ESA's Mars Express heeft onthuld dat Mars verrassend aardse wolkenpatronen voortbrengt die doen denken aan die in de tropische gebieden van onze planeet. De atmosfeer van de aarde en die van Mars verschillen enorm. De droge, koude atmosfeer van Mars bestaat bijna volledig uit koolstofdioxide, terwijl die van de aarde rijk is aan stikstof en zuurstof.
De dichtheid van de atmosfeer is minder dan een vijftigste van die van de aarde, gelijk aan de dichtheid op ongeveer 35 km boven het aardoppervlak. Hoewel ze totaal verschillend zijn, zijn hun wolkenpatronen verrassend aardachtig, wat wijst op soortgelijke ontstaansprocessen. Een nieuwe studie duikt dieper in twee stofstormen die zich in 2019 in de buurt van de marsiaanse noordpool voordeden. De stormen werden gevolgd tijdens de lente op de Noordpool, een tijd waarin lokale stormen vaak broeien rond de terugtrekkende ijskap.
Twee camera's aan boord van Mars Express - de Visual Monitoring Camera (VMC) en de High Resolution Stereo Camera (HRSC) - hebben samen met de MARCI-camera aan boord van NASA's Mars Reconnaissance Orbiter de stormen vanuit een baan om de aarde in beeld gebracht.
Uit de reeks VMC-beelden blijkt dat de stormen over een periode van dagen in herhaalde cycli lijken te groeien en te verdwijnen, waarbij ze gemeenschappelijke kenmerken en vormen vertonen. Spiraalvormen zijn met name zichtbaar in de bredere beelden van de VMC-beelden. De spiralen zijn tussen 1000 en 2000 km lang, en hun oorsprong is dezelfde als die van de extratropische cyclonen die op de midden- en poolbreedte van de aarde worden waargenomen.
De beelden onthullen een bijzonder fenomeen op Mars. Ze laten zien dat de stofstormen op Mars bestaan uit regelmatig verspreide kleinere wolkencellen, gerangschikt als korrels of kiezels. Deze textuur wordt ook gezien bij wolken in de atmosfeer van de aarde.
De bekende texturen worden gevormd door convectie, waarbij warme lucht opstijgt omdat deze minder dicht is dan de koelere lucht eromheen. Het type convectie dat hier wordt waargenomen heet gesloten-celconvectie, waarbij de lucht opstijgt in het midden van kleine wolkenzakjes, of cellen. De luchtspleten rond de wolkencellen zijn de wegen waarlangs koelere lucht onder de opstijgende warme lucht kan zakken.
Op aarde bevat de opstijgende lucht water dat condenseert tot wolken. De stofwolken die Mars Express in beeld brengt, laten hetzelfde proces zien, maar op Mars bevatten de opstijgende luchtkolommen stof in plaats van water. De zon verhit de met stof beladen lucht, waardoor deze opstijgt en stofcellen vormt. De cellen worden omringd door gebieden met dalende lucht die minder stof bevatten. Zo ontstaat het korrelige patroon dat ook te zien is in het beeld van wolken op aarde.
Door de beweging van de cellen in de beeldenreeks te volgen, kan de windsnelheid worden gemeten. De wind blaast over de wolken met snelheden tot 140 km/h, waardoor de vorm van de cellen zich uitstrekt in de richting van de wind. Ondanks de chaotische en dynamische atmosferen van Mars en de aarde creëert de natuur deze ordelijke patronen.
"Bij een Mars-achtige atmosfeer op aarde zou men gemakkelijk kunnen denken aan een droge woestijn of een poolgebied. Het is dan ook vrij onverwacht dat door het volgen van de chaotische beweging van stofstormen parallellen kunnen worden getrokken met de processen die plaatsvinden in de vochtige, hete en beslist niet Mars-achtige tropische gebieden op aarde," aldus Colin Wilson, ESA's Mars Express-projectwetenschapper.
Een belangrijk inzicht dat de VMC-beelden mogelijk maken, is de meting van de hoogte van stofwolken. De lengte van de schaduwen die ze werpen wordt gemeten en gecombineerd met kennis van de positie van de zon om de hoogte van de wolken boven het Marsoppervlak te meten. Uit de resultaten bleek dat het stof ongeveer 6-11 km boven de grond kan reiken en dat de cellen een typische horizontale omvang hebben van 20-40 km.
"Ondanks het onvoorspelbare gedrag van stofstormen op Mars en de sterke windstoten die ermee gepaard gaan, hebben we gezien dat binnen hun complexiteit georganiseerde structuren zoals fronten en cellulaire convectiepatronen kunnen ontstaan," verklaart Agustín Sánchez-Levaga van de Universidad del País Vasco UPV/EHU (Spanje), die het VMC-wetenschappenteam leidt en hoofdauteur is van een artikel waarin de nieuwe analyse wordt gepresenteerd.
Dergelijke georganiseerde cellulaire convectie is niet uniek voor de aarde en Mars; waarnemingen van de Venusatmosfeer door Venus Express laten mogelijk vergelijkbare patronen zien. "Ons werk aan de droge convectie op Mars is een nieuw voorbeeld van de waarde van vergelijkende studies van soortgelijke verschijnselen in planeetatmosferen om de mechanismen die daaraan ten grondslag liggen onder verschillende omstandigheden en omgevingen beter te begrijpen," voegt Agustín eraan toe.
Inzicht in stofstormen is niet alleen van belang om meer te leren over hoe planeetatmosferen 'werken', maar ook voor toekomstige missies naar Mars. In extreme gevallen kunnen stofstormen een groot deel van het licht van de zon blokkeren zodat de zonnecellen van de rovers op het oppervlak van de Rode Planeet niet kunnen worden bereikt. In 2018 blokkeerde een stofstorm op planetaire schaal niet alleen het zonlicht dat het oppervlak bereikte, maar bedekte ook de zonnepanelen van NASA's Opportunity rover met stof. Beide factoren leidden ertoe dat de rover geen stroom meer kreeg, waardoor de missie eindigde.
Het volgen van de evolutie van stofstormen is cruciaal om toekomstige missies op zonne-energie - en uiteindelijk bemande missies naar de planeet - te helpen beschermen tegen dergelijke krachtige fenomenen.
Bron: ESA
