Mùa Xuân ở bán cầu bắc của sao Hỏa được đặc trưng bởi hoạt động năng động phong phú của khí quyển. Hoạt động này xảy ra ở rìa của chỏm cực, thường được tiết lộ bởi sự hiện diện của các cơn bão bụi địa phương.
Một nghiên cứu mới đi sâu hơn vào hai bão bụi sao hỏa xảy ra gần Bắc Cực của sao hỏa vào năm 2019. Các mẫu mây giống Trái đất một cách đáng ngạc nhiên, chỉ ra các quá trình hình thành tương tự.
Mars Express của ESA đã theo dõi các cơn bão vào mùa xuân ở Bắc Cực. Nó phát hiện ra rằng sao Hỏa tạo ra các mô hình đám mây giống Trái đất một cách đáng ngạc nhiên, gợi nhớ đến những mô hình ở các vùng nhiệt đới của hành tinh chúng ta.
Hai camera trên tàu sao hỏa tốc hành – Camera Giám sát Trực quan (VMC) và Camera Âm thanh nổi Độ phân giải Cao (HRSC) – cùng với camera MARCI trên Tàu quỹ đạo Trinh sát Sao Hỏa của NASA, đã chụp ảnh các cơn bão từ quỹ đạo.
Chuỗi hình ảnh VMC cho thấy cách các cơn bão thể hiện các chu kỳ phát triển và biến mất lặp đi lặp lại trong nhiều ngày. Các chế độ xem rộng hơn của hình ảnh HRSC hiển thị rõ ràng các cấu trúc xoắn ốc. Các vòng xoắn ốc, có phạm vi từ 1000 đến 2000 km, có cùng nguồn gốc hình thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới như những gì được thấy ở vĩ độ trung bình và vĩ độ của Trái đất.
Những hình ảnh tiết lộ một hiện tượng cụ thể trên tháng ba. Chúng chỉ ra rằng các cơn bão bụi trên sao Hỏa được tạo thành từ các tế bào mây nhỏ hơn cách đều nhau được sắp xếp giống như hạt hoặc đá cuội. Kết cấu cũng được nhìn thấy trong các đám mây ở khí quyển của Trái đất.
Chuỗi hình ảnh VMC cho thấy cách các cơn bão thể hiện các chu kỳ phát triển và biến mất lặp đi lặp lại trong nhiều ngày. Các chế độ xem rộng hơn của hình ảnh HRSC hiển thị rõ ràng các cấu trúc xoắn ốc. Các vòng xoắn ốc, có phạm vi từ 1000 đến 2000 km, có cùng nguồn gốc hình thành xoáy thuận ngoại nhiệt đới như những gì được thấy ở vĩ độ trung bình và vĩ độ của Trái đất.
Hình ảnh cho thấy một hiện tượng sao Hỏa cụ thể. Họ chứng minh rằng các cơn bão bụi trên sao Hỏa bao gồm các tế bào mây nhỏ hơn cách đều nhau và xếp thành mảng như hạt hoặc đá cuội. Những đám mây trong bầu khí quyển của Trái đất cũng có thể được coi là có kết cấu.
Đối lưu, nơi không khí nóng tăng lên vì nó nhẹ hơn không khí mát hơn, tạo ra kết cấu dễ nhận biết. Khi không khí bốc lên ở trung tâm của các ô mây nhỏ, loại đối lưu này, được gọi là đối lưu ô kín, xảy ra. Những khoảng trống của bầu trời xung quanh các tế bào mây là những con đường để không khí mát hơn chìm xuống bên dưới luồng không khí nóng đang bốc lên.
On Trái đất, nước có trong không khí bay lên cao ngưng tụ tạo thành mây. Hình ảnh đám mây bụi của Mars Express cho thấy hiện tượng tương tự, nhưng trên sao Hỏa, các cột không khí bốc lên được tạo thành từ bụi chứ không phải nước. Không khí chứa đầy bụi được Mặt trời đốt nóng, khiến nó bay lên và tạo thành các tế bào bụi. Các khu vực không khí chìm có ít bụi hơn bao quanh các tế bào. Điều này dẫn đến mô hình dạng hạt có thể được nhìn thấy trong hình ảnh của các đám mây trên Trái đất.
Các nhà khoa học đã theo dõi chuyển động của tế bào trong các hình ảnh để đo tốc độ gió. Người ta phát hiện ra rằng gió thổi qua các đặc điểm của đám mây với tốc độ lên tới 140 km/h. Điều này mở rộng hình dạng của các tế bào theo hướng gió. Bất chấp bầu khí quyển hỗn loạn và năng động của sao Hỏa và Trái đất, thiên nhiên vẫn tạo ra những mô hình có trật tự này.
Colin Wilson, nhà khoa học dự án Mars Express của ESA, cho biết, “Khi nghĩ về bầu khí quyển giống sao Hỏa trên Trái đất, người ta có thể dễ dàng nghĩ đến sa mạc hoặc vùng cực. Sau đó, điều khá bất ngờ là thông qua việc theo dõi sự chuyển động hỗn loạn của các cơn bão bụi, người ta có thể rút ra những điểm tương đồng với các quá trình xảy ra ở các vùng nhiệt đới ẩm, nóng và chắc chắn là rất không giống sao Hỏa của Trái đất.”
Các bức ảnh của VMC đã làm cho việc đo độ cao của các đám mây bụi trở nên khả thi, đây là một khám phá quan trọng. Chiều cao của những đám mây trên bề mặt sao hỏa được xác định bằng cách đo độ dài của bóng mà chúng ném ra và kết hợp thông tin đó với kiến thức về vị trí của Mặt trời. Các phát hiện cho thấy bụi có thể bốc cao từ 6–11 km trên bề mặt và các tế bào thường có đường kính ngang từ 20–40 km.
Agustín Sánchez-Levaga từ Đại học del País Vasco UPV/EHU (Tây Ban Nha), người đứng đầu nhóm khoa học VMC và là tác giả chính của bài báo, nói, “Bất chấp hành vi không thể đoán trước của các cơn bão bụi trên sao Hỏa và những cơn gió mạnh đi kèm với chúng, chúng tôi đã thấy rằng trong sự phức tạp của chúng, các cấu trúc có tổ chức như mặt trước và mô hình đối lưu tế bào có thể xuất hiện.”
“Sự đối lưu tế bào có tổ chức như vậy không chỉ có ở Trái đất và Sao Hỏa; các quan sát về bầu khí quyển sao Kim của Venus Express được cho là cho thấy các mẫu tương tự. Công trình của chúng tôi về đối lưu khô trên sao Hỏa là một ví dụ nữa về giá trị của các nghiên cứu so sánh về các hiện tượng tương tự xảy ra trong bầu khí quyển của các hành tinh để hiểu rõ hơn về cơ chế làm cơ sở cho chúng trong các điều kiện và môi trường khác nhau.”
Tạp chí tham khảo:
- A. Sánchez- Lavega et al. Các mô hình tế bào và sự đối lưu khô trong các cơn bão bụi có kết cấu ở rìa của Nắp Bắc Cực của Sao Hỏa. Icarus. DOI: 10.1016/j.icarus.2022.115183
