10 Minute
Observații rare ale vârtejului polar de iarnă pe Marte
O vedere a polului nord al planetei Marte, creată prin combinarea imaginilor surprinse de nava spațială Mars Express a Agenției Spațiale Europene cu date topografice obținute de Mars Orbiter Laser Altimeter, instrumentul aflat la bordul misiunii Mars Global Surveyor a NASA, acum închisă.
Teledetecția regiunii polare nordice a lui Marte a dezvăluit condiții surprinzător de extreme în interiorul vârtejului polar de iarnă al planetei, inclusiv o creștere pronunțată a concentrației de ozon. Analize noi care combină date din Trace Gas Orbiter (TGO) al Agenției Spațiale Europene și Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) al NASA arată că temperaturile din interiorul vârtejului pot fi cu zeci de grade Celsius mai scăzute decât aerul din jur, iar prelungirea nopții polare favorizează acumularea de ozon.
Cercetătorii conduși de Dr. Kevin Olsen (Universitatea Oxford) au prezentat aceste rezultate la reuniunea comună EPSC-DPS2025 din Helsinki. Comparând măsurători de tip limb-viewing obținute cu Atmospheric Chemistry Suite (ACS) de la TGO cu profile de temperatură de la Mars Climate Sounder (MCS) de pe MRO, echipa a izolat condițiile din interiorul vârtejului și a urmărit schimbările chimice care apar atunci când lumina solară lipsește pentru perioade îndelungate.
Cum se formează vârtejul polar și de ce este important
Vârtejul polar al planetei Marte este un fenomen sezonier, alimentat de înclinarea axială de 25,2 grade a planetei. Asemenea regiunilor polare terestre, sfârșitul verii nordice marchează instalarea unei nopți polare lungi. Lipsa încălzirii solare determină apariția unei structuri puternice de vânt circumpolar — vârtejul polar — care captează aerul și izolează coloana polară de masele de aer din latitudinile inferioare.
.avif)
Un schemă a măsurătorilor de temperatură arată cum în interiorul vârtejului polar nordic (indicat de linia galbenă) sunt înregistrate temperaturi cu aproximativ 40 de grade Celsius mai scăzute decât în afara acestuia. Credit: Kevin Olsen (University of Oxford) et al.
În interiorul vârtejului marțian, atmosfera de la suprafață până la aproximativ 30 de kilometri altitudine devine excepțional de rece — aproximativ 40 °C mai rece decât aerul din afara vârtejului, conform analizei. Această răcire intensă determină chiar și cantitățile foarte mici de vapori de apă prezente pe Marte să se condenseze și să se depună pe calota polară. Epuizarea vaporilor de apă din atmosferă determină schimbări în chimia polară care favorizează, în mod paradoxal, acumularea de ozon.
În termeni dinamici, vârtejul acționează ca un rezervor izolator: limitele sale dinamice reduc transportul meridional de compuși chimici și particule, ceea ce face ca procesele locale să domine compoziția atmosferică. În plus, profilurile verticale ale temperaturii și ale stabilității atmosferice facilitează procese precum sub-răcirea, formarea cristalelor de gheață și sedimentarea particulelor — toate având impact asupra ciclurilor chimice locale.
Chimia ozonului în timpul nopții polare marciene
Pe Marte, ozonul (O3) este o specie reactivă de oxigen care servește drept indicator al proceselor fotochimice și catalitice din atmosferă. În prezența luminii solare, reacțiile fotochimice produc și distrug ozonul într-un echilibru dinamic. Unul dintre puținii puțini căi importante de distrugere a ozonului implică interacțiunea acestuia cu speciile ce conțin hidrogen provenite din vapori de apă; când vaporii de apă sunt expuși la radiația ultravioletă, se generează radicali care descompun ozonul printr-o serie de reacții în lanț.
În timpul nopții polare, însă, două procese esențiale se petrec simultan: fotoliza indusă de UV aproape încetează și vaporii de apă sunt eliminați din faza gazoasă prin condensare pe calota de gheață. Fără căile obișnuite de distrugere fotochimică care depind de radicalii derivați din apă, ozonul poate să se acumuleze în interiorul vârtejului. Rezultatul net observat de TGO/ACS a fost o creștere măsurabilă a concentrației de ozon față de latitudinile adiacente, expuse la soare.
Această acumulare nu înseamnă neapărat concentrații mari pe scară planetară, dar confirmă că chimia polară poate evolua foarte diferit față de regiunile temperate. Pentru modelatori, este esențial să includă reacții dependente de umiditate, condensare și procese heterogene pe suprafețele cristalelor de gheață, deoarece acestea pot modifica constant balanța între surse și puțuri de ozon.
Într-un context mai larg, determinarea magnitudinii și variabilității ozonului din atmosfera marțiană oferă mai mult decât o fotografie a chimiei actuale. Abundența și distribuția ozonului alimentează modelele de evoluție atmosferică, inclusiv modul în care straturile protectoare ar fi putut varia pe durata timpului geologic. Dacă Marte a avut cândva un strat de ozon mai dens, regiunile de la suprafață ar fi fost expuse la fluxuri ultraviolete mai mici — o informație-cheie pentru evaluarea potențialului de supraviețuire sau apariție a vieții la suprafață în trecutul planetei.
