Tajemnica długiej na niemal dwa tysiące kilometrów marsjańskiej chmury wreszcie została wyjaśniona
Każdej zimy w pobliżu wulkanu Arsia Mons, położonego na południu Marsa, tworzy się chmura o długości 1800 kilometrów. Pojawia się i znika codziennie przez niemal trzy miesiące. Przez ostatnie lata chmura obserwowana jest przez marsjańskie orbitery, ale to symulacje laboratoryjne skutecznie wyjaśniły jej pochodzenie.
Spis treści:
Czym są chmury i dlaczego ich badanie poszerza naszą wiedzę na temat miejsca, w którym występują? Zacznijmy od tego, że chmura to po prostu zbiór mikroskopijnych kropelek wody lub kryształków lodu unoszonych prądami powietrza. Pojawiają się, bo w atmosferze znajduje się para wodna, która jest wynikiem parowania wód powierzchniowych. Im wyżej w atmosferze znajduje się ta para, tym szybciej ulega ochłodzeniu i się skrapla. W trakcie tego procesu cząsteczki wody osadzają się na drobnych pyłkach w powietrzu. Określa się to mianem kondensacji pary wodnej. Właśnie to tworzy chmurę.
Chmury w Układzie Słonecznym
Chmury tworzą się nie tylko nad naszą planetą. Te wenusjańskie składają się z kwasu siarkowego, na Jowiszu i Saturnie głównie z amoniaku, a na Uranie z metanu. Nad Marsem też obserwujemy chmury, jednak geneza jednej wyjątkowo długiej chmury zdecydowanie wymyka się prostym rozwiązaniom.
Zacznijmy od tego, że każdej zimy w pobliżu wysokiego na 20 km wulkanu Arsia Mons, położonego na południu Marsa, tworzy się chmura o długości 1800 kilometrów i szerokości 150 km. Pojawia się i znika codziennie przez niemal trzy miesiące. Co ważne, Arsia Mons to jedyne miejsce na niskich szerokościach geograficznych Marsa, gdzie w tym okresie roku widuje się chmury. A także jedyny spośród wielu podobnych wulkanów w tym regionie, nad którym tworzy się taka zasłona. Europejski orbiter Mars Express rejestrował codzienny wzrost i zanik chmury przez dwa sezony.
Chmura przechodzi szybki cykl dobowy, który powtarza się każdego ranka przez kilka miesięcy. Zaczyna się tworzyć jeszcze przed wschodem słońca na zachodnim zboczu Arsia Mons, a następnie przez dwie i pół godziny rozszerza się ku zachodowi, rosnąc w niezwykle szybkim tempie – ponad 600 km/godz. – na wysokości 45 km. Potem przestaje się rozrastać, odrywa się od miejsca powstania i jest znoszona dalej na zachód przez silne wiatry na dużych wysokościach, zanim zniknie późnym rankiem, gdy wzrastają temperatury powietrza wraz ze wschodem Słońca.
Atmosfera Marsa
Bazujące na danych Mars Express analizy wykazały, że ta „chmura orograficzna” jest najdłuższą chmurą, jaką kiedykolwiek zaobserwowano na Marsie. Powstaje ona w wyniku wymuszania ruchu wznoszącego powietrza przez ukształtowanie terenu, w tym wypadku przez Arsia Mons. Wilgotne powietrze jest unoszone po zboczach wulkanu w prądach wznoszących i kondensuje się na wyższych, dużo chłodniejszych wysokościach
Pamiętajmy jednak, że atmosfera Marsa jest wyraźnie odmienna od ziemskiej. Przede wszystkim zawiera znacznie więcej drobnych cząstek pyłu, które mogą powodować kondensację pary wodnej i powstawanie cząstek chmur. To prowadzi do powstawania wielu wzorów chmur, których nie obserwujemy na Ziemi. Jednak nawet te symulacje, które uwzględniły wysokie stężenie pyłu w marsjańskiej atmosferze, nie zdołały odtworzyć charakterystycznych cech chmury nad Arsia Mons.
Chmura nad Arsia Mons
Zagadce przyjrzał się Jorge Hernández Bernal z Sorbony we Francji. Badacz przekonuje, że wraz ze współpracownikami odtworzył charakterystyczne cechy długiej marsjańskiej chmury w symulacjach, Pokazują one, że w marsjańskim powietrzu musi znajdować się wyjątkowo dużo pary wodnej. Wcześniej badacze przekonywali, że taki poziom wilgoci w atmosferze Marsa jest niemożliwy ze względu na obecność dużych ilości pyłu. Ale – jak podkreśla Jorge Hernández Bernal – właśnie wysokie stężenie pary wodnej umożliwia powstawanie cząstek chmur drogą nukleacji, w której zmiana fazy (np. zamiana pary wodnej na ciecz) ma swój początek w samej fazie macierzystej, bez pomocy zanieczyszczeń lub powierzchni.
Kiedy naukowcy przeprowadzili symulacje atmosfery wokół Arsia Mons z dużo większą zawartością pary wodnej w powietrzu, uzyskana chmura wyglądała uderzająco podobnie do tej rzeczywistej: z długim ogonem ciągnącym się od wulkanu, który następnie rozprzestrzenia się, tworząc formację analogiczną do tej marsjańskiej.
– Proces ten wymaga w przypadku Marsa znacznie wyższego poziomu nasycenia powietrza wodą. Dlatego w zasadzie sądziliśmy, że nie jest to możliwe na Marsie, albo jest bardzo mało prawdopodobne. Ale w ostatniej dekadzie dowiedzieliśmy się, że na Marsie faktycznie występuje supersaturacja – powiedział Hernández Bernal podczas konferencji Europlanet Science Congress (EPSC) w Helsinkach.
Supersaturacja na Marsie następuje, gdy w rzadkiej atmosferze gromadzi się więcej pary wodnej, niż powinno się zmieścić „normalnie”. Ponieważ nie ma wystarczająco dobrych jąder kondensacji, para „czeka” w nadmiarze – aż nagle tworzy chmury w nietypowy sposób, czasem bardzo gwałtownie i efektownie. I tak najprawdopodobniej wygląda geneza chmury nad Arsia Mons.
Źródło: New Scientist
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.