Het lenteseizoen op het noordelijk halfrond van Mars wordt gekenmerkt door rijke atmosferische dynamische activiteit. Deze activiteit vindt plaats aan de rand van de poolkap, wat vaak blijkt uit de aanwezigheid van plaatselijke stofstormen.
Een nieuwe studie duikt dieper in twee stofstormen op Mars die plaatsvond nabij de Noordpool van Mars in 2019. De wolkenpatronen lijken verrassend op de aarde, wat wijst op vergelijkbare vormingsprocessen.
ESA's Mars Express volgde de stormen tijdens de lente op de Noordpool. Daaruit bleek dat Mars verrassend aardachtige wolkenpatronen laat ontstaan die doen denken aan die in de tropische gebieden van onze planeet.
Twee camera's aan boord mars express – de Visual Monitoring Camera (VMC) en de High-Resolution Stereo Camera (HRSC) – samen met de MARCI-camera aan boord van NASA's Mars Reconnaissance Orbiter, brachten de stormen vanuit een baan om de aarde in beeld.
De VMC-beeldenreeks laat zien hoe de stormen gedurende dagen terugkerende cycli van groei en verdwijning vertonen. De bredere weergaven van de HRSC-beelden laten duidelijk spiraalvormige structuren zien. De spiralen, die een bereik hebben van 1000 tot 2000 km, delen dezelfde extratropische cycloongenese als die op de middelste breedtegraden en breedtegraden van de aarde.
De beelden onthullen een bepaald fenomeen maart. Ze laten zien dat de stofstormen op Mars bestaan uit op regelmatige afstanden geplaatste kleinere wolkencellen, gerangschikt als korrels of kiezelstenen. De textuur is ook te zien in wolken in de atmosfeer van de aarde.
De VMC-beeldreeks laat zien hoe de stormen in de loop van dagen terugkerende cycli van groei en verdwijning vertonen. De bredere weergaven van de HRSC-beelden laten duidelijk spiraalvormige structuren zien. De spiralen, die een bereik hebben van 1000 tot 2000 km, delen dezelfde extratropische cycloongenese als die op de middelste breedtegraden en breedtegraden van de aarde.
Afbeeldingen tonen een specifiek fenomeen op Mars. Ze tonen aan dat de stofstormen op Mars zijn samengesteld uit kleinere wolkencellen die gelijkmatig uit elkaar zijn geplaatst en zijn gerangschikt als korrels of kiezelstenen. Je kunt ook zien dat wolken in de atmosfeer van de aarde een textuur hebben.
Convectie, waarbij warme lucht opstijgt omdat deze minder dicht is dan koelere lucht, creëert herkenbare texturen. Wanneer lucht in het midden van kleine wolkencellen opstijgt, treedt dit soort convectie op, bekend als convectie met gesloten cellen. De gaten in de lucht rond de wolkencellen zijn de routes waarlangs koelere lucht onder de hete opstijgende lucht kan zinken.
On De aarde In de opstijgende lucht is water aanwezig, dat condenseert en wolken vormt. De beelden van stofwolken van de Mars Express laten hetzelfde fenomeen zien, maar op Mars zijn de stijgende luchtkolommen gemaakt van stof in plaats van water. Met stof gevulde lucht wordt door de zon verwarmd, waardoor deze opstijgt en stofcellen vormt. Gebieden met zinkende lucht en minder stof omringen de cellen. Dit resulteert in het korrelige patroon dat ook te zien is in afbeeldingen van wolken op aarde.
Wetenschappers volgden de beweging van de cel binnen de beelden om de snelheid van de wind te meten. Er werd ontdekt dat de wind met snelheden tot 140 km/u over de wolken waait. Hierdoor wordt de vorm van de cellen breder in de richting van de wind. Ondanks de chaotische en dynamische atmosfeer van Mars en de aarde creëert de natuur deze ordelijke patronen.
Colin Wilson, ESA's Mars Express-projectwetenschapper, zei: “Als je aan een Mars-achtige atmosfeer op aarde denkt, denk je gemakkelijk aan een woestijn- of poolgebied. Het is dan ook nogal onverwacht dat door het volgen van de chaotische beweging van stofstormen parallellen kunnen worden getrokken met de processen die plaatsvinden in de vochtige, hete en beslist niet-Mars-achtige tropische gebieden van de aarde.”
De VMC-foto's hebben het mogelijk gemaakt om de hoogte van stofwolken te meten, wat een belangrijke ontdekking is. De hoogte van de wolken boven de oppervlak van Mars wordt bepaald door de lengte van de schaduwen die ze werpen te meten en die informatie te combineren met kennis van de positie van de zon. Uit de bevindingen bleek dat stof 6 tot 11 km boven het oppervlak kan opstijgen en dat cellen vaak een horizontale diameter van 20 tot 40 km hebben.
Agustín Sánchez-Levaga van de Universidad del País Vasco UPV/EHU (Spanje), die het VMC-wetenschapsteam leidt en de hoofdauteur is van een artikel, zei, “Ondanks het onvoorspelbare gedrag van stofstormen op Mars en de sterke windstoten die daarmee gepaard gaan, hebben we gezien dat binnen hun complexiteit georganiseerde structuren zoals fronten en cellulaire convectiepatronen kunnen ontstaan.”
“Een dergelijke georganiseerde cellulaire convectie is niet uniek voor de aarde en Mars; observaties van de Venusiaanse atmosfeer door Venus Express laten aantoonbaar vergelijkbare patronen zien. Ons werk aan de droge convectie op Mars is een verder voorbeeld van de waarde van vergelijkende studies van vergelijkbare verschijnselen die zich voordoen in planetaire atmosferen om de onderliggende mechanismen onder verschillende omstandigheden en omgevingen beter te begrijpen.
Journal Reference:
- A. Sánchez-Lavega et al. Celpatronen en droge convectie in gestructureerde stofstormen aan de rand van de Noordpoolkap van Mars. Icarus DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115183
