Mars Express låser op for den nysgerrige skys hemmelighed

Når foråret kommer til det sydlige Mars, en sky af vandis dukker op nær den 20 kilometer høje Arsia Mons-vulkan, hurtigt strækker sig ud i mange hundrede kilometer, før de forsvinder på få timer. En detaljeret langtidsundersøgelse afslører nu hemmelighederne bag denne aflange sky, ved hjælp af spændende nye observationer fra Mars Webcam på ESA's Mars Express.

Mars Express har spioneret denne sky før, da den svæver nær Arsia Mons-vulkanen, lige syd for Mars' ækvator. gådefuldt, Arsia Mons er det eneste sted på lav breddegrad på Mars, hvor skyer ses - og den eneste af mange lignende vulkaner i regionen, der har et sådant skyslør - på denne tid af året. Mars Express har set dette slør vokse og falme på daglig basis gennem forårs- og sommersæsonen, sender slående billeder tilbage af denne lange og dramatiske hvide sky.

Imidlertid, skyen er svær at observere i sin helhed på grund af den hurtige, foranderlig dynamik i Mars-atmosfæren og begrænsningerne af mange rumfartøjers kredsløb, begrænse vores viden om, hvordan og hvorfor det dannes og ændrer sig over tid.

"For at klare disse forhindringer, vi brugte et af Mars Express' hemmelige værktøjer - Visual Monitoring Camera, eller VMC, " siger Jorge Hernández Bernal fra universitetet i Baskerlandet i Bilbao, Spanien, hovedforfatter af de nye resultater og en del af et langsigtet projekt, der studerer skyens dynamik.

Jorge og kollegers arbejde viser en spændende, og utilsigtet, brug til VMC. Også kaldet Mars Webcam, VMC har en opløsning svarende til den for et standard 2003 computerwebkamera. Den blev installeret for visuelt at bekræfte, at Beagle 2-landeren med succes var adskilt fra Mars Express tilbage i 2003 - hvorefter den blev slukket. Flere år senere, kameraet blev genaktiveret og brugt til at indsamle billeder af Mars til offentligt engagement og opsøgende aktiviteter, men forblev ubrugt til videnskabelig forskning.

"Imidlertid, for nylig, VMC blev omklassificeret som et kamera for videnskab, " tilføjer Jorge. "Selvom den har en lav rumlig opløsning, den har et bredt synsfelt – afgørende for at se det store billede på forskellige lokale tidspunkter af dagen – og er vidunderligt til at spore en funktions udvikling over både en lang periode og i små tidstrin. Som resultat, vi kunne studere hele skyen på tværs af adskillige livscyklusser."

Forskerholdet kombinerede VMC-observationerne med dem fra to andre Mars Express-instrumenter - OMEGA og HRSC - og fra flere andre rumfartøjer, nemlig NASAs Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), og Viking 2 missioner, og den indiske rumforskningsorganisations Mars Orbiter Mission (MOM). "Vi var især spændte, da vi gravede i Viking 2's observationer fra 1970'erne, " siger Jorge. "Vi fandt ud af, at denne enorme, fascinerende sky var allerede blevet delvist afbildet for så længe siden - og nu udforsker vi det i detaljer."

Resultaterne viste, at på sit største, skyen måler omkring 1 800 km i længden og 150 km på tværs. Det er den største 'orografiske' sky, der nogensinde er set på Mars, hvilket betyder, at den dannes som et resultat af, at vinden tvinges opad af topografiske træk (såsom bjerge eller vulkaner) på en planetarisk overflade. I dette tilfælde, Arsia Mons forstyrrer Mars atmosfære for at udløse dannelsen af ​​skyen; fugtig luft bliver derefter drevet op ad vulkanens flanker i opløb, senere kondensering ved højere, og langt køligere, højder.

Skyen gennemgår en hurtig daglig cyklus, der gentages hver morgen i flere måneder. Den begynder at vokse før solopgang på den vestlige skråning af Arsia Mons, før den udvider sig mod vest i to en halv time, vokser bemærkelsesværdigt hurtigt - med over 600 km/t - i en højde af 45 km. Så holder den op med at udvide sig, løsner sig fra sin oprindelige placering, og trækkes stadig længere mod vest af højhøjdevinde, før de fordamper sidst på morgenen, da lufttemperaturerne stiger med den opgående sol.

"Mange Mars-kredsløb kan ikke begynde at observere denne del af overfladen før om eftermiddagen på grund af egenskaberne i deres baner, så dette er virkelig den første detaljerede udforskning af denne interessante funktion – og den er ikke kun muliggjort af Mars Express' forskellige instrumenter, men også dens bane, " forklarer medforfatter Agustin Sánchez-Lavega, også af universitetet i Baskerlandet og videnskabsleder for VMC.

Intet andet klimasystem i solsystemet menes at være så lig Jordens som Mars-systemet - men alligevel, de to planeter viser tydelige og spændende forskelle. "Selvom orografiske skyer almindeligvis observeres på Jorden, de når ikke så store længder eller viser sådan en levende dynamik, " siger Agustin. "At forstå denne sky giver os den spændende mulighed for at prøve at replikere skyens dannelse med modeller – modeller, der vil forbedre vores viden om klimatiske systemer på både Mars og Jorden."

Ud over at bruge VMC på en spændende måde, Jorge, Agustin og kolleger overvandt også en typisk udfordring, når de observerede forbigående fænomener på Mars. Højopløselige kameraer som Mars Express' HRSC har smalle synsfelter, og observationer er altid planlagt på forhånd. Som resultat, meteorologiske fænomener - som generelt er uforudsigelige - fanges normalt tilfældigt. Imidlertid, da forskerne begyndte at forstå livscyklussen og de årlige mønstre for denne aflange sky, de var i stand til at lede HRSC-teamet til det rigtige sted og det rigtige tidspunkt for at fange det, som det dukkede op.

"Disse resultater demonstrerer virkelig styrkerne ved Mars Express - dens unikke kredsløb, lang levetid, vedvarende kvalitet, og evnen til at tilpasse sig, når den tackler Mars mysterier, " siger ESA's Mars Express-projektforsker Dmitrij Titov.

"Genbrug af VMC'en har med succes gjort det muligt for os at forstå denne forbigående sky på en måde, som ellers ikke ville have været mulig. VMC'en giver videnskabsfolk mulighed for at spore skyer, overvåge støvstorme, sonde skyer og støvstrukturer i Mars atmosfære, udforske ændringer i planetens polare iskapper, og mere. Dens recommissioning understøtter ikke kun Mars Express' primære værktøjssæt til Mars-udforskning, men tilføjer ny værdi til den mangeårige mission, som har afsløret mere om den røde planet siden 2003."

"An Extremely Elongated Cloud over Arsia Mons Volcano on Mars:I. Life Cycle" af J. Hernández-Bernal et al er udgivet i Journal of Geophysical Research .

Undersøgelsen brugte 63 observationer af Arsia Mons elongated cloud (AMEC) fra VMC sammen med andre Mars Express-data fra High Resolution Stereo Camera (HRSC) og Visible and Infrared Mineralogical Mapping Spectrometer (OMEGA).

Observationer fra NASA's Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), og Viking 2 missioner, og den indiske rumforskningsorganisations Mars Orbiter Mission (MOM) blev også brugt i undersøgelsen.