Sezon wiosenny na północnej półkuli Marsa charakteryzuje się bogatą dynamiczną aktywnością atmosfery. Aktywność ta zachodzi na krawędzi czapy polarnej, co często objawia się obecnością lokalnych burz piaskowych.
Nowe badanie skupia się na dwóch kwestiach marsjańskie burze piaskowe które miało miejsce w pobliżu marsjańskiego bieguna północnego w 2019 roku. Układ chmur jest zaskakująco podobny do ziemskiego, co wskazuje na podobne procesy formowania.
Należąca do ESA sonda Mars Express monitorowała burze wiosną na biegunie północnym. Odkryto, że na Marsie powstają zaskakująco podobne do Ziemi wzory chmur, przypominające te występujące w tropikalnych regionach naszej planety.
Dwie kamery na pokładzie mars express – wizualna kamera monitorująca (VMC) i kamera stereofoniczna o wysokiej rozdzielczości (HRSC) – wraz z kamerą MARCI na pokładzie należącej do NASA sondy Mars Reconnaissance Orbiter sfotografowały burze z orbity.
Sekwencja obrazów VMC pokazuje, jak burze wykazują powtarzające się cykle wzrostu i zaniku w ciągu dni. Szersze widoki obrazów HRSC wyraźnie pokazują struktury spiralne. Spirale, których długość waha się od 1000 do 2000 km, mają tę samą pozatropikalną genezę cyklonów, co te obserwowane na średnich i szerokościach geograficznych Ziemi.
Obrazy ukazują szczególne zjawisko na marzec. Pokazują, że marsjańskie burze piaskowe składają się z regularnie rozmieszczonych mniejszych komórek chmur ułożonych jak ziarna lub kamyki. Teksturę widać także w chmurach atmosfera ziemska.
Sekwencja obrazów VMC pokazuje, jak burze wykazują powtarzające się cykle wzrostu i zaniku w ciągu dni. Szersze widoki obrazów HRSC wyraźnie pokazują struktury spiralne. Spirale, których długość waha się od 1000 do 2000 km, mają tę samą pozatropikalną genezę cyklonów, co te obserwowane na średnich i szerokościach geograficznych Ziemi.
Zdjęcia przedstawiają specyficzne zjawisko marsjańskie. Pokazują, że marsjańskie burze piaskowe składają się z mniejszych komórek chmur rozmieszczonych w równych odstępach i ułożonych jak ziarna lub kamyki. Można również zauważyć, że chmury w atmosferze ziemskiej mają teksturę.
Konwekcja, podczas której gorące powietrze unosi się do góry, ponieważ jest mniej gęste niż chłodniejsze, tworzy rozpoznawalne tekstury. Kiedy powietrze unosi się w środku maleńkich komórek chmur, zachodzi ten typ konwekcji, znany jako konwekcja w komórkach zamkniętych. Szczeliny nieba wokół komórek chmur są drogami, przez które chłodniejsze powietrze opada pod gorące, wznoszące się powietrze.
On ziemia, we wznoszącym się powietrzu występuje woda, która skrapla się, tworząc chmury. Zdjęcia obłoków pyłu wykonane przez Mars Express pokazują to samo zjawisko, ale na Marsie wznoszące się kolumny powietrza składają się z pyłu, a nie wody. Powietrze wypełnione pyłem jest podgrzewane przez Słońce, co powoduje, że wznosi się i tworzy komórki pyłu. Ogniwa otaczają obszary opadającego powietrza, w których jest mniej pyłu. W rezultacie powstaje ziarnisty wzór, który można zobaczyć również na zdjęciach chmur na Ziemi.
Naukowcy śledzili ruch komórki na obrazach, aby zmierzyć prędkość wiatru. Stwierdzono, że wiatr wieje nad elementami chmur z prędkością do 140 km/h. To poszerza kształt komórek w kierunku wiatru. Pomimo chaotycznej i dynamicznej atmosfery Marsa i Ziemi, natura tworzy te uporządkowane wzory.
Colin Wilson, naukowiec zajmujący się projektem Mars Express w ESA, powiedział: „Myśląc o atmosferze podobnej do marsjańskiej na Ziemi, łatwo można pomyśleć o pustyni lub regionie polarnym. Jest zatem całkiem nieoczekiwane, że śledząc chaotyczny ruch burz piaskowych, można wyciągnąć podobieństwa z procesami zachodzącymi w wilgotnych, gorących i zdecydowanie bardzo niepodobnych do Marsa regionach tropikalnych Ziemi”.
Zdjęcia z VMC umożliwiły zmierzenie wysokości chmur pyłu, co jest znaczącym odkryciem. Wysokość chmur nad powierzchnia Marsa określa się poprzez pomiar długości rzucanych przez nie cieni i połączenie tych informacji ze znajomością położenia Słońca. Odkrycia wykazały, że pył może wznieść się na wysokość 6–11 km nad powierzchnię, a poziome komórki często mają średnicę 20–40 km.
Agustín Sánchez-Levaga z Universidad del País Vasco UPV/EHU (Hiszpania), który kieruje zespołem naukowym VMC i jest głównym autorem artykułu, powiedziany, „Pomimo nieprzewidywalnego zachowania burz piaskowych na Marsie i towarzyszących im silnych podmuchów wiatru, zaobserwowaliśmy, że w ramach ich złożoności mogą wyłonić się zorganizowane struktury, takie jak fronty i wzorce konwekcji komórkowej”.
„Taka zorganizowana konwekcja komórkowa nie jest charakterystyczna dla Ziemi i Marsa; obserwacje atmosfery Wenus wykonane przez Venus Express prawdopodobnie wykazują podobne wzorce. Nasza praca nad suchą konwekcją Marsa jest kolejnym przykładem wartości badań porównawczych podobnych zjawisk zachodzących w atmosferach planet w celu lepszego zrozumienia mechanizmów leżących u ich podstaw w różnych warunkach i środowiskach.”
Referencje czasopisma:
- A. Sánchez-Lavega i in. Wzory komórkowe i sucha konwekcja w teksturowanych burzach piaskowych na krawędzi północnej czapy polarnej Marsa. Icarus, DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115183
