science >> Wetenschap >  >> Astronomie

De voorspelling voor Mars bevat buitenaardse weersvoorspellingen

Krediet:Michael S. Helfenbein; Afbeelding met dank aan NASA/JPL-Caltech

Terwijl wetenschappers zich voorbereiden op bemande onderzoeksmissies naar nabijgelegen planeten en manen, ze hebben vastgesteld dat er behoefte is aan iets dat verder gaat dan rovers en raketten.

Ze hebben nauwkeurige weersvoorspellingen nodig. Zonder hen, elke reis naar de oppervlakte kan één stofstorm verwijderd zijn van een ramp.

Een nieuwe studie van Yale helpt de basis te leggen voor nauwkeuriger, buitenaardse voorspellingen door een fenomeen te nemen dat verband houdt met de jetstream van de aarde en dit toe te passen op weerpatronen op Mars en Titan, De grootste maan van Saturnus. De studie verschijnt in het tijdschrift Natuurastronomie .

"Ik geloof dat de eerste nauwkeurige voorspellingen van misschien een paar Mars-dagen misschien nog maar een decennium verwijderd zijn, " zei hoofdauteur J. Michael Battalio, een postdoctoraal onderzoeker in Aard- en planeetwetenschappen aan de Faculteit der Kunsten en Wetenschappen van Yale. "Het is gewoon een kwestie van betere observationele datasets combineren met voldoende verfijnde numerieke modellen.

"Maar tot dan, we kunnen vertrouwen op verbindingen tussen het klimaat en het weer om te helpen anticiperen op stofstormen."

Op aarde, de regelmaat van stormsystemen op de middelste breedtegraden wordt geassocieerd met wat een ringvormige modus wordt genoemd - een variabiliteit in atmosferische stroming die geen verband houdt met de cyclus van seizoenen. Ringvormige modi beïnvloeden de jetstream, neerslag, en wolkenformaties over de hele planeet. Ze verklaren tot een derde van de variabiliteit in door wind aangedreven "wervelingen, " inclusief sneeuwstormen in New England en zware stormuitbraken in het Midwesten.

Na te hebben opgemerkt dat de regelmaat van stofstormen op het zuidelijk halfrond van Mars vergelijkbaar was met de herhaalbaarheid van de draaikolken van de aarde, Battalio bedacht de nieuwe studie. specifiek, na het bekijken van 15 jaar atmosferische observaties van Mars in een openbare dataset, hij ontdekte dat Mars ook ringvormige modi heeft, net zoals de aarde dat doet.

Battalio's lab-supervisor, Juan Lora, een assistent-professor aard- en planetaire wetenschappen aan Yale, suggereerde dat ze ook naar ringvormige modi op Titan zoeken. Hoewel er zeer weinig atmosferische waarnemingen zijn voor Titan, Lora heeft een hoog aangeschreven wereldwijd klimaatmodel voor de maan ontwikkeld, het Titan Atmospheric Model (TAM).

Inderdaad, Battalio en Lora ontdekten dat ringvormige modi ook prominent aanwezig zijn in hun Titan-simulaties. In feite, de onderzoekers ontdekten dat ringvormige modi op Titan - en op Mars - zelfs meer invloed hebben dan op aarde. Ze lijken verantwoordelijk te zijn voor tot de helft van de windvariabiliteit op Mars en voor tweederde van de windvariabiliteit op Titan.

"Methaanwolken en oppervlakteveranderingen veroorzaakt door methaanregen op Titan zijn eerder waargenomen, " zei Lora, wie is co-auteur van de studie. "En nu lijkt het erop dat deze gebeurtenissen verband houden met verschuivingen van de sterke jetstream van Titan, beïnvloed door zijn ringvormige modi."

Battalio toegevoegd:"Het feit dat we ringvormige modi hebben gevonden op werelden die zo verschillend zijn van de aarde als Mars en Titan, betekent ook dat ze alomtegenwoordig kunnen zijn in planetaire atmosferen, van Venus, naar de gasreuzen of exoplaneten."

Wat Mars betreft, de stofstormen variëren van kleine stofduivels die constant voorkomen tot wereldwijde stofstormen die eens in de zoveel jaar de planeet omringen. De kleinere stormen duren minder dan een dag, maar de wereldwijde gebeurtenissen kunnen maanden duren. Er zijn ook regionale evenementen die dagen tot weken duren.

"Het begrijpen en voorspellen van deze gebeurtenissen is van vitaal belang voor de veiligheid van missies, vooral degenen die afhankelijk zijn van zonne-energie, maar ook voor alle missies als ze op het oppervlak landen, "Zei Battalio. "Tijdens grotere regionale evenementen, het stof kan soms zo dik worden dat de dag zo donker lijkt als midden in de nacht. Ook zonder grote dramatische gebeurtenis, regionale stormen zijn een periodiek kenmerk."

Het is dit periodieke karakter, onderzoekers zeiden, waarmee ringvormige modi stofstormen kunnen voorspellen. Mars, Titan, en de modi van de aarde komen elk regelmatig voor. Omdat de ringvormige modi invloed hebben op de wervelingen die stofstormen veroorzaken, real-time analyse van de ringvormige modi maakt eenvoudige voorspellingen van stofstormen mogelijk zonder afhankelijk te zijn van een complex model.

De robotrover Opportunity landde in 2004 op Mars voor een missie van 90 dagen; het werkte meer dan 14 jaar, deels door te overwinteren tijdens stofstormen. De interieurverkenning met behulp van seismisch onderzoek, Geodesie en Heat Transport (InSight) robotlander arriveerde in 2018 op Mars.

"Een wereldwijd evenement is wat uiteindelijk de Opportunity rover heeft beëindigd, maar de langzame ophoping van stof brengt momenteel het voortbestaan ​​van de InSight-missie in gevaar, ' zei Battalio.