Ešte v roku 2018 si astronómovia na snímkach európskej sondy Mars Express všimli zvláštny útvar nad vyhasnutou sopkou Arsia Mons. Každé ráno sa tam vynoril oblak vodnej pary, ktorý sa počas niekoľkých hodín naťahal do dĺžky až 1 800 kilometrov, a potom úplne vyprchal. Vedci ho nazvali Arsia Mons Elongated Cloud (AMEC). O šesť rokov neskôr prinášajú nové simulácie vysvetlenie, ktoré si vyžiadalo fyziku doteraz v prírode nepozorovanú: vodná para sa v marťanskej atmosfére mení na ľadové kryštáliky bez toho, aby potrebovala akékoľvek čiastočky prachu. Je to proces, ktorý sa v učebniciach spomína len ako teoretický a na Zemi ani inde v Slnečnej sústave sa doteraz nepodarilo preukázať, že by naozaj prebiehal.
AMEC sa rodí nad Arsia Mons, druhým najvyšším vulkánom Marsu. Sopka je vysoká 20 kilometrov, teda viac než dvakrát tak ako Mount Everest, a leží v oblasti Tharsis južne od rovníka. Počas marťanskej jari a leta tam slnečné žiarenie rozhýbe silné povrchové vetry. Tie tlačia vodnú paru do svahu a potom vysoko nad vrchol, kde sa vzduch rýchlo ochladí a vznikne oblak. Každý deň vydrží len pár hodín, potom sa vyparí. Napriek tomu, že Mars je na vodnú paru v atmosfére extrémne chudobný a oblaky podobné tým pozemským sa tam takmer netvoria, AMEC sa objavuje takmer nepretržite celé mesiace.
Práve preto bolo ťažké ho vysvetliť. Keď sa tím pod vedením Jorgeho Hernándeza-Bernala, vtedy pôsobiaceho na Sorbonne Université v Paríži a na Univerzite Baskicko, pokúsil oblak zreprodukovať v simuláciách len s použitím bežných meteorologických princípov, výsledok neprichádzal. Až keď vedci do modelu pridali takzvanú exotickú fyziku, oblak sa objavil presne tak, ako ho vidí Mars Express. „Akonáhle sme túto fyziku do simulácií zahrnuli, AMEC sa vynoril presne podľa našich predstáv,“ povedal Hernández-Bernal. Výskum publikoval časopis Nature Geoscience.
Kľúčový rozdiel je v tom, ako sa vodná para mení na oblak. Na Zemi vznikajú oblaky takzvanou heterogénnou nukleáciou: vlhký vzduch sa ochladí a jeho para kondenzuje na ľadové kryštáliky, ktoré potrebujú pevné jadierko – zrnko prachu, soli, peľu alebo sadzí. Mars má prachu v atmosfére dosť, no v prípade AMEC sa podľa všetkého nepoužíva. „Vodná para sa mení priamo na ľadové častice oblaku bez akéhokoľvek medzikroku. Je to, ako keby sa kvapky kondenzácie objavili uprostred miestnosti, a nie na okne,“ vysvetlil Hernández-Bernal. Tento proces sa nazýva homogénna nukleácia a v planetárnej atmosfére sa doteraz nepozoroval.
Ako je však možné, že sa v takej suchej atmosfére vôbec nájde dosť vlhkosti? Podľa simulácií pomáha samotná sopka. Keď vietor stúpa po jej svahu, vytvorí silnú vlnu, ktorá vystrelí vzduch do horných vrstiev atmosféry. Teplota tohto vzduchu tam dokáže klesnúť až o 30 stupňov Celzia za desať minút. Také prudké ochladenie nielen umožní mrznutie, ale zároveň výrazne zvýši vlhkosť vo vlne. Podmienky na homogénnu nukleáciu sú tak splnené. Časť vody pochádza z atmosféry, časť pravdepodobne z hrubej vrstvy mrazu na vrchole Arsia Mons.
Objav AMEC nie je len kuriozitou. Ukazuje, že hoci sa počasie na iných planétach riadi tými istými základnými princípmi ako na Zemi, môže vyzerať úplne inak. „Kým sa oblaky na Zemi a na Marse zdajú byť riadené rovnakými pravidlami, pochopenie tohto exotického marťanského oblaku si vyžiadalo exotickú fyziku – a to môže platiť aj inde vo vesmíre,“ povedal Colin Wilson, projektový vedec misie Mars Express. Pre vedcov zaoberajúcich sa atmosférami vzdialených exoplanét to znamená, že pri modelovaní ich počasia nesmú predpokladať rovnaké mechanizmy, aké poznajú zo Zeme. Ak sa homogénna nukleácia môže vyskytnúť v suchom marťanskom vzduchu, mohla by sa za istých podmienok objaviť aj v atmosférach iných svetov.
Práca však zároveň ukazuje, aké dôležité je mať priamu sondu na mieste. Mars Express ako jediná sonda schopná pozorovať Arsia Mons za denného svetla sleduje AMEC od roku 2018 tromi prístrojmi – kamerou Visual Monitoring Camera, stereokamerou High Resolution Stereo Camera a spektrometrom OMEGA. Bez týchto dát by modely nemali z čoho vychádzať. Nové simulácie sú tak ďalším krokom k tomu, aby sme marťanskú atmosféru dokázali čítať rovnako dobre ako tú pozemskú – a aby sme pochopili, čo sa deje na planétach, kde sa voda správa inak, než sme zvyknutí.
Prečo je ťažké modelovať cudziu atmosféru
Meteorologické modely pre Mars vychádzajú z rovnakých rovníc ako tie pozemské, no vstupujú do nich odlišné podmienky: oveľa redšia atmosféra, iné zloženie a extrémne nízka vlhkosť. Aj malá zmena v tom, ako sa počíta vznik oblakov, môže viesť k úplne inému výsledku. Tím preto musel najprv vylúčiť klasické mechanizmy, kým sa dostal k homogénnej nukleácii.
Pri heterogénnej nukleácii sa molekuly vody lepia na povrch cudzích častíc. Pri homogénnej sa spájajú len samy so sebou – najprv vznikne drobný zhluk, ktorý musí prekonať energetickú bariéru, aby sa rozrástol na stabilné kryštáliky. Je to možné len pri veľmi vysokom presýtení pary, teda pri vlhkosti, ktorá je oproti bežným pozemským hodnotám nepredstaviteľne vyššia. Práve to robí marťanský oblak takým výnimočným.
Prečo Mars napriek suchu dokáže vytvoriť veľký oblak
Atmosféra Marsu je na vodnú paru chudobná, no nad Arsia Mons sa vzduch pohybuje veľmi rýchlo a prudko sa ochladzuje. Vzniká takzvaná orografická vlna – vzduch je vytlačený do výšky, kde je zima a kde sa vlhkosť v dôsledku ochladenia sústredí. AMEC preto nie je dôkazom, že by Mars mal veľa vody, ale že ju dokáže efektívne sústrediť na jednom mieste a v krátkom čase.
Ak sa oblaky na Marse tvoria inak, znamená to, že aj ďalšie procesy v atmosfére – od prachových búrok po sezónne zmeny – môžu prebiehať inak, než sme predpokladali. Pre budúce misie, ktoré budú pristávať alebo lietať v marťanskom vzduchu, je dôležité vedieť, kde a kedy sa takéto útvary objavujú. Pre astrobiológiu je zas kľúčové pochopiť, ako sa voda v atmosfére správa za extrémnych podmienok.
Čo ešte nevieme a čo bude nasledovať
Simulácie sú presvedčivé, no stále ide o model, ktorý treba overiť ďalšími meraniami. Nie je napríklad jasné, akú presne úlohu zohráva mráz na vrchole sopky a ako sa mení počas marťanských rokov. Vedci preto budú pokračovať v pozorovaniach Mars Express a ďalších sond, ktoré môžu priniesť priame dôkazy o homogénnej nukleácii. Ak sa potvrdí, môže to zmeniť spôsob, akým uvažujeme o atmosférach nielen na Marse, ale aj na vzdialených exoplanétach.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívne
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