Metode: combinarea instrumentelor pentru a explora noaptea polară
Investigarea nopții polare marțiene impune utilizarea coordonată a mai multor instrumente orbitale, fiecare aducând informații complementare. ACS de pe TGO măsoară absorbția luminii solare care traversează marginea atmosferei în timpul ocultărilor — o metodă foarte sensibilă pentru identificarea speciilor moleculare și pentru determinarea distribuției lor verticale. Totuși, ACS are nevoie de lumină solară care să treacă prin atmosferă pentru a efectua spectroscopie la limbă, astfel că întunericul total de deasupra polului face imposibilă eșantionarea continuă.
Pentru a depăși această limitare, echipa lui Olsen a folosit profile termice și în infraroșu ale temperaturii obținute de Mars Climate Sounder de pe MRO pentru a identifica momentele și locurile în care structura vârtejului polar se deformează temporar și permite pătrunderea luminii solare pe traseele de limbă ale lui ACS. Scăderile de temperatură măsurate de MCS au oferit un indicator clar pentru interiorul vârtejului; potrivirea acelor intervale cu occultările ACS a evidențiat observațiile realizate înăuntru, respectiv în afara vârtejului. Abordarea cross-instrument a permis construirea unei imagini fiabile a mediului chimic polar în ferestrele de iluminare parțială.
Pe lângă ACS și MCS, analiza folosește modele radiative și de transport pentru a interpreta datele în contextul circulației atmosferice. Aceste modele ajută la estimarea timpului de adăstare a aerului în interiorul vârtejului, a ratei de condensare a vaporilor de apă și a rolului proceselor heterogene (de exemplu reacții pe suprafețele de gheață). Validarea modelului cu observațiile oferă un circuit de feedback crucial pentru îmbunătățirea parametrizărilor proceselor microfizice în simulările globale.
Implicații pentru misiuni și cercetări viitoare
Aceste descoperiri sunt importante atât pentru știința atmosferică, cât și pentru explorarea planetei. Roverul ExoMars Rosalind Franklin al Agenției Spațiale Europene (planificat, la momentul scrierii, pentru lansare în 2028) își propune să caute semne ale vieții trecute pe Marte. Stabilirea faptului dacă Marte a avut cândva un strat substanțial de ozon ajută la constrângerea condițiilor de radiație la suprafață de-a lungul timpului și rafinează estimările privind când și unde suprafața ar fi putut fi mai prietenoasă pentru procese biologice sau pentru conservarea biomarkerilor.
Observațiile subliniază și valoarea monitorizării continue, multi-instrument din orbită. Instrumente precum TGO/ACS și MRO/MCS sunt complementare: ACS oferă măsurători detaliate ale compoziției, în timp ce MCS furnizează contextul termic necesar pentru a interpreta semnalele chimice în condiții dinamice variabile. Această complementaritate este esențială pentru proiectarea viitoarelor instrumente și campanii observaționale, inclusiv pentru orbiteri și stații care vor trebui să măsoare compoziția atmosferică în condiții extreme.
Mai mult, descoperirea sugerează că misiunile viitoare ar putea beneficia de supraveghere polară dedicată, cu spectrometre sensibile la infraroșu și UV capabile să opereze în compensarea iluminării reduse, sau de orbite care maximizează șansele de occultare în ferestrele de iluminare parțială. Combinația dintre observații in situ (de exemplu, stații fixe sau stații meteorologice polar-deployate) și observații orbitale ar putea oferi date sinergice care să dezvăluie noile procese chimice și microfizice la scară mică și mare.
Expertiză și perspectivă
«Aceste observații sunt un exemplu excelent despre cum combinarea hartografierii temperaturii cu măsurători de compoziție deschide ferestre noi în chimia sezonieră a lui Marte», spune Dr. Elena Marquez, o cercetătoare în atmosferă planetară (ficțională) cu experiență în teledetecție termică-infraroșu. «Acumularea de ozon din interiorul vârtejului polar ne arată că și schimbări subtile în conținutul de vapori de apă și în fluxul de radiație solară pot răsturna balanța unor cicluri chimice cheie — informații cruciale când reconstruim istoria atmosferică a lui Marte și evaluăm habitabilitatea sa din trecut.»
Opinia experților subliniază necesitatea integării rezultatelor observative cu studii laboratoriale care reproduc reacțiile chimice la temperaturi scăzute și presiuni rarefiate. Numai astfel se pot cuantifica ratele de reacție relevante și efectele catalitice ale suprafețelor de gheață sau ale particulelor minerale aduse în suspensie, toate acestea având influență asupra duratei de viață a ozonului în regiunile polare.
Concluzie
Descoperirea unei creșteri a ozonului în vârtejul polar de iarnă al lui Marte subliniază modul în care frigul extrem și întunericul îndelungat reconfigurează chimia atmosferică pe Planeta Roșie. Prin integrarea datelor de la Atmospheric Chemistry Suite al TGO și Mars Climate Sounder al MRO, cercetătorii au obținut o nouă perspectivă asupra modului în care condensarea vaporilor de apă, lipsa fotonilor UV și dinamica vârtejului interacționează pentru a produce îmbunătățiri locale ale ozonului. Aceste perspective rafinează modelele mediului marțian din trecut și ghidează planificarea misiunilor viitoare care urmăresc evaluarea potențialului planetei de a fi susținut viață.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu