Mars’ın En Tuhaf Bulutunun Arkasındaki Tuhaf Bilim

Bilim insanları, tozlu mevsim sırasında her gün bir Mars yanardağı üzerinde belirip hızla kaybolan tuhaf bir bulut için nihayet bir açıklama bulmuş olabileceklerini düşünüyor.

Mars’ta bahar ve yazın güneş doğar doğmaz, 20 kilometre yüksekliğindeki (12 mil) Arsia Mons yanardağı yakınlarında uzamsı bir bulut oluşuyor. Yaklaşık 1.800 kilometre (1.100 mil) uzunluğunda olan ve yerinde adı verilen Arsia Mons Uzamsı Bulutu (AMEC), Kızıl Gezegen‘de daha önce gözlemlenen herhangi bir bulutdan farklı. İlk olarak 2018’de Avrupa Uzay Ajansı’nın Mars Express yörünge aracıyla tespit edilmesinden beri bilim insanları, bulutun oluşumunu bilgisayar modelleriyle yeniden üretmekte zorlanıyordu. 7 Ekim’de Nature Geoscience dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmada araştırmacılar, bulutu daha önce gezegen atmosferinde hiçbir zaman gözlemlenmemiş ancak uzun süredir mümkün kabul edilen fizik kullanarak nihayet simüle edebildi.

“AMEC’yi modellerimizde oluşturmak için, fizik kitaplarında yer alan ancak teorik olarak kabul edilen ve doğada genellikle gerçekleşmediği düşünülen bazı egzotik fizik eklememiz gerektiğini bulduk. Bu, daha önce hiçbir zaman işlerken görülmedi,” çalışmanın baş yazarı ve Fransa’daki Institut Pierre-Simon Laplace’ın Laboratoire de Météorologie Dynamique’inde araştırmacı olan Jorge Hernández-Bernal, bir açıklamada söyledi.

Bu bulgu, Mars atmosferik süreçlerine yeni bir ışık tutuyor ve aynı zamanda kendi dünyamız da dahil olmak üzere diğer dünyalardaki bulutlar hakkında bilim insanlarının düşünce biçimini değiştirebilir.

Erken kalkan

Viking Orbiter 2 AMEC’i 1977’de bir anlığına yakalamış olsa da, bulut resmi olarak bir olgu olarak ancak 2018’de Mars Express’in Görsel İzleme Kamerası (VMC) ile bunu tespit etmesinin ardından tanındı. Mars Express, 2003’ten beri Mars’ı yörüngede dolaşıyor. VMC, inişten önce Beagle 2 iniş aracının (ayrıca Mars Express ile birlikte taşınıyordu) gemiden ayrılmasını izlemek için tasarlanmış, mütevazı 640×480 çözünürlüklü bir web kamerasıdır. Yörünge aracı aynı zamanda bulutu çok daha keskin detaylarda yakalayabilen Yüksek Çözünürlüklü Stereo Kamera (HRSC) ve Fransız yapımı OMEGA adlı görüntüleme spektrometresini de taşır. Üç enstrümanın da yeni çalışmaya katkısı oldu.

NASA’ın Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ve Mars Odyssey görevleri gibi çoğu Mars yörünge aracı, gezegeni yalnızca öğleden sonra gözlememelerini sağlayan yörüngelerdedir. Mars Express farklı türde bir yörüngede bulunduğu için her geçişinde yolu değişir ve Mars’ı sabah erken saatlerde gözlemeyi mümkün kılar; 205 ile 6.540 mil (330 ile 10.530 km) arasındaki yüksekliklerde gözlem yapar. Bu değişken bakış açısı, AMEC’in hareket halindeyken yakalanması için mükemmel bir fırsat sunar.

Bulutun günlük döngüsü kısadır. Yanık bir başlık, volkanın batı yamacında yaklaşık 28 mil (45 km) yukarıda oluşur. Ardından bir kuyruk batıya doğru saatte yaklaşık 380 mil (610 km/h) hızla ilerler ve uzunluğu 1.100 mile (1.800 km) kadar ulaşabilir, ancak genellikle genişliği 120 milden (200 km) azdır. Yaklaşık üç saat sonra tüm bulut volkandan sıyrılır ve öğleden önce — MRO veya Mars Odyssey’in onu görme şansı olmadan önce — buharlaşıp kaybolur.

Eksik kuyruk

Araştırmacılar, bulutun alışılmadık morfolojisini bulut oluşumuna dair geleneksel anlayışa dayalı bilgisayar modellerinde yeniden üretmeye çalıştıklarında, modeller AMEC’in imza kuyruğunu asla yeniden üretemedi.

Bünyemizde bulutlar heterojen nükleasyon adı verilen bir süreçle oluşur. Atmosferdeki su buharı, havada süzülen polen, duman ve toz gibi küçük katı parçacıkların etrafında yoğuşur. Bilim insanları uzun süredir bulutların homojen nükleasyon yoluyla da oluşabileceğini öne sürüyor; bu süreçte su buharı ortada bir başlatıcı olmadan tamamen kendi kendine yoğuşur veya donar. Homojen nükleasyonun Dünya’nın üst atmosferinde hatta Venüs’te gerçekleşmiş olması mümkün olsa da, bu durum hiç gözlemlenmedi. Sürecin gerçekleşmesi için gereken koşullar son derece uçtur: İşin içine girmesi için havanın normalden yaklaşık 100.000 kat daha fazla su buharı taşıması, yani aşırı doyma adı verilen bir durumun ortaya çıkması gerekir. Bu nadiren gerçekleşir çünkü Dünya atmosferi o kadar çok parçacıkla doludur ki, nem bu denli yüksek seviyelere ulaşmadan çok önce normal heterojen nükleasyon bulutları tetikler. Yalnızca tozdan tamamen arınmış istisnai derecede temiz bir atmosfer alternatife yol açabilir. Ancak belli ki Arsia Mons tam da bunu sağlıyor.

İnce havadan

Takım, homojen nükleasyonu modellerine dahil ettiğinde benzersiz kuyruğu yeniden üretmeyi başardı. Araştırmacılar bu sürecin Arsia Mons üzerinde gerçekleşebileğini düşünüyor çünkü yanardağ nadir koşulların bir araya geldiği bir kombinasyon yaratıyor. Dünyadaki herhangi bir tepeye göre Arsia Mons devasa boyutlarda: 12 mil (20 km) yüksekliğinde ve 270 mil (435 km) genişliğinde uzanıyor. Mars atmosferi ayrıca son derece incedir. Tozlu mevsimde bile, yükseklik arttıkça havadaki madde miktarı azalır. Arsia Mons’un yaklaşık 28 mil (45 km) yukarısında hava neredeyse hiç toz tutmaz; kübik santimetrede yaklaşık toz tanesinin onda biri kadar.

Simülasyonlarda, rüzgar yanardöşenin üzerinden aktıkça nemli hava birkaç mil yükseğe fışkırıyor. Bu ani yükseliş havayı dramatik bir şekilde soğutuyor; sıcaklıklar 10 dakika içinde yaklaşık 54 Fahrenheit (30 Celsius) düşüyor. Soğukluk, yanardöşenin batı yamacında, bulutun başının göründüğü noktada yoğunlaşmış kompakt bir soğuk hava cebeğinde toplanıyor ve sıcaklıklar –226 Fahrenheit (–143 Celsius) altına iniyor. Soğuma çok hızlı gerçekleşiyor ve toz çok seyrek olduğu için heterojen çekirdeklenme (heterogeneous nucleation) yetişemiyor. Bu nedenle cebeki buhar kendi kendine donuyor ve kübik santimetrede yüzlerce küçük buz kristali oluşturuyor.

Buradan rüzgar kristalleri batıya doğru sürüklüyor. Çevreleyen havayla dengede oldukları için ne büyüyor ne de büyük ölçüde buharlