Als de lente in het zuiden van Mars aanbreekt, een wolk van waterijs ontstaat bij de 20 kilometer hoge Arsia Mons-vulkaan, zich snel uitstrekkend over vele honderden kilometers voordat het in slechts enkele uren vervaagt. Een gedetailleerde langetermijnstudie onthult nu de geheimen van deze langgerekte wolk, gebruikmakend van spannende nieuwe waarnemingen van de Mars Webcam op ESA's Mars Express.

Mars Express heeft deze wolk eerder gezien terwijl hij zweeft in de buurt van de Arsia Mons-vulkaan, net ten zuiden van de evenaar van Mars. raadselachtig, Arsia Mons is de enige locatie op lage breedtegraad op Mars waar wolken worden gezien - en de enige van de vele vergelijkbare vulkanen in de regio met zo'n sluier van wolken - in deze tijd van het jaar. Mars Express heeft deze sluier gedurende de lente- en zomerseizoenen dagelijks zien groeien en vervagen. opvallende beelden terug te sturen van deze lange en dramatische witte wolk.

Echter, de wolk is door de snelle, veranderlijke dynamiek van de atmosfeer van Mars en de beperkingen van veel ruimtevaartuigbanen, het beperken van onze kennis van hoe en waarom het zich vormt en verandert in de tijd.

"Om deze hindernissen uit de weg te ruimen, we gebruikten een van de geheime tools van Mars Express:de visuele bewakingscamera, of VMC, " zegt Jorge Hernández Bernal van de Universiteit van Baskenland in Bilbao, Spanje, hoofdauteur van de nieuwe bevindingen en onderdeel van een langetermijnproject dat de dynamiek van de cloud bestudeert.

Het werk van Jorge en collega's toont een opwindend, en onbedoeld, gebruiken voor de VMC. Ook wel de Mars Webcam genoemd, de VMC heeft een resolutie die vergelijkbaar is met die van een standaard computerwebcam uit 2003. Het werd geïnstalleerd om visueel te bevestigen dat de Beagle 2-lander zich in 2003 met succes had losgemaakt van Mars Express, waarna het werd uitgeschakeld. Enkele jaren later, de camera werd opnieuw geactiveerd en gebruikt om beelden van Mars te verzamelen voor publieke betrokkenheid en outreach-activiteiten, maar bleef ongebruikt voor wetenschappelijk onderzoek.

"Echter, onlangs, de VMC werd geherkwalificeerd als een camera voor de wetenschap, " voegt Jorge toe. "Hoewel het een lage ruimtelijke resolutie heeft, het heeft een breed gezichtsveld - essentieel om het grote geheel op verschillende lokale tijdstippen van de dag te zien - en is geweldig om de evolutie van een functie over een lange periode en in kleine tijdstappen te volgen. Als resultaat, we zouden de hele cloud kunnen bestuderen in verschillende levenscycli."

Het onderzoeksteam combineerde de VMC-waarnemingen met die van twee andere Mars Express-instrumenten - OMEGA en HRSC - en van verschillende andere ruimtevaartuigen, namelijk NASA's Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), Mars verkenningsorbiter (MRO), en Viking 2-missies, en de Mars Orbiter Mission (MOM) van de Indian Space Research Organization. "We waren vooral enthousiast toen we in de observaties van Viking 2 uit de jaren zeventig doken, " zegt Jorge. "We ontdekten dat deze enorme, fascinerende wolk was al zo lang geleden gedeeltelijk in beeld - en nu onderzoeken we het in detail."

Uit de bevindingen bleek dat, op zijn grootst, de wolk is ongeveer 1 800 km lang en 150 km breed. Het is de grootste 'orografische' wolk die ooit op Mars is gezien, wat betekent dat het zich vormt als gevolg van wind die naar boven wordt gedwongen door topografische kenmerken (zoals bergen of vulkanen) op een planetair oppervlak. In dit geval, Arsia Mons verstoort de atmosfeer van Mars om de vorming van de wolk te veroorzaken; vochtige lucht wordt dan in opwaartse stroming langs de flanken van de vulkaan gedreven, later condenserend bij hoger, en veel koeler, hoogtes.

