Mars'taki yinelenen bulutun gizemi çözülmüş olabilir

Mars'ta bahar mevsimi boyunca her sabah aynı yanardağın üzerinde beliren, öğle olmadan kaybolan bir bulut var. Paris'teki LMD, CNRS ve Sorbonne Université araştırmacılarının kuramsal modellemesi, bu bulutun doğada daha önce hiç gözlenmemiş bir süreçle oluştuğunu gösteriyor. Bulgu, bulutların başka gezegenlerde ve Dünya'da nasıl oluştuğuna dair temel varsayımları da sorgulatıyor.

Dünya'daki bulutlardan farkı ne?

Dünya'da bulutların çoğu, nemli havanın soğumasıyla başlar. Su buharı, atmosferdeki toz gibi önceden var olan kuru parçacıkların üzerinde buza dönüşür. Bu sürece heterojen çekirdeklenme deniyor. Su moleküllerinin böyle katı bir “tohuma” ihtiyaç duymadan doğrudan buz kristali oluşturması için atmosferin su buharıyla aşırı doymuş olması gerekir. Kuram bunun mümkün olduğunu söylüyor. Ancak bilim insanları bu kendiliğinden, yani homojen çekirdeklenmeyi gerçek bir gezegen atmosferinde pek olası görmüyordu.

Arsia Mons'taki uzamış bulut

İncelenen bulut, Arsia Mons Uzamış Bulutu (AMEC) adıyla biliniyor. Bulutu ilk kez 1977'de NASA'nın Viking Orbiter 2 aracı görüntüledi. Sonraki yıllarda Avrupa Uzay Ajansı'nın Mars Express aracı da gözlemledi. Bulut, yaklaşık 20 kilometre yüksekliğindeki yanardağın batı yamacı üzerinde, yaklaşık 45 kilometre irtifada oluşuyor. Ardından rüzgârla taşınarak yayılıyor ve 1800 kilometreye varan bir uzunluğa ulaşabiliyor. Öğle vaktine gelindiğinde ise ortadan kalkıyor.

Gökbilimciler bulutun nasıl oluştuğunu uzun süredir çözemiyordu. Klasik orta ölçekli atmosfer modelleri bulutun uzun kuyruğunu üretemiyordu. Çalışmayı yöneten gezegen bilimci Jorge Hernández-Bernal, doktorasının ilk yılında bulutu incelemeye başladıklarını söylüyor. Yıllardır gözlem yaptıklarını, bir meteoroloji modelinin desteğiyle de bulutu anlamaya çalıştıklarını anlatıyor. Bu simülasyonlar başlangıçta bulutu yeniden üretemiyordu.

Veriler ve modeller bir araya geldi

Ekip, Mars Express üzerindeki üç kameranın verisinden yararlandı: Görsel İzleme Kamerası, Yüksek Çözünürlüklü Stereo Kamera ve OMEGA. Hernández-Bernal'e göre Mars Express, yüzeyin geniş alanlarını yüksek çözünürlükle görüntüleyebiliyor. Üstelik ESA'nın ExoMars Trace Gas Orbiter aracıyla birlikte, bulutun var olduğu sabah saatlerinde gözlem yapabilen az sayıdaki Mars yörünge aracından biri.

Araştırmacılar bu gözlemleri, Mars Planetary Climate Model'e dayanan bir orta ölçekli Mars modeliyle birleştirdi. Ayrıca klasik çekirdeklenme kuramından türettikleri kendi simülasyonlarını da kullandı.

Sonuçlara göre güçlü rüzgârlar Arsia Mons'un zirvesine çarptığında yoğun ve yerel atmosferik yerçekimi dalgaları doğuyor. Bu dalgalar, Mars'ın ince alt mezosferinde birkaç kilometre yukarıya kadar yayılıyor. Dalgaların yerinden oynattığı hava ani biçimde soğuyor. Sıcaklık yalnızca 10 dakika içinde 30 kelvine kadar düşebiliyor. Sıcaklık 130 kelvinin altına indiğinde hava, içindeki su buharını artık taşıyamaz hale geliyor. Böylece aşırı doygunluk oluşuyor. Bu koşullar Dünya'da olağan görülen düzeyin 100 000 katına ulaşıyor. Bu noktada kendiliğinden donmanın önündeki kinetik engel çöküyor. Su buharı molekülleri kendiliğinden bir araya gelerek saf buz kristalleri oluşturuyor.

Arka plan

Yerçekimi dalgaları, kararlı tabakalaşmış bir atmosferde havanın dağ gibi bir engelin üzerinden zorlanmasıyla doğan salınımlardır. Dünya'da da dağların yakınında görülürler ve bazen lens biçimli bulutlar oluştururlar. Mars'ta ise yanardağlar çok büyük olduğundan bu etkinin çok daha geniş ölçekte işlemesi beklenebilir. Atmosferin ince olması, aynı hava hareketinin sıcaklıkta büyük değişimlere yol açmasını kolaylaştırır.

Çekirdeklenme, bir fazın yeni bir faza dönüşmeye başladığı ilk adımı anlatır. Tohum parçacık varsa bu adım çok daha az enerji gerektirir. Tohum yoksa sistemin bir enerji engelini aşması gerekir. Bu yüzden homojen çekirdeklenme laboratuvarda ve kuramda iyi bilinse de gerçek atmosferlerde nadir sayılıyordu.

Neden önemli?

Bulgu iki açıdan dikkat çekiyor. Birincisi, Mars atmosferinin işleyişine dair modellerin yalnızca ortalama koşullara değil, yerel ve çok hızlı olaylara da duyarlı olması gerektiğini gösteriyor. Klasik modellerin bulutun kuyruğunu üretememesi, eksik fiziksel sürecin farkına varılmasını sağladı.

İkincisi, bulgu bulut oluşumuna dair genel varsayımları sorguluyor. Kendiliğinden çekirdeklenme gerçek bir gezegen atmosferinde işleyebiliyorsa, başka dünyalardaki bulutların da daha önce düşünülenden farklı yollarla oluşmuş olması ihtimal dahiline giriyor. Çalışma kuramsal modellemeye dayandığı için sonuçların ek gözlemlerle sınanması doğal bir sonraki adım olacaktır.