdego ranka przez kilka miesięcy .
Sonda Mars Express po raz pierwszy uchwyciła chmurę AMEC w 2018 r. i od tamtej pory wielokrotnie ją obserwowała. Naukowcy zbadali jej ewolucję, dynamikę i intrygujące zachowanie, identyfikując ją jako chmurę orograficzną. To rodzaj chmury obserwowanej również na Ziemi, która powstaje, gdy wiatr przepływa przez skalistą topografię wulkanu lub góry.
Jednak gdy próbowaliśmy dokładnie odtworzyć model, w jaki sposób chmura ożywa, nasze symulacje po prostu nie pokazywały tego, co widzimy na obrazach. Aż do teraz.
Aby stworzyć AMEC w naszym modelowaniu, stwierdziliśmy, iż musimy uwzględnić pewną egzotyczną fizykę… fizykę, która, choć występuje w podręcznikach, jest traktowana jako teoretyczna i zwykle uważa się, iż nie występuje w naturze. Z pewnością nie zaobserwowano jej wcześniej w praktyce. Po uwzględnieniu tej fizyki w naszych symulacjach, AMEC pojawił się dokładnie tak, jak oczekiwaliśmy – mówi Jorge Hernández-Bernal z Sorbonne Université w Paryżu, główny autor nowego badania.
Wyniki badania zostały opublikowane w Nature Geoscience.
„Nigdy wcześniej tego nie widzieliśmy”
Na Ziemi chmury zwykle tworzą się, gdy wilgotne powietrze ochładza się, a para wodna skrapla się w kropelki cieczy lub kryształki lodu. Dzieje się to zwykle w procesie znanym jako nukleacja heterogeniczna, który wymaga obecności w atmosferze cząsteczek innych substancji, na których para wodna może się osadzać i kondensować, na przykład soli, pyłków, sadzy lub pyłu. Na Marsie uważa się, iż jest to pył.
Formowanie się AMEC wydaje się odbywać bez udziału tego „czegoś”. Para wodna przekształca się bezpośrednio w lodowe cząsteczki chmur, bez żadnego pośrednika. To tak, jakby krople kondensacji pojawiały się pośrodku pokoju, a nie na oknie. Nazywamy to jednorodną nukleacją i nigdy wcześniej nie widzieliśmy jej w atmosferze planetarnej. To zupełnie nieoczekiwane – dodaje Jorge.
Wydłużony Obłok Arsia Mons (AMEC)Naukowcy podejrzewają, iż proces ten może zachodzić w górnych warstwach atmosfery Ziemi i Wenus, ale nie został on nigdy zaobserwowany. Wynika to z faktu, iż wymaga on wyjątkowych warunków, z ekstremalnymi poziomami wilgotności względnej, ponad 100 000 razy wyższymi niż te, których doświadczamy na co dzień na Ziemi.
Nie obserwowaliśmy wcześniej takich warunków na Marsie, ale nasze odkrycia zdecydowanie sugerują, iż wilgotność planety rzeczywiście może osiągnąć tak ekstremalne poziomy – mówi Jorge.
Jorge i jego współpracownicy odkryli, iż AMEC znajduje się w wyjątkowym miejscu, w którym cienka atmosfera Marsa oraz ogromna wysokość pobliskiego wulkanu Arsia Mons łączą się, tworząc warunki niezbędne do zaobserwowania tego rzadkiego procesu.
Wynik jest niezwykły
Gdy wiatry przepływają obok Arsia Mons, masyw wulkanu wyzwala potężną falę, która w ciągu zaledwie kilku minut unosi wilgotne masy powietrza na wysokość kilku kilometrów. To gwałtownie schładza atmosferę, powodując spadek temperatury o 30 stopni w ciągu zaledwie 10 minut i gwałtowny wzrost wilgotności względnej. Para wodna następnie spontanicznie zamarza, tworząc cząsteczki chmur AMEC.
– Chociaż niektóre aspekty modelowanej chmury nie do końca pokrywają się z obserwacjami, wynik jest niezwykły – mówi Jorge. – Nie mamy tak wielu informacji o atmosferze Marsa, jak o ziemskiej, więc odtworzenie AMEC w tym stopniu jest dużym sukcesem modelu.
Naukowcy oparli swoje modelowanie na danych z trzech kamer na pokładzie sondy Mars Express : kamery monitoringu wizualnego, kamery stereoskopowej o wysokiej rozdzielczości oraz kamery OMEGA. Mars Express może obrazować duże obszary powierzchni Marsa w wysokiej rozdzielczości i jest jednym z niewielu statków kosmicznych krążących wokół Marsa, obok sondy ExoMars Trace Gas Orbiter należącej do ESA, zdolnych do prowadzenia obserwacji w godzinach porannych, gdy obecny jest AMEC.
Oprócz pogłębienia naszej wiedzy na temat procesów atmosferycznych na Marsie i innych planetach, odkrycie to przypomina, iż nie powinniśmy pomijać mało prawdopodobnych procesów podczas eksploracji innych planet.
