Marsā 1800 kilometru garā izstieptā mākoņa atklājas reti sastopama atmosfēras fizika

Attēls: Illustrative image · European Space Agency · CC BY-SA 3.0 igo · Avots

Milzīgs izstiepts ūdens ledus mākoņa Arsia Mons virsotnē Marsā veidojas caur neparastu fiziku – homogēno nukleāciju – ko līdz šim uzskatīja tikai par teorētisku un nebija novērojams dabā.

Pētnieki ir atklājuši iemeslu aiz iespaidīga atmosfēras fenomena, kas regulāri notiek virs Arsia Mons, Marsa miera vulkāna. Katru gadu vulkāna virsotnē agri no rīta izveidojas milzīgs izstiepts ūdens ledus mākoņs, kura garums sasniedz līdz 1800 kilometriem, tas saglabājas vairākas stundas un izklīst līdz pusdienlaikam. Kopš tā atklāšanas 2018. gadā šis Arsia Mons izstieptais mākoņs (AMEC) ir mulsinājis zinātniekus, jo tā uzvedība neatbilda esošajiem mākoņu veidošanās modeļiem.

Parasti mākoņu piliena vai ledus kristālam nepieciešami kondensācijas kodoli – daļiņas kā putekļi –, lai veidotos. Marsā, ar tā putekļaino virsmu, zinātnieki gaidīja, ka ledus kristāli sakrāsies uz gaisā esošiem putekļiem. Tomēr esošie modeļi neizdevās reproducēt novēroto AMEC fenomenu līdz brīdim, kad fiziķi iekļāva reti novērotu procesu, ko sauc par homogēno nukleāciju. Šis process ietver ūdens tvaiku tiešu kristalizāciju ledus daļiņās bez jebkādiem starpniekiem vai putekļiem, līdzīgi kā pilieni spontāni veidojas atklātā gaisā, nevis uz virsmas.

Homogēnai nukleācijai ir nepieciešama ārkārtēja ūdens tvaika pārsātinājuma pakāpe, apstākļi, kurus iepriekš uzskatīja par iespējamiem tikai retajos gadījumos, piemēram, Venerā vai Zemes atmosfēras augšējos slāņos. Mars ir pārsteidzoši spējīgs sasniegt šos apstākļus, pateicoties unikālajai mijiedarbībai starp Arsia Mons topogrāfiju un planētas plānās atmosfēras īpatnībām. Vulkāna 19 kilometru augstums kalpo kā liels aerodinamisks šķērslis: vēji piespiež mitro gaisu celties augšup, ātri atdzesējot to par 30 °C desmit minūšu laikā un paaugstinot relatīvo mitrumu līdz līmenim, kurā ledus pats spontāni kristalizējas.

“Ir būtiski, ka mūsu modeļos AMEC reproducēšanai tika izmantota homogēnas nukleācijas eksotiskā fizika,” skaidroja pētījuma vadošais autors Horgess Ernandess-Bernals. Lai gan modelis ne prognozē pilnīgi visus mākoņa uzvedības aspektus, tas pārliecinoši pierāda, ka bez šī procesa mākoņa veidošanās nenotiktu. Secinājumi liecina, ka Marsā var rasties agrāk neatpazīti mitruma ekstrēmi.

Eiropas Kosmosa aģentūras Marsa ekspresis misija pēdējo gadu laikā ir atklāti un ievērojami novērojusi AMEC. Marsa ekspresis ar augsto laika izšķirtspēju ir sniedzis bezprecedenta detalizētu ieskatu mākoņa veidošanā un izklīšanā, kas bija izšķiroši mīklas atklāšanā.

Šī atklājuma nozīme sniedzas tālu ārpus Marsa robežām. Tas liecina, ka atmosfēras fenomeni citās planētās var balstīties uz fizikas principiem, kas ne vienmēr ir novērojami vai gaidāmi, balstoties tikai uz Zemes atmosfēru. Kā kopsavilkumā norādīja Marsa ekspresa projektu zinātnieks Kolins Vilsons: “Šī eksotiskā Marsa mākoņa izpratnei bija nepieciešama eksotiska fizika, un līdzīgi principi varētu attiekties arī uz citām planētām.”