Marsin 1800 kilometrin pitkä pilvi paljastaa harvinaista ilmakehän fysiikkaa

Kuva: Illustrative image · European Space Agency · CC BY-SA 3.0 igo · Lähde

Marsin Arsia Monsin yllä muodostuva valtava pitkänomainen vesijääpilvi syntyy epätavallisen fysiikan – homogeenisen nukleaatio – seurauksena, jota on aiemmin pidetty vain teoreettisena eikä sitä ole havaittu luonnossa.

Tutkijat ovat selvittäneet merkittävän ilmakehäilmiön syyn, joka tapahtuu säännöllisesti Arsia Monsin, Marsin sammuneen tulivuoren, yllä. Joka vuosi varhain aamulla muodostuu jättimäinen, jopa 1800 kilometrin mittainen pitkänomainen vesijääpilvi vuoren ylle, joka pysyy useita tunteja ja häviää keskipäivään mennessä. Sen löydöstä vuonna 2018 lähtien tämä Arsia Monsin Pitkä Pilvi (AMEC) on hämmentänyt tutkijoita, koska sen käyttäytyminen ei vastannut vakiintuneita pilvenmuodostusmalleja.

Tavallisesti pilvessa olevat vesipisarat tai jääkiteet tarvitsevat tiivistymisydimiä – hiukkasia kuten pölyä – muotoutuakseen. Marsin pölyisen pinnan vuoksi tutkijat olettivat, että jääkiteet muodostuvat ilmaan nousevien pölyhiukkasten pinnalle. Kuitenkin nykyiset mallit eivät kyenneet toistamaan havaittua AMEC-ilmiötä ennen kuin fyysikot ottivat mukaan harvinaisesti havaittavan prosessin, nimeltään homogeeninen nukleaatio. Tässä prosessissa vesihöyry kiteytyy suoraan jäähiukkasiksi ilman välillisiä ytimiä tai pölyhiukkasia, ikään kuin pisarat syntyisivät spontaanisti avoimessa ilmassa eivätkä pinnalla.

Homogeeninen nukleaatio vaatii äärimmäisen vesihöyryn ylitiheystilan, olosuhteet, joita aiemmin on pidetty mahdollisina vain harvinaisissa tilanteissa, kuten Venuksella tai maan ilmakehän ylemmissä kerroksissa. Yllättävästi Mars saavuttaa nämä olosuhteet Arsia Monsin topografian ja planeetan ohueen ilmakehään liittyvän ainutlaatuisen vuorovaikutuksen vuoksi. Tulivuoren 19 kilometrin korkeus toimii valtavana aerodynaamisena esteenä: tuulet pakottavat kosteaa ilmaa ylöspäin, jäähdyttäen sitä nopeasti 30 °C kymmenessä minuutissa ja nostavat suhteellisen kosteuden tasoille, joilla jää kiteytyy itsenäisesti.

"Homogeenisen nukleaation eksoottinen fysiikka oli välttämätön, jotta pystyimme mallintamaan AMECia," selitti tutkimuksen päätekijä Jorge Hernandez-Bernal. Vaikka malli ei täydellisesti ennusta pilven kaikkia käyttäytymisen piirteitä, se osoittaa vakuuttavasti, että ilman tätä prosessia pilvi ei muodostuisi. Löydökset viittaavat, että Marsissa voi esiintyä aiemmin tunnistamattomia kosteuden ääripäitä.

Euroopan avaruusjärjestön Mars Express -lähetystehtävä on ollut ratkaisevassa roolissa AMECin pitkän aikavälin havainnoinnissa. Mars Expressin suuri ajallisen resoluution data on tarjonnut ennennäkemättömän yksityiskohtaisen näkymän pilven muodostumisesta ja hajaantumisesta, mikä on ollut avain sen mysteerin ratkaisemisessa.

Tällä löydöllä on laajempia vaikutuksia Marsia pidemmälle. Se viittaa siihen, että muiden planeettojen ilmakehäilmiöt voivat tapahtua fysikaalisten periaatteiden mukaisesti, joita ei tavallisesti havaita tai odoteta pelkästään Maan ilmakehän perusteella. Kuten Mars Expressin projektitieteilijä Colin Wilson tiivisti, "Tämän eksoottisen Marsin pilven ymmärtäminen vaati eksoottista fysiikkaa, ja samankaltaiset periaatteet saattavat olla sovellettavissa myös muiden planeettojen ilmakehissä."