De wolk ondergaat een snelle dagelijkse cyclus die zich elke ochtend gedurende enkele maanden herhaalt. Het begint vóór zonsopgang te groeien op de westelijke helling van Arsia Mons voordat het zich gedurende twee en een half uur naar het westen uitbreidt, opmerkelijk snel groeien - met meer dan 600 km / u - op een hoogte van 45 km. Het stopt dan met uitbreiden, los van zijn oorspronkelijke locatie, en wordt nog verder naar het westen getrokken door wind op grote hoogte, voordat het verdampt in de late ochtend als de luchttemperatuur stijgt met de opkomende zon.

"Veel Mars-orbiters kunnen dit deel van het oppervlak pas 's middags gaan observeren vanwege de eigenschappen van hun banen, dus dit is echt de eerste gedetailleerde verkenning van deze interessante functie - en het wordt mogelijk gemaakt door niet alleen de gevarieerde reeks instrumenten van Mars Express, maar ook zijn baan, " legt co-auteur Agustin Sánchez-Lavega uit, ook van de Universiteit van Baskenland en Science Lead voor de VMC.

Van geen enkel ander klimaatsysteem in het zonnestelsel wordt gedacht dat het zo veel lijkt op dat van de aarde als het stelsel van Mars - maar toch, de twee planeten vertonen duidelijke en intrigerende verschillen. "Hoewel orografische wolken vaak op aarde worden waargenomen, ze bereiken niet zulke enorme lengtes of vertonen niet zo'n levendige dynamiek, "zegt Agustin. "Het begrijpen van deze wolk geeft ons de geweldige kans om te proberen de formatie van de wolk te repliceren met modellen - modellen die onze kennis van klimatologische systemen op zowel Mars als de aarde zullen verbeteren."

Naast het op een spannende manier gebruiken van de VMC, Jorge, Agustin en collega's hebben ook een typische uitdaging overwonnen bij het observeren van voorbijgaande verschijnselen op Mars. Camera's met een hoge resolutie, zoals de HRSC van Mars Express, hebben een smal gezichtsveld, en observaties worden altijd vooraf gepland. Als resultaat, meteorologische verschijnselen - die over het algemeen onvoorspelbaar zijn - worden meestal bij toeval opgevangen. Echter, toen de onderzoekers de levenscyclus en jaarlijkse patronen van deze langgerekte wolk begonnen te begrijpen, ze waren in staat om het HRSC-team naar de juiste plaats en het juiste moment te leiden om het vast te leggen zoals het zich voordeed.

"Deze bevindingen tonen echt de sterke punten van Mars Express - zijn unieke baan, levensduur, aanhoudende kwaliteit, en aanpassingsvermogen terwijl het de mysteries van Mars aanpakt, ", zegt ESA's Mars Express-projectwetenschapper Dmitrij Titov.

"Door de VMC een nieuwe bestemming te geven, hebben we deze tijdelijke cloud met succes kunnen begrijpen op een manier die anders niet mogelijk zou zijn geweest. De VMC stelt wetenschappers in staat om wolken te volgen, monitor stofstormen, sonde wolken- en stofstructuren in de atmosfeer van Mars, verken veranderingen in de poolkappen van de planeet, en meer. De heringebruikname ondersteunt niet alleen de primaire toolkit van Mars Express voor Mars-exploratie, maar voegt nieuwe waarde toe aan de al lang bestaande missie, die sinds 2003 meer onthult over de Rode Planeet."

"Een extreem langgerekte wolk boven de vulkaan Arsia Mons op Mars:I. Life Cycle" door J. Hernández-Bernal et al is gepubliceerd in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek .

De studie maakte gebruik van 63 observaties van de Arsia Mons langwerpige wolk (AMEC) van de VMC naast andere Mars Express-gegevens van de High Resolution Stereo Camera (HRSC) en Visible and Infrared Mineralogical Mapping Spectrometer (OMEGA).

Waarnemingen van NASA's Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), Mars verkenningsorbiter (MRO), en Viking 2-missies, en de Mars Orbiter Mission (MOM) van de Indian Space Research Organization werden ook in het onderzoek gebruikt.