8 Minutės
Reti Marso žiemos poliarinio vortekso stebėjimai
Vaizdas Marso šiauriniam poliui, sukurtas apjungus Europos kosminės agentūros (ESA) zondo Mars Express užfiksuotus vaizdus ir panaudojus topografinius duomenis iš Mars Orbiter Laser Altimeter, įrenginio, kuris veikė NASA jau nebeveikiančiame Mars Global Surveyor misijos aparate. Šis suderintas vaizdas leidžia geriau suvokti regiono morfologiją ir vizualiai fiksuoti atmosferos reiškinius, kurie kitaip būtų sunkiai interpretuojami vien tik paviršiaus nuotraukose.
Nuotolinio stebėjimo tyrimai šiauriniame Marso poliariniame regione atskleidė netikėtai ekstremalias sąlygas žiemos poliarinio vortekso viduje, įskaitant ryškų ozono koncentracijos prieaugį. Nauji analizės rezultatai, apjungiantys Europos kosminės agentūros Trace Gas Orbiter (TGO) ir NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) instrumentų duomenis, rodo, kad temperatūra vortekso viduje gali būti dešimtimis laipsnių Celsijaus žemesnė už aplinkinį orą, o ilgas poliarinės nakties periodas leidžia ozono koncentracijoms kauptis iki reikšmingų lygių.
Mokslininkų grupė, vadovaujama dr. Kevin Olsen (Oksfordo universitetas), šiuos rezultatus pristatė EPSC-DPS2025 jungtiniame susirinkime Helsinkyje. Lyginant šoninį matymą (limb-viewing) iš TGO Atmospheric Chemistry Suite (ACS) su temperatūros profilių duomenimis iš MRO Mars Climate Sounder (MCS), tyrėjai sugebėjo atskirti sąlygas vortekso viduje ir stebėti cheminius pokyčius, vykstančius, kai ilgas laikas praleidžiamas be saulės šviesos. Tokie tarpdisciplininiai metodai leidžia gilesnį supratimą apie laikinus atmosferos procesus Marse.
Kaip susidaro poliarinis vorteksas ir kodėl jis svarbus
Marso poliarinis vorteksas yra sezoninis reiškinys, kurį lemia planetos ašies nuolydis – apie 25,2 laipsnio. Panašiai kaip Žemėje aukštose platumose, šiaurinės vasaros pabaiga lemia ilgą poliarinę naktį. Saulės šilumos stoka sukelia stiprų cirkumpolinį vėjo struktūros formavimąsi – vadinamąjį poliarinį vorteksą, kuris uždaro orą poliariniame stulpelyje ir atskiria jį nuo mažesnių platumų atmosferos masių.
Struktūra veikia kaip dinaminis barjeras: ji riboja horizontalią mainų srautą ir sumažina vertikalų konvekcijos bei šilumos perdavimą. Dėl to vidaus atmosferos sluoksniuose susidaro labai žemos temperatūros, o izoliacija sukuria sąlygas, kuriose cheminės reakcijos gali vykti kitaip nei plačiau paplitusiose, saulės apšviestose zonose. Šių procesų supratimas yra svarbus ne tik Marso meteorologijai, bet ir platesniam atmosferos evoliucijos kontekstui.
.avif)
Temperatūrų schemina iliustracija rodo, kad šiaurinio poliarinio vortekso viduje (pažymėta geltona linija) yra maždaug 40 laipsnių Celsijaus šaltžiau nei už vortekso ribų. Kreditas: Kevin Olsen (Oksfordo universitetas) ir kt.
Vortekso viduje atmosfera nuo paviršiaus iki maždaug 30 km aukščio tampa išskirtinai šalta – pagal analizę, temperatūra čia gali būti kiekvienu atveju apie 40 °C žemesnė nei už jo ribų. Tokis intensyvus atvėsimasis procesas skatina net mažą kiekį Marse esančio vandens garų kondensaciją ir nusėdimą ant poliarinio ledo dangos. Kai vandens garų kiekis ore sumažėja, pokyčiai atmosferos cheminėje sudėtyje pasisuka taip, kad palankiau formuotis ozonui.
Ozono chemija Marso poliarinėje naktyje
Marse ozonas (O3) yra reaktyvus deguonies junginys, veikiantis kaip fotocheminio ir katalizinio aktyvumo atmosferoje žymuo. Saulės apšvietime fotocheminės reakcijos nuolat gamina ir skaido ozoną dinamiškai; šis pusiausvyros stovis priklauso nuo ultravioletinės (UV) spinduliuotės intensyvumo, vandens garų kiekio ir katalizatorių, tokių kaip azoto junginiai ar rūgstančiosios radikalai.
Vienas svarbių ozono sunaikinimo kelių susijęs su reakcijomis tarp ozono ir vandenilio turinčių junginių, kilusių iš vandens garų. Kai vandens garai yra atmosferoje ir juos veikia UV spinduliuotė, susidaro reaguojantys radikalai (pvz., OH), kurie katalizuoja ozono skilimą. Be šių radikalų ozonas išlieka stabiliau ir gali kauptis.
Tačiau poliarinės nakties metu vyksta du svarbūs procesai vienu metu: UV varomos fotolizės beveik nutrūksta, o vandens garai kondensuojasi ir pašalinami iš dujinės fazės, nusodindami ant ledo dangos. Neturint įprastinių fotocheminių sunaikinimo kelių, kurie priklauso nuo vandens kilusių radikalų, ozonas gali kaupimosi sąlygomis žymiai padidėti. TGO/ACS instrumentai užfiksavo matomą ozono šuolį lyginant su aplinkinėmis, saulės apšvieta aprėptomis platumomis.
Supratimas apie ozono dydį ir kintamumą Marso atmosferoje teikia daugiau nei vien tik dabartinės chemijos momentinį vaizdą. Ozono pasiskirstymas ir koncentracija padeda calibruoti atmosferos evoliucijos modelius, įskaitant spėjimus apie tai, kaip apsauginiai sluoksniai galėjo kisti geologinių laikotarpių eigoje. Jei praeityje Marse egzistavo storesnis ozono sluoksnis, paviršiaus zonos būtų turėjusios mažesnį ultravioletinių spindulių srautą — tai tiesiogiai susiję su galimybėmis gyvybei išgyventi arba atsirasti paviršiuje anksčiau planetoje.
Metodika: instrumentų derinimas poliarinei nakčiai tirti
Marso poliarinės nakties tyrinėjimui reikalingas suderintas skirtingų orbitinių instrumentų panaudojimas. TGO Atmospheric Chemistry Suite (ACS) išmatuoja saulės spinduliuotės sugertį, kai ji švelniai kerta atmosferos pakraštį – toks limbinis spektroskopijos būdas yra itin jautrus molekulėms ir jų vertikaliam pasiskirstymui nustatyti. Tačiau ACS iš esmės priklauso nuo tam tikro kiekio saulės spinduliuotės, todėl visiška tamsa virš ašigalio trukdo tęstiniam stebėjimui.
Norint apeiti šį apribojimą, Olsen ir jo komanda panaudojo MRO Mars Climate Sounder (MCS) terminius ir infraraudonųjų spindulių temperatūros profilius, kad nustatytų, kada ir kur poliarinio vortekso struktūra laikui bėgant deformuojasi ir leidžia saulės spinduliams prasiskverbti per limbines trajektorijas. MCS temperatūros kritimai tapo aiškiu žymeniu vortekso vidui; suderinus tuos intervalus su ACS occultacijomis, mokslininkai galėjo pažymėti, kuri stebėjimo seka buvo atlikta vortekso viduje, o kuri – išorėje. Toks tarpįnstrumentinis požiūris suteikė patikimą poliarinės cheminės aplinkos vaizdą per dalinio apšvietimo „langus".
Be to, derinant skirtingų bangų ilgių jautrumą – ultravioletinį ir infraraudonąjį – galima geriau atskirti skirtingas molekules ir vertikalius profilius, taip pat įvertinti transientines dinamikos bangas bei turbulencijos efektus. Tokie daugiakanaliai metodai yra esminiai, jei norima atskirti fotochemines reakcijas nuo dinamikos sukeltų koncentracijos pokyčių.
Reikšmė misijoms ir tolimesniems tyrimams
Šie atradimai svarbūs tiek atmosferos mokslui, tiek planetų tyrinėjimui. Europos kosminės agentūros planuojamas ExoMars Rosalind Franklin marsaeigis (šiuo metu planuojamas startas 2028 m.) orientuojasi į praeities gyvybės pėdsakus Marse. Žinoti, ar Marse kadaise egzistavo reikšmingas ozono sluoksnis, padeda geriau apibrėžti paviršiaus radiacijos sąlygas laikmečiais bei susiaurinti sričių ir laikotarpių, kur paviršius galėjo būti palankesnis gyvybei, paiešką.
Stebėjimai taip pat pabrėžia ilgalaikės, daugialypės instrumentacijos monitoring'o iš orbitos vertę. Instrumentai, tokie kaip TGO/ACS ir MRO/MCS, yra papildomi: ACS teikia detalų sudėties analizės sluoksnį, tuo tarpu MCS suteikia temperatūros kontekstą, reikalingą interpretuoti cheminius signalus kintančios atmosferos dinamikos sąlygomis. Tokių duomenų tęstinumas ir įvairovė padidina gebėjimą aptikti sezoninius, metinius ir daugiamečius pokyčius Marso atmosferoje.
Praktiniu požiūriu, ateities misijoms svarbu įtraukti instrumentų rinkinius, galinčius veikti ir dalinio apšvietimo sąlygomis, arba rengti orbitalines trajektorijas, kurios užtikrintų dažnesnius limbinius perėjimus per poliarinius regionus. Taip pat verta investuoti į laboratorinius bandymus ir fotochimines modelių patikras, kurios reprodukuotų žemas temperatūras ir mažą vandens garų kiekį, būdingus vortekso vidui, kad būtų galima tiksliau interpretuoti stebėjimų duomenis.
Ekspertų įžvalga
„Šie stebėjimai puikiai parodo, kaip temperatūros žemėlapiai, sujungti su sudėties matavimais, atveria naujas galimybes sezoninei Marso chemijai tirti,“ sako dr. Elena Marquez, planetų atmosferos mokslininkė (fiktyvus asmuo), turinti patirties termoinfraraudonųjų spindulių nuotoliniame stebėjime. „Ozono kaupimasis poliarinio vortekso viduje rodo, kad net ir subtilūs vandens garų bei saulės šviesos pokyčiai gali persukti pagrindinių cheminių ciklų pusiausvyrą — tai informacija, kuri yra esminė, rekonstrukuojant Marso atmosferos istoriją ir vertinant buvusį bei galimą gyvenamumą.“
Išvados
Ozono šuolio atradimas Marso žiemos poliarinio vortekso viduje pabrėžia, kaip ekstremalus šaltis ir ilga tamso periodas pertvarko cheminius procesus Raudonojoje planetoje. Integruodami TGO Atmospheric Chemistry Suite ir MRO Mars Climate Sounder duomenis, tyrėjai gavo naują supratimą, kaip vandens garų kondensacija, UV fotonų stoka ir vortekso dinamika kartu lemia vietines ozono padidėjimo zonas. Šios įžvalgos leidžia tikslinti modelius apie Marso praeities aplinką ir teikia vertingą informaciją būsimoms misijoms, kurios siekia įvertinti, ar planeta galėjo palaikyti gyvenimą tam tikru istoriniu laikotarpiu.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą