Marsjański 1800-kilometrowy wydłużony obłok ujawnia rzadką fizykę atmosferyczną

Image: Illustrative image · European Space Agency · CC BY-SA 3.0 igo · Source

Ogromny, wydłużony obłok lodu wodnego nad wulkanem Arsia Mons na Marsie powstaje dzięki nietypowej fizyce — homogennemu nukleacji — wcześniej uważanej jedynie za teoretyczną i nieobserwowaną w przyrodzie.

Naukowcy odkryli przyczynę wyjątkowego zjawiska atmosferycznego, które regularnie występuje nad Arsia Mons, uśpionym wulkanem na Marsie. Co roku, nad wulkanem wczesnym rankiem powstaje gigantyczny, wydłużony obłok lodu wodnego, rozciągający się nawet na 1800 kilometrów. Trwa on przez kilka godzin, a w południe znika. Od momentu odkrycia w 2018 roku, ten Wydłużony Obłok Arsia Mons (AMEC) stanowił zagadkę dla naukowców, ponieważ jego zachowanie nie odpowiadało znanym modelom powstawania chmur.

Zwykle krople chmur lub kryształki lodu potrzebują jąder kondensacji — cząstek takich jak pył — aby się utworzyć. Na Marsie, ze względu na jego zakurzoną powierzchnię, naukowcy spodziewali się, że kryształki lodu będą gromadzić się na unoszących się ziarnach pyłu. Jednak dotychczasowe modele nie potrafiły odtworzyć obserwowanego zjawiska AMEC, aż do momentu, gdy fizycy włączyli rzadko obserwowany proces zwany homogeniczną nukleacją. Proces ten polega na bezpośredniej krystalizacji pary wodnej w cząsteczki lodu bez pośrednictwa jąder lub pyłu, podobnie jak spontaniczne powstawanie kropli na otwartej przestrzeni, a nie na powierzchni.

Homogeniczna nukleacja wymaga ekstremalnego nadnasycenia pary wodnej, warunków uważanych wcześniej za możliwe tylko w rzadkich sytuacjach, takich jak Wenus czy górne warstwy ziemskiej atmosfery. Mars, co zaskakujące, osiąga te warunki dzięki unikalnej interakcji między topografią Arsia Mons a cienką atmosferą planety. Wysokość wulkanu sięgająca 19 kilometrów działa jak ogromna bariera aerodynamiczna: wiatr wymusza unoszenie wilgotnego powietrza, które szybko się ochładza o około 30 °C w ciągu dziesięciu minut, a wilgotność względna osiąga poziomy, przy których lód krystalizuje się samoczynnie.

„Egzotyczna fizyka homogenicznej nukleacji była niezbędna, aby odwzorować AMEC w naszych modelach” — wyjaśnił Jorge Hernandez-Bernal, główny autor badania. Chociaż model nie przewiduje idealnie każdego aspektu zachowania chmury, przekonująco pokazuje, że bez tego procesu chmura by nie powstała. Odkrycie wskazuje, że Mars może osiągać dotąd nieznane ekstremalne poziomy wilgotności.

Misja Mars Express Europejskiej Agencji Kosmicznej odegrała kluczową rolę w obserwacjach AMEC przez kilka lat. Dane o wysokiej rozdzielczości czasowej z Mars Express zapewniły bezprecedensowy, szczegółowy obraz formowania i zanikania obłoku, co było kluczowe w rozwiązaniu zagadki.

To odkrycie ma szersze implikacje poza Marsem. Sugeruje, że zjawiska atmosferyczne na innych planetach mogą przebiegać według fizycznych zasad nie zawsze obserwowanych lub spodziewanych na podstawie ziemskiej atmosfery. Jak podsumował Colin Wilson, naukowiec projektu Mars Express: „Zrozumienie tego egzotycznego marsjańskiego obłoku wymagało egzotycznej fizyki, a podobne zasady mogą mieć zastosowanie w atmosferach innych planet.”