Mars 1800 Kilometer Långa Förlängda Moln Avslöjar Sällsynt Atmosfärisk Fysik

Bild: Illustrative image · European Space Agency · CC BY-SA 3.0 igo · Källa

Ett enormt förlängt moln av vattenis ovanför Arsia Mons på Mars bildas genom ovanlig fysik — homogen nukleation — som tidigare bara betraktats som teoretisk och är obesett i naturen.

Forskare har upptäckt orsaken bakom ett anmärkningsvärt atmosfäriskt fenomen som regelbundet inträffar över Arsia Mons, en slumrande vulkan på Mars. Varje år bildas ett gigantiskt förlängt moln av vattenis, som sträcker sig upp till 1800 kilometer, ovanför vulkanen under tidiga morgontimmar, varar i flera timmar och sedan försvinner vid middagstid. Sedan dess upptäckt 2018 har detta Arsia Mons Elongated Cloud (AMEC) förbryllat forskare eftersom dess beteende inte stämde överens med etablerade modeller för molnbildning.

Vanligtvis kräver molndroppar eller iskristaller kondensationskärnor — partiklar som damm — för att bildas. På Mars, med dess dammiga yta, förväntade forskare att iskristaller samlades på flygande dammkorn. Men befintliga modeller misslyckades med att återskapa det observerade AMEC-fenomenet tills fysiker inkluderade en sällsynt observerad process kallad homogen nukleation. Denna process innebär att vattenånga direkt kristalliserar till ispartiklar utan några mellanliggande kärnor eller damm, likt droppar som spontant bildas i fri luft snarare än på en yta.

Homogen nukleation kräver extrem översaturering av vattenånga, förhållanden som tidigare ansågs möjliga endast i sällsynta situationer som på Venus eller de övre skikten av jordens atmosfär. Mars kan överraskande nog uppnå dessa förhållanden tack vare den unika interaktionen mellan Arsia Mons topografi och planetens tunna atmosfär. Vulkanens 19 kilometers höjd fungerar som en gigantisk aerodynamisk barriär: vindar tvingar fuktig luft uppåt, kyls snabbt med 30 °C inom tio minuter och höjer den relativa luftfuktigheten till nivåer där is självkrystalliserar.

"Den exotiska fysiken kring homogen nukleation var avgörande för att återskapa AMEC i våra modeller," förklarade Jorge Hernandez-Bernal, studiens huvudförfattare. Även om modellen inte perfekt förutsäger varje aspekt av molnets beteende visar den övertygande att utan denna process skulle molnet inte bildas. Resultaten indikerar att Mars kan nå tidigare okända extrema luftfuktighetsnivåer.

Europeiska rymdorganisationens Mars Express-uppdrag har spelat en avgörande roll i att observera AMEC under flera år. Mars Express:s data med hög tidsupplösning har gett en oöverträffad detaljerad bild av molnets bildning och upplösning, vilket varit avgörande för att lösa mysteriet.

Denna upptäckt har vidare implikationer bortom Mars. Den antyder att atmosfäriska fenomen på andra planeter kan fungera enligt fysikaliska principer som inte vanligtvis observeras eller förväntas baserat på jordens atmosfär ensam. Som Colin Wilson, projektforskare för Mars Express, sammanfattade: "Att förstå detta exotiska marsmoln krävde exotisk fysik, och liknande principer kan gälla för atmosfärer på andra planeter."