7 Minutės
Mažas reiškinys Marse sukėlė ką nors didelio. Intensyvi, bet lokalizuota dulkėta audra — tokia, kurią lengva nepastebėti tarp antraščių apie planetą apimančias štormas — panašu, kad į viršutinę atmosferą įstūmė gerokai daugiau vandens, nei kas nors tikėjosi. Tas staigus vandens kiekio padidėjimas pagreitino vandenilio išsiskyrimą iš atmosferos — o kai vandenilis dingsta, sekasi ir vanduo. Paprasta idėja, bet gilios pasekmės.
Hablio kosminio teleskopo sudaryti Marso vaizdai iš 2024 m. Ploni vandens ledo debesys, matomi ultravioletinėje šviesoje, suteikia Raudonajai planetai apledėjusį vaizdą. Šaltas šiaurinis poliarinis ledynas tą metu patyrė Marso pavasario pradžią.
Ilgą laiką Marso istorija yra dramatiškų pokyčių pasakojimas. Senovinės vagos, išpieštos tekančio skysto vandens, ir uolienų mineralinė transformacija, kurią sukėlė pastovus vanduo, liudija, kad planeta kadaise buvo žymiai drėgnesnė ir labiau tinkama gyvybei negu šiandien. Mokslininkai nustatė daug mechanizmų, kurie gali atplėšti vandenį iš planetos atmosferos — tarp jų yra Saulės vėjo sputterizacija, fotocheminis skilimas ir išsiveržimas, kurį skatina terminiai bei neterminiai procesai. Vis dėlto klimato modeliai ir stebėjimai paliko didelę spragą tarp žinomų vandens netekimo mechanizmų ir geologijos siūlomo dingusio vandens kiekio.
Dabar tarptautinė tyrėjų grupė, vadovaujama Adriano Brineso (IAA-CSIC) ir Shohei Aoki (Tokijo universiteto ir Tohoku universiteto), parodė, kad trumpalaikės, regioninės dulkėtos audros gali gerokai įpjauti Marso atmosferos vandens biudžete. Jų straipsnis žurnale Communications: Earth & Environment dokumentuoja įvykį šiaurinio Marso vasaros metu, 37 Marso metais (2022–2023 m. Žemės laiku), kai lokalizuota audra virš Syrtis Major pakėlė vandens garus giliai į vidurinę ir viršutinę atmosferą — aukščių zonas, kur išsiskyrimas į kosmosą yra daug lengvesnis.
Dienos MRO‑MARCI pasaulio žemėlapių vaizdai, rodantys retai pasitaikančios regioninės dulkėtos audros pradžią šiaurės vakarinėje Syrtis Major dalyje, pastebėti 2023 m. rugpjūčio 21 d. Ls = 107.6° (kairėje) ir 2023 m. rugpjūčio 22 d. Ls = 108.0° (dešinėje), pasiekusios apie 1.2 × 10⁶ km² plotą.
Kaip lokalizuota audra tapo hidrologiniu stiprintuvu
Dulkės Marse turi didelę reikšmę. Būdamos ore, jos sugeria saulės spindulius ir įšildo aplinkinę atmosferą. Toks sušilimas keičia cirkuliacijos modelius, sustiprina vertikalius srautus ir pakelia drėgmę aukščiau nei įprasta. Aprašytu įvykiu vidurinėje atmosferoje vandens garų koncentracijos buvo išmatuotos net iki dešimties kartų didesnės nei įprastai tuo sezonu — anomalija, kurios neprognozavo esami klimato modeliai. Po kelių valandų ar dienų instrumentai užfiksavo vandenilio kiekio padidėjimą arti egzobazės, retosios atmosferos sluoksnio, kuriame atmosfera pereina į kosmosą. Vandenilio skaičiai išaugo maždaug 2,5 karto lyginant su panašiomis sezoninėmis vertėmis ankstesniais metais.
Kodėl stebėti vandenilį? Todėl, kad didžioji dalis Marso vandens netekimo vyksta „nematomu“ būdu: ultravioletinė spinduliuotė skaldanti H2O į vandenilį ir deguonį. Lengvas ir greitas vandenilis lengviau pabėga į Kosmosą. Sekdami vandenilį gauname tracerį, kuris rodo gryną vandens netekimą per ilgą laiką. Tyrimo metu užfiksuota nenormali įvykių seka — regioninė dulkėta audra, vandens įliftingas, vandenilio šuolis — sukuria tikėtiną, trumpalaikį, bet efektyvų kelią, kuriuo vanduo gali palikti planetą.
Diagrama, iliustruojanti atmosferos atsaką į lokalizuotą dulkėtą audrą šiauriniame pusrutulyje vietinio vasaros sezono metu. Aukštos dulkių koncentracijos reikšmingai padidina saulės spinduliuotės absorbciją, sukeldamos didesnį atmosferos įšilimą, ypač vidurinėje atmosferoje. Be to, sustiprėjusi atmosferos cirkuliacija, susijusi su audra, pagerina vertikalų vandens garų transportą iš žemesnių sluoksnių, skatinant vandens injekciją aukštesniuose aukščiuose ir didinant vandenilio išsiskyrimą iš egzobazės.
Iki šiol daug dėmesio bendruomenėje buvo skiriama pietų pusrutulio vasarai ir planetą apimančioms dulkėtoms audroms kaip pagrindiniams išsiskyrimo varikliams. Tie sezonai ir audros išties yra energetiški — neabejotinai. Tačiau šis tyrimas peržiūri problemos vertinimą: ne visada reikia globalinio viesulo, kad būtų padaryta žymė Marso vandens inventoriuje. Trumpalaikės, intensyvios regioninės audros, susidariusios tinkamu laiku ir vietoje, taip pat gali atlikti darbą. Iš to seka, kad per geologinį laiką sukaupti nuostoliai gali apimti daug tokių epizodinių įvykių, kurių ankstesni modeliai nepakankamai įvertino.
Įrodymai, instrumentai ir prognozių ribos
Komanda panaudojo orbitines atmosferos sudėties matavimų priemones ir vaizdavimo duomenis, kad rekonstruotų audros evoliuciją ir jos atmosferines pasekmes. Nuotolinio stebėjimo instrumentai registravo staigų vandens garų šuolį ir vėlesnį vandenilio padidėjimą egzobazėje. Konkuruojantys klimato modeliai nesugebėjo numatyti šio modelio, atskleidžiant spragas mūsų supratime apie dulkių–spinduliuotės grįžtamojo ryšio mechanizmus bei vertikalų maišymą regioninių audrų sąlygomis. Trumpai tariant: Marso atmosfera yra labiau nelineariška, nei manyta.
Instrumentų įvairovė buvo svarbi: optiniai palydoviniai vaizdai (pvz., MARCI/MRO) leido sekti audros plitimą ir optinio storio pokyčius; spektrometrai ultravioletinėje ir infraraudonojoje srityje nustatė vandens garų koncentracijų padidėjimą įvairiuose aukščiuose; plazminiai ir dalelių detektoriai stebėjo vandenilio ir kitų lengvųjų jonų tankio kaitą prie egzobazės. Kartu šie duomenys sudaro tvirtą grandinę, susiejantį pažeminimo mechaniką nuo dulkių iniciacijos iki molekulinių ir dalelių lygmens atsako.
Mokslininkai įspėja, kad vienas įvykis negarantuoja pilno Marso klimato istorijos perrašymo. Vis dėlto tai yra reikšmingas pataisymas. Trumpi epizodai — trumpalaikiai, vietiniai, intensyvūs — per milijonus ar milijardus metų galėjo veiksmingai atplėšti vandenilį. Jei tokių įvykių pasitaikė daug, jų įtraukimas gali pakeisti vertinimus, kiek pirminio vandens Marso galėjo prarasti, ir pakeisti scenarijus apie praeities tinkamumą gyvybei bei paviršinio vandens telkinių ilgaamžiškumą.
Skaitmeniniai klimato modeliai, ypač tie, kurie naudoja parametrizacijas dulkių optiniam storio poveikiui ir vertikaliam maišymui, turės būti atnaujinti. Tai reiškia, kad kopijuojant audrų sukeltas šilumos ir dinamikos pertraukas reikia didesnės erdvinės ir laikinės gebos bei geresnio dulkių fizikos integravimo. Modeliuotojai taip pat privalo įvertinti, kaip skirtingo dydžio ir intensyvumo regioninės audros susijusios su sezoniškumu ir topografijos ypatybėmis, pavyzdžiui, Syrtis Major kalnuotumu ir plokštumomis.
Eksperto įžvalga
„Stebina tai, koks susitelkęs ir trumpalaikis buvo šis mechanizmas,“ sako dr. Lila Moreno, planetologė iš Jet Propulsion Laboratory, kuri nebuvo tiesiogiai įtraukta į tyrimą. „Dulkės daro daugiau nei tiesiog užstoja vaizdą; jos pertvarko atmosferos energiją ir judėjimą. Kai tai nutinka vidutinio ir aukšto platumo vasaromis, net regioninės audros gali paimti drėgmę ir užkelti ją į išsiskyrimui palankius aukščius. Reikia modelių, kurie fiksuotų šias protrūkio epizodes, kitaip rizikuojame nuvertinti Marso ilgalaikį vandens netekimą.“
Nauji rezultatai taip pat turi praktinių pasekmių būsimiems misijoms. Instrumentai, skirti stebėti atmosferos sudėtį ir išsiskyrimo procesus, turi turėti pakankamą laikinį jautrumą, kad užfiksuotų trumpalaikius šuolius. Stebėjimų kampanijų dizainas, orientuotas į regioninių audrų aptikimą kritiškais sezonais, pagerins vandens praradimo įverčius ir patikslinks Marso klimato perėjimo nuo drėgno prie sauso istoriją. Tai reiškia, kad orbitiniai aparatai, sklandytojai ir ateities paviršinės stotys turi koordinuotai dirbti derindami optinius, spektrometrinius ir plazminius stebėjimus.
Trumpalaikiai, stiprūs įvykiai dažnai palieka gilias žymes. Marse mažos audros galėjo lėtai, bet nuosekliai formuoti planetos didelį išdžiūvimą. Kitas žingsnis — įtraukti šiuos epizodinius variklius į klimato modelius ir stebėjimų planus — ir paklausti, kur dar Saulės sistemoje trumpi epizodai gali tyliai nulemti planetų ateitį. Tai apima palyginimus su kitomis dulkėtomis planetomis ar palydovais, galimybę analizuoti audrų dažnumą palei geologinę skalę ir įvertinti, kaip tokie mechanizmai galėjo paveikti potencinę biologinę saugyklą praeityje.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą