science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoeveel kooldioxide-sneeuw valt er elke winter op Mars?

Deze afbeelding van de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) toont de "spinnen" die tevoorschijn komen uit de koolstofdioxide-ijskap op de zuidpool van Mars. Krediet:NASA/JPL-Caltech

zoals de aarde, Mars ervaart klimatologische variaties in de loop van een jaar vanwege de gekantelde aard van zijn baan (ook bekend als seizoensverandering). evenzo, deze variaties in temperatuur resulteren in interactie tussen de atmosfeer en de poolkappen. Op aarde, seizoensgebonden variaties in temperatuur en neerslag zorgen ervoor dat de poolijskap op het ene halfrond groeit, terwijl de ijskap op het andere halfrond krimpt.

Op Mars, echter, dingen werken een beetje anders. Naast de sneeuw die in de winter op de poolijskappen regent, de polaire ijskappen van Mars ontvangen naast sneeuw ook veel bevroren koolstofdioxide ("droogijs"). Onlangs, een internationaal team van wetenschappers gebruikte gegevens van NASA's Mars Global Surveyor (MGS) -missie om te meten hoe de poolkappen van de planeet groeien en verdwijnen. Hun resultaten kunnen nieuwe inzichten opleveren in hoe het klimaat op Mars varieert als gevolg van seizoensveranderingen.

De studie die hun bevindingen beschrijft, werd geleid door Haifeng Xiao, een onderzoeksassistent bij het Institute of Geodesy and Geoinformation Science aan de Technische Universiteit van Berlijn. Hij werd vergezeld door onderzoekers van de Stanford University, de Université Paris-Saclay, het Institut Universitaire de France, en het Duitse ruimtevaartcentrum (DLR) Instituut voor Planetair Onderzoek en Instituut voor Atmosferische Fysica.

Wat we weten over de poolkappen van Mars geeft aan dat ze uit drie delen bestaan. Eerst, er is de resterende (of permanente) ijskap, die op de Noordpool bestaat uit lagen waterijs van enkele meters dik, en een 8 meter (~ 10 voet) dikke laag bevroren koolstofdioxide op de Zuidpool. Daaronder bevinden zich de Polar Layered Deposits (PLD's), die 2 tot 3 km (mi) dik zijn en bestaan ​​uit waterijs en stof.

De laatste is de seizoensgebonden ijskap, een laag bevroren CO 2 elke winter afgezet op de permanente ijskappen. Ter wille van hun studie, Haifeng en zijn collega's concentreerden zich op de seizoensgebonden ijskappen om te onthullen hoe ze worden beïnvloed door variaties in seizoenstemperaturen en zonnestraling - en hoe dit wordt geassocieerd met jaarlijkse variaties in het klimaat van Mars. Zoals Haifeng via e-mail aan Universe Today vertelde:

Time-lapse-video die seizoensveranderingen rond de zuidpool van Mars laat zien. Krediet:W.M. Calvijn, et al. (2015)

"Elk Marsjaar, ongeveer 30% van de CO . van de atmosfeer 2 massa is in levendige uitwisseling met de polaire oppervlakken door de seizoensgebonden afzetting/sublimatie. Tijdelijke variaties van niveaus en hoeveelheden sneeuw/ijs die met dit proces samenhangen, kunnen cruciale beperkingen opleggen aan het klimaatsysteem van Mars en vluchtige circulatiemodellen.

"In aanvulling, de seizoensgebonden accumulatie van de CO 2 ijs om deze seizoensgebonden poolkappen te vormen, kan worden beïnvloed door stofstormen, koude plekken, katabatische en orografische winden, en lokale schaduwwerking. Dus, Variabiliteiten op korte en lange termijn van de seizoensgebonden poolkappen kunnen ook wijzen op de variabiliteit van het klimaat op Mars."

Tijdens een Marsjaar, die meer dan 687 aardse dagen duurt (of 668,5 sol), seizoensveranderingen leiden ertoe dat kooldioxide in de atmosfeer migreert van de Noordpool naar de Zuidpool (en vice versa). Deze seizoensgebonden acties zijn verantwoordelijk voor het transporteren van grote hoeveelheden stof en waterdamp, wat leidt tot vorst en de vorming van grote cirruswolken die vanuit de ruimte zichtbaar zijn.

Dit proces van sublimatie en uitwisseling tussen de polen is ook verantwoordelijk voor opmerkelijke geologische kenmerken op Mars, zoals het araneiforme terrein (ook bekend als "spinnen") nabij de Zuidpool en de manier waarop de duinvelden in de noordelijke vlakken gegroefd raken met de komst van seizoensinvloeden. Zoals Haifeng uitlegde, het begrijpen van de relatie tussen de seizoensgebonden poolkappen en de vorming van geologische kenmerken op Mars zou kunnen leiden tot een beter begrip van de omgeving van Mars.

In de laatste twee decennia, metingen van de poolijskappen zijn uitgevoerd met behulp van verschillende methoden:zwaartekrachtvariatie, neutron, en gammastraalflux - en gemodelleerd op basis van modellen voor algemene circulatie en energiebalans. Voor hun studie Haifeng en zijn collega's vertrouwden op gegevens verkregen door het Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) -instrument aan boord van de MGS om nauwkeurige metingen van de hoogte en het volume van de poolijskappen van Mars in de loop van de tijd te verkrijgen.

"Gegroefde" duinen in het kratergebied nabij de Noordpool van Mars. Krediet:NASA/JPL-Caltech/Universiteit van Arizona

Dit bestond uit het opnieuw verwerken van de MOLA Precision Experiment Data Records (PEDR) - of MOLA's individuele hoogtemetingen - met behulp van de nieuwste beschikbare MGS-baangegevens en het rotatiemodel van Mars. Vervolgens registreerden ze deze profielen zelf in een zelfconsistent Digital Terrain Model (DTM), die diende als een statische gemiddelde oppervlaktemeting voor Mars. Zoals Haifeng uitlegde:

"We hebben de co-registratie van lokale dynamische Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) -profielsegmenten voorgesteld en gevalideerd voor statische Digital Terrain Models (DTM's) als een benadering voor het verkrijgen van seizoensgebonden CO 2 ijslaag diepte variaties op Mars. In aanvulling, we hebben ook een post-correctieprocedure voorgesteld op basis van de pseudo-cross-overs van MOLA-profielen om de precisie van de dieptevariatie-tijdreeksen verder te verbeteren."

Het resultaat hiervan was een reeks hoogteveranderingsmetingen met een nauwkeurigheid van ~ 4,9 cm (1,93 inch) en piek-tot-piek hoogtevariaties van ~ 2,2 m (7,2 ft). Het team breidde deze resultaten ook uit naar de hele Zuidpool, die ze hopen in meer detail te behandelen in een andere binnenkort te publiceren studie. Haifeng en zijn collega's zijn ook van plan hun resultaten te vergelijken met radarhoogtemetinggegevens die zijn verkregen door de SHAllow RADar-sounder (SHARAD) aan boord van NASA's Mars Reconnaissance Orbiter's (MRO).

"Als volgende stap We zullen de SHARAD-radarhoogtemeting proberen om de MOLA-metingen te valideren en om de seizoensgebonden diepte-evolutie op lange termijn van de seizoensgebonden poolkappen van Mars af te leiden, wat ook belangrijk zal zijn voor het beoordelen van de stabiliteit op lange termijn van de onderliggende Martiaanse resterende poolkappen, in het bijzonder de resterende zuidpoolkap die wordt beschouwd als in een quasi-stabiele staat, ' zei Haifeng.

Dankzij deze metingen kunnen planetaire wetenschappers veel meer te weten komen over het klimaat op Mars en de jaarlijkse veranderingen die het doormaakt. Ze zullen ook helpen bij het voorbereiden van toekomstige robot- en menselijke verkenningsmissies naar de Rode Planeet, die in het komende decennium nog enige tijd worden verwacht.