Mars sitt 1800 kilometer lange avlange sky avslører sjelden atmosfærisk fysikk

Bilde: Illustrative image · European Space Agency · CC BY-SA 3.0 igo · Kilde

En massiv avlang sky av vannis over Arsia Mons på Mars dannes gjennom uvanlig fysikk — homogen nukleasjon — som tidligere bare har vært teoretisk og ikke observert i naturen.

Forskere har funnet årsaken bak et bemerkelsesverdig atmosfærisk fenomen som regelmessig skjer over Arsia Mons, en sovende vulkan på Mars. Hvert år dannes en gigantisk avlang sky av vannis, som strekker seg opptil 1800 kilometer, over vulkanen tidlig om morgenen, varer i flere timer og forsvinner deretter ved middagstid. Siden oppdagelsen i 2018 har denne Arsia Mons Elongated Cloud (AMEC) forvirret forskere fordi dens oppførsel ikke samsvarte med etablerte modeller for skyforming.

Vanligvis krever vanndråper eller iskrystaller kondensasjonskjerner—partikler som støv—for å dannes. På Mars, med sin støvete overflate, forventet forskere at iskrystaller samlet seg på luftbårne støvpartikler. Likevel klarte ikke eksisterende modeller å gjenskape det observerte AMEC-fenomenet før fysikere inkluderte en sjelden observert prosess kalt homogen nukleasjon. Denne prosessen innebærer at vanndamp krystalliserer direkte til ispartikler uten noen mellomliggende kjerner eller støv, lik dråper som spontant dannes i åpen luft i stedet for på en overflate.

Homogen nukleasjon krever ekstrem overmetning av vanndamp, forhold som tidligere ble ansett som mulige bare i sjeldne situasjoner, som på Venus eller i de øvre lagene av jordens atmosfære. Mars kan overraskende nok nå disse forholdene på grunn av det unike samspillet mellom Arsia Mons’ topografi og planetens tynne atmosfære. Vulkanens 19 kilometers høyde fungerer som en gigantisk aerodynamisk barriere: vinden tvinger fuktig luft oppover, som raskt kjøles ned med 30 °C i løpet av ti minutter, og øker den relative luftfuktigheten til nivåer hvor isen krystalliserer seg selv.

"Den eksotiske fysikken med homogen nukleasjon var avgjørende for å gjenskape AMEC i våre modeller," forklarte Jorge Hernandez-Bernal, hovedforfatter av studien. Selv om modellen ikke perfekt forutsier alle aspekter ved skyens oppførsel, viser den overbevisende at uten denne prosessen ville ikke skyen dannes. Funnene indikerer at Mars kan nå tidligere ukjente ekstreme luftfuktighetsnivåer.

Det europeiske romfartøyet Mars Express har spilt en avgjørende rolle i observasjonen av AMEC gjennom flere år. Mars Express sine data med høy tidsoppløsning har gitt en enestående detaljert oversikt over skyens dannelse og forsvinning, noe som har vært avgjørende for å løse mysteriet.

Denne oppdagelsen har bredere implikasjoner utover Mars. Den antyder at atmosfæriske fenomener på andre planeter kan operere under fysiske prinsipper som vanligvis ikke observeres eller forventes basert på jordens atmosfære alene. Som Colin Wilson, prosjektforsker for Mars Express, oppsummerte: "Å forstå denne eksotiske marskyen krevde eksotisk fysikk, og lignende prinsipper kan gjelde for atmosfærene til andre planeter."