Az ESA Mars Express űrszondájának megfigyelései több mint két évtizednyi működés után is érdekes felfedezésekhez vezetnek.
A Mars légköre rendkívül ritka és száraz, mégis meglepően változatos felhőjelenségek figyelhetők meg benne. Ezek közül is kiemelkedik a bolygó egyenlítőjéhez közel fekvő Arsia Mons furcsa, hosszan elnyúló felhője, amelynek a látványa első pillantásra úgy is tűnhetne, mintha az amúgy valóban vulkanikus eredetű hegy „pöfékelné” magából. (A jelenségről korábban, 2018-ban már az Űrvilágon is részletesebben írtunk.) Ez persze nem igaz, a marsi vulkánok már réges-régóta nem aktívak. Ehelyett az Arsia Mons felhője egy akár 1800 km hosszúságot is elérő, vízjégkristályokból álló légköri alakzat, amely rendszeresen megjelenik a vörös bolygó e hatalmas vulkánjának közelében. Az Európai Űrügynökség (ESA) Mars Express űrszondájának megfigyelései alapján a kutatók most arra a következtetésre jutottak, hogy a felhő kialakulásához egy nagyon ritka, bolygólégkörben eddig közvetlenül nem megfigyelt fizikai folyamat vezethet. Az eredményeket bemutató tanulmányt nemrég a rangos Nature Geoscience folyóiratban közölték.
Az Arsia Mons a Mars Tharsis nevű vulkanikus fennsíkján található, és mintegy 20 km-rel emelkedik a környező síkság fölé. (A Földön ilyen magas helyek nincsenek, de a Marson kisebb a felszíni nehézségi gyorsulás, így a kőzettömeg súlya a földi értéknek alig több mint egyharmada. Továbbá ott nincs a földihez hasonló aktív lemeztektonika, és a felszínen jóval gyengébb az erózió koptató hatása is.) A vulkán közelében a marsi déli félteke tavaszán és nyarán, a porviharok évszakában szinte minden reggel megjelenik egy hosszú, fehéres felhőcsík. A képződmény a szélirányban, a vulkántól nyugat felé nyúlik el, miközben hossza néhány óra alatt elérheti az 1800 km-t. Ezután gyorsan elillan, majd másnap reggel ismét kialakul.
A Mars Express a jelenséget rendszeresen megfigyeli. A kutatók hamar felismerték, hogy orografikus, vagyis domborzati hatásra kialakuló felhőről van szó. Hasonló jelenség a Földön is előfordul, amikor a hegyeknek ütköző nedves levegő felemelkedik, lehűl, és a benne található vízpára kicsapódik. A marsi felhő azonban több szempontból is különleges. Nemcsak rendkívüli mérete és gyors fejlődése miatt, hanem azért is, mert a hagyományos légköri modellek sokáig nem tudták megfelelően reprodukálni a kialakulását.
A felhők kialakulásához általában nem elegendő a levegő lehűlése. A vízgőznek rendszerint apró szilárd részecskékre kell kicsapódnia, amelyek a kondenzáció vagy a jégkristályképződés magjaiként szolgálnak. A Földön ilyenek lehetnek például a porszemcsék, a tengeri sókristályok vagy a koromrészecskék. A Marson elsősorban a légköri por töltheti be ezt a szerepet. A folyamatot gócképződésnek (heterogén nukleációnak) nevezik.
A Mars Express megfigyeléseinek és egy új, részletes meteorológiai modellnek az összevetése azonban arra utal, hogy az Arsia Mons különleges felhője másképpen keletkezhet. A kutatók szerint a vízgőz közvetlenül jégkristályokká alakulhat – anélkül, hogy porszemcsékre vagy más kondenzációs magokra lenne szüksége. Ez az ún. homogén nukleáció, amelyet a fizikusok elméletileg régóta ismernek, de bolygólégkörben eddig még nem sikerült egyértelműen megfigyelni. A folyamat különleges körülményeket igényel: a vízgőznek olyan mértékben kell túltelítetté válnia, ami a földi légkör hétköznapi viszonyai között elképzelhetetlen. A kutatók szerint a szükséges relatív páratartalom több mint százezerszerese lehet a földi környezetünkben megszokott értékeknek. A mostani eredmények alapján úgy tűnik, hogy a Mars légkörében – legalábbis rövid időre és meghatározott helyeken – mégis kialakulhatnak ilyen szélsőséges viszonyok.
Ez a nagy felbontású HRSC-felvétel részletesen ábrázolja az Arsia Mons elnyúlt felhőjét. A 2024. június 24-én készült képen a felhő mintegy 980 km hosszan húzódik a vulkán közelében. A felvétel csaknem 1250 km széles területet mutat. (Kép: ESA / DLR / FU Berlin)
De hogyan jöhet létre ilyen rendkívüli túltelítettség a Mars egyébként igen száraz légkörében? A magyarázat kulcsa az Arsia Mons hatalmas mérete. Amikor a légköri áramlás eléri a vulkánt, a domborzat erőteljes légköri hullámokat gerjeszt. Ezek néhány perc alatt több kilométerrel magasabbra emelhetik a nedves levegőt. Az emelkedés során a levegő gyorsan kitágul és lehűl. A számítások szerint mindössze tíz perc alatt akár 30 °C-os hőmérséklet-csökkenés is bekövetkezhet. Ilyen gyors lehűlés mellett a levegő vízgőztartalma extrém mértékben túltelítetté válhat, ami lehetővé teszi, hogy a jégkristályok közvetlenül a vízgőzből képződjenek.
A kutatók a Mars Express adatait felhasználva egy korszerű regionális légköri modellben szimulálták a jelenséget. Amikor a számításokba beépítették a homogén nukleáció lehetőségét, a modellben végre megjelent a megfigyelésekhez hasonló, gyorsan növekvő, elnyúlt felhő. Bár a szimuláció még nem reprodukálja tökéletesen a felhő valamennyi tulajdonságát, a kutatók szerint ez jelentős előrelépés a jelenség megértésében.
A 2003 óta a Mars körül keringő Mars Express fontos szerepet játszott a felhő vizsgálatában. A kutatók három fedélzeti műszer, a Visual Monitoring Camera (VMC), a High Resolution Stereo Camera (HRSC) és az OMEGA képalkotó spektrométer adatait használták fel. Az űrszonda Mars körüli pályájának egyik előnye, hogy a bolygón a reggeli órákban is képes megfigyeléseket végezni, amikor az Arsia Mons felhője kialakul. A több időpontban készített felvételek segítségével a kutatók néhány órás időskálán követhetik a felhő fejlődését.
Kapcsolódó link:
