O mnie

Zajmuję się popularyzacją sektora kosmicznego w Polsce. Udzielam głównie na tematy załogowej eksploracji kosmosu, kolonizacji Marsa oraz nowinek astrofizycznych. Prowadzę Kosmiczną Propagandę oraz piszę artykuły na wielu innych stronach.

Naukowcy z Uniwersytetu MIPT opracowali model obiegu wody w marsjańskiej atmosferze

Zespół naukowców z Moskiewskiego Uniwersytetu MIPT opracował – we współpracy z niemieckimi i japońskimi badaczami – komputerowy model całorocznego obiegu wody w marsjańskiej atmosferze. Poprzednie badania skupiały się głównie na stosunkowo dużych, unoszących się w powietrzu cząsteczkach pyłu, które biorą udział w kondensacji wody na Marsie. Zespół MIPT rozszerzył analizę o mniejsze cząstki, które są bardziej nieuchwytne. W rezultacie, obliczenia okazały się dokładniejsze od wcześniejszych i spójne z danymi zebranymi przez marsjańskie orbitery.

Bardzo prawdopodobne, że w przeszłości na Marsie, a dokładniej mówiąc na jego północnej półkuli znajdował się ocean wody, który na skutek zmian klimatycznych zniknął. Obecnie, ilość wody na Czerwonej Planecie jest dużo mniejsza, a zwłaszcza w jej rozrzedzonej atmosferze. Gdybyśmy zebrali całą, znajdującą się w atmosferze Marsa wodę i rozprowadzili ją równo po całej powierzchni, grubość jej warstwa wyniosłaby zaledwie 20 mikrometrów. Mimo, iż woda jest obecna na Marsie w tak niskim stężeniu, ma ona wielki wpływ na klimat planety. Chmury rozpraszają się i reemitują promieniowanie podczerwone, a skondensowany na cząsteczkach aerozoli atmosferycznych lód, usuwa pył z atmosfery. Dlatego też, aby lepiej zrozumieć zachodzące na Marsie procesy, należy się przyjrzeć sposobom transportu i redystrybucji pary wodnej  i cząsteczek lodu pomiędzy pojawiającymi się sezonowo czapami polarnymi, informują naukowcy.

Pierwsza w historii detekcja wody na Marsie miała miejsce w 1963 roku i w ramach następnych misji była wielokrotnie badana. Jeden z orbiterów – Mars Express – posiada na pokładzie spektrometr o nazwie SPICAM, który bada atmosferę Czerwonej Planety. Na podstawie zebranych przez niego danych, naukowcy opracowali model marsjańskiej atmosfery, który został następnie ulepszony, a jego prawidłowość potwierdzona za pomocą symulacji komputerowych.

Jednakże, obliczenia nie zawsze odpowiadają rzeczywistym danym obserwacyjnym. Wszystkie modele komputerowe bazują na koncepcji kondensacji wody na zawieszonych w atmosferze aerozolach – proces ten leży u podstaw tworzenia się chmur. W związku z tym, wyniki przeprowadzanych symulacji zależą w dużym stopniu od tego, w jaki sposób aerozole są dystrybuowane, co wciąż nie jest dobrze poznane. Generalnie uznaje się, że dystrybucja aerozoli charakteryzuje się  jednym szczytowym punktem, a w niektórych porach roku, dwoma. W drugim przypadku dystrybucja aerozoli jest nazywana dwumodalną.

Aerozole atmosferyczne
Aerozole atmosferyczne (pyły zawieszone, drobiny) – ciekłe krople lub stałe cząstki pochodzenia naturalnego, jak w przypadku aerozolu soli morskiej lub pyłów mineralnych, albo cząstki produkowane przez człowieka (zanieczyszczenia), jak to jest w przypadku aerozolu kropli lub cząstek stałych siarczanów. Często prekursorami aerozoli atmosferycznych są tlenki siarki i azotu, które są przekształcane w procesach chemicznych i fotochemicznych w aerozole atmosferyczne – Wikipedia

Wykres przedstawiający dwumodalny rozkład aerozoli w atmosferze. Cząsteczki o średnicy 0,025 mikrometra posiadają wyraźnie wyższe maksima w porównaniu do cząsteczek o średnicy 0.4 mikrometra i większej. Autor: Dmitry Shaposhnikov.

Zespół badaczy, kierowany przez Alexandra Rodina i Paula Hartogha, opracował model obiegu hydrologicznego Czerwonej Planety, który został oparty na dwumodalnym rozkładzie aerozoli w atmosferze.  W tym celu naukowcy zastosowali ogólny model obiegu marsjańskiej atmosfery, opracowany w Instytucie Maxa Plancka, znany pod nazwą MAOAM (Martian Atmosphere Observation and Modeling). Wiarygodna, trójwymiarowa symulacja cyrkulacji atmosferycznej, pozwoliła zespołowi zbudować model teoretyczny, dostarczający wyjaśnienia przejść fazowych wody oraz jej transferu do atmosfery.

Naukowcy odkryli, że stężenie wody na biegunie północnym osiąga maksymalny poziom, gdy na półkuli północnej panuje lato. W miarę zbliżania się zimy, ilość unoszących się w powietrzu cząsteczek pary wodnej maleje, co może oznaczać, że woda skrapla się i spada na powierzchnię planety w wyniku opadów atmosferycznych. Wyniki obliczeń są niemal identyczne z danymi zebranymi przez spektrometr SPICAM, z niewielkimi różnicami w przypadku okresów, kiedy stężenie wody w atmosferze spada.

Zmiany gęstości pary wodnej w zależności od pory roku (oś pozioma) i szerokości geograficznej (oś pionowa) w ciągu roku: a) przedstawia dane doświadczalne; b)  symulacja komputerowa; oraz c) jest różnicą między tymi dwoma wartościami. Autor: Dmitry Shaposhnikov.

Rozmieszczenie gęstości pary wodnej na powierzchni Marsa podczas lata na półkuli północnej. Strzałki wskazują kierunek wiatru. Autor: Dmitry Shaposhnikov.

Ponadto, naukowcy zastosowali tą samą metodę do obliczenia gęstości i rozkładu atmosferycznego chmur utworzonych przez mikroskopijne kryształki lodu. Okazało się, że większa część lodu znajdowała się dokładnie pod równikiem w momencie, gdy gęstość pary wodnej wody na biegunie północnym, czyli w okresie północnego lata, osiągnęła maksimum.

Rozkład lodu według szerokości geograficznej (oś pozioma) i wysokości (oś pionowa): dane doświadczalne a), dwumodalne b) i monomodalne c). Autor: Dmitry Shaposhnikov.

Naukowcy zwracają uwagę, że wyniki uzyskane przy zastosowaniu podejścia dwumodalnego różnią się od wyników obliczeń, w których rozkład wielkości cząsteczek miał tylko jedno maksimum. Modelowanie dwumodalne okazało się dokładniejsze i bardziej zgodne z danymi doświadczalnymi. Tak więc np. obliczenia monomodalne obniżają wysokość chmur lodowych i odbiegają od wyników obserwacji w porach roku, kiedy gęstość pary wodnej osiąga swoje maksimum.

Symulacje oparte na rozmieszczeniu dwumodalnym (a, b) i dwóch monomodalnych (c-f). W kolumnie lewej przedstawiono obliczenia gęstości pary wodnej, a w kolumnie prawej – stężenie cząstek lodu. Autor: Dmitry Shaposhnikov.

Badania poświęcone zachowaniu marsjańskiej atmosfery i cyrkulacji wody przybliżają nas do lepszego poznania tej niezwykle interesującej planety. Przyszłe misje załogowe pozwolą potwierdzić lub obalić obowiązujące teorie, a samo przeprowadzanie takich badań przybliża nas do zasiedlenia Czerwonej Planety. Będąc na miejscu musimy mieć pewność, że wiemy czego możemy się spodziewać i potrafić przewidywać marsjańską pogodę.

 

Źródło: mipt.ru