Mars'ın en tuhaf bulutu: su buharı toz olmadan doğrudan buza dönüyor
Arsia Mons yanardağının batısında her sabah 1.800 kilometreye uzayan bulut, standart modellere sığmıyordu. Mars Express verileriyle beslenen yeni modelleme, su buharının toz tanesi olmadan doğrudan donduğunu söylüyor.
Mars'ın güney yarımküresinde ilkbahar geldiğinde, 20 kilometre yüksekliğindeki Arsia Mons yanardağının batı yamacında güneş doğmadan önce ince bir beyazlık belirir. Sonraki iki buçuk saat içinde bu beyazlık batıya doğru uzar; en geniş halinde 1.800 kilometreye, Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) benzetmesiyle Birleşik Krallık'ın boyunun neredeyse iki katına ulaşır. Öğleden sonraya kalmaz, buharlaşıp kaybolur. Ertesi sabah aynı yerde yeniden başlar ve bu döngü aylarca sürer.
ESA'nın Mars Express aracı 2018 sonbaharında bu oluşumu gün gün izlemeye başladığında ona bir ad da verildi: Arsia Mons Uzun Bulutu, kısaca AMEC. Aradan geçen sekiz yılda bulutun ölçüleri çıkarıldı, mevsimi belirlendi, ama bir şey eksik kaldı: kimse onu bilgisayarda yeniden üretemedi. Mars atmosferinin bilinen kurallarıyla kurulan modeller, böyle bir bulut vermiyordu.
Nature Geoscience dergisinde yayımlanan yeni çalışma, bu boşluğun nedenini açıklıyor. LMD/CNRS/Sorbonne Üniversitesi'nden J. Hernández-Bernal ve arkadaşlarına göre bulut, yağışın ve bulutun ortak kuralı sayılan yolla değil, ders kitaplarında teoride mümkün diye geçen bir yolla oluşuyor: su buharı, üzerine yoğuşacağı bir toz tanesi bulmadan doğrudan buz parçacığına dönüşüyor. Yazarlar bunu bir gezegen atmosferinde ilk kez gösterildiğini söylüyor.
Yanardağdan tüten bir duman değil
Bulut ilk bakışta yanardağın bacasından çıkıyormuş gibi görünse de volkanik etkinlikle ilgisi yok. ESA'nın 2018'deki açıklamasına göre bu bir su buzu bulutu ve dağın hava akımını yukarı doğru zorlamasıyla oluşuyor; meteorolojide bunun adı orografik bulut. Dünya'da da sıradağların rüzgâr almayan yüzünde benzerleri görülür, yalnız bu ölçekte değil.
Bulutun yaşam döngüsünü ilk kez derli toplu anlatan 2021 tarihli çalışmada Hernández-Bernal ve ekibi, Mars Express'in izleme kamerasının yanı sıra NASA'nın MAVEN ve MRO araçlarının, Hindistan'ın Mars Orbiter Mission'ının ve 1970'lerin Viking 2 aracının kayıtlarını taradı. Viking 2'nin kareleri bulutu kısmen yakalamıştı; yani oluşum kırk yılı aşkın süredir oradaydı ve kimse fark etmemişti. Aynı çalışma, bulutun her yıl aynı şiddette gelmediğini de gösterdi: bazı Mars yıllarında zayıf kaldı, gezegen ölçeğinde toza boğulan bir yılda ise gecikerek başladı.
Ölçüler, 2021 çalışması ile ESA'nın yayımladığı veriler birlikte okunduğunda şöyle:
| Bulutun en uzun hali | 1.800 km |
|---|---|
| Genişliği | yaklaşık 150 km |
| Oluştuğu yükseklik | yaklaşık 45 km |
| Batıya uzama hızı | saniyede ~170 m (saatte 600 km'nin üzerinde) |
| Uzama süresi | yaklaşık 2,5 saat |
| Günün saati | gün doğumundan önce başlar, sabahın sonunda buharlaşır |
| Mevsimi | güneş boylamı 220°-320° (güney yarımkürede yaz gündönümü çevresi) |
| Arsia Mons'un yüksekliği | 20 km |
Bulutlar neyin üstüne kurulur
Dünya'da bir bulut damlası ya da buz kristali kendiliğinden belirmez; neredeyse her zaman havada asılı bir parçacığın üzerinde kurulur. Toz, deniz tuzu, polen, is: bunlar yoğuşma çekirdeği görevi görür ve sürecin adı heterojen çekirdeklenme olur. Mars'ta bu işi, atmosferi hiç terk etmeyen ince toz yapar; gezegen bu bakımdan cömerttir, çekirdek sıkıntısı yoktur.
Tam bu yüzden AMEC bir bilmeceydi. Toz bol olduğu halde alışılmış mikrofizikle kurulan modeller bulutu veremiyordu. Hernández-Bernal, ESA'nın bülteninde çözümü şöyle anlatıyor: "Modellemede AMEC'i oluşturabilmek için egzotik bir fiziği hesaba katmamız gerekti; ders kitaplarında yer alan ama teorik sayılan, doğada gerçekleşmediği düşünülen bir fizik."
Pencerede değil, odanın ortasında
Hesaba katılan fizik homojen çekirdeklenme: su buharının hiçbir yüzeye ihtiyaç duymadan kendi kendine buza geçmesi. Bunun için nemin, buharın buzla dengede olduğu noktanın çok çok üstüne çıkması gerekir. Hernández-Bernal'in benzetmesiyle: "Su buharı, arada hiçbir basamak olmadan doğrudan buzlu bulut parçacıklarına dönüşüyor. Yoğuşma damlalarının pencerede değil, odanın ortasında belirmesi gibi. Buna homojen çekirdeklenme diyoruz ve bir gezegen atmosferinde daha önce hiç görmedik."
Modelde bu koşulu yaratan şey yanardağın kütlesi. Dağın akışı bozmasıyla doğan güçlü bir atmosfer dalgası, nemli havayı dakikalar içinde birkaç kilometre yukarı fırlatıyor. ESA'nın aktardığına göre sıcaklık 10 dakikada 30 derece düşüyor; bağıl nem, Dünya'da gündelik olarak yaşadığımız düzeylerin 100 binden fazla katına çıkıyor. Böyle bir aşırı doymuşlukta buhar, beklemeden donuyor.
Bu koşulların Dünya'nın ve Venüs'ün üst atmosferinde oluşabileceği daha önce kuramsal olarak öne sürülmüştü; gözlenememişti. Çalışmanın özetinde yazarlar, bulgunun "Dünya'daki bazı bulutlar ve belki başka gezegenler için de geçerli" olabileceğini yazıyor.
Bulgunun sınırı nerede
Çalışmanın başlığındaki ifade dikkatli seçilmiş: bulutlar homojen çekirdeklenmeyi işaret ediyor. Elde Mars atmosferinden alınmış, "nem şu kadardı" diyen bir ölçüm yok. Kanıt dolaylı: modele bu süreç eklenince gözlenen bulutun kendine özgü nitelikleri yeniden üretilebiliyor, eklenmeyince üretilemiyor. Hernández-Bernal da bunu saklamıyor: "Bu koşulları Mars'ta daha önce görmedik ama bulgumuz, gezegenin neminin gerçekten bu aşırı düzeylere çıkabildiğini güçlü biçimde gösteriyor."
İkinci sınır gözlemin kendisinde. AMEC sabah saatlerinin bulutu, Mars'ın yörüngesinde sabah saatlerine bakabilen araç ise az. Mars Express Proje Bilimcisi Colin Wilson'ın belirttiğine göre aracın gücü tam burada: "Mars Express bulutun yalnızca saatler ölçeğinde nasıl değiştiğini izleyebiliyor; bu da gezegendeki kısa ömürlü olaylara eşsiz bir bakış sağlıyor." Çalışmada kullanılan veriler de aracın üç gözünden geliyor: izleme kamerası VMC, yüksek çözünürlüklü stereo kamera HRSC ve OMEGA.
Açık soru şu: Mars'ın havası gerçekten bu kadar doymuş hale gelebiliyorsa, bunun doğrudan ölçülmesi gerekir; ve eğer gelebiliyorsa aynı şey gezegenin başka yerlerinde, başka bulutlarda da olmuş olabilir. Wilson'ın özeti, meselenin Mars'la sınırlı olmadığını anlatıyor: "Dünya'daki ve Mars'taki bulutlar aynı kurallara uyuyor gibi görünse de bu egzotik Mars bulutunu anlamak egzotik bir fizik gerektirdi; evrenin başka yerlerinde de durum böyle olabilir."
Fotoğraf: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 igo, Wikimedia Commons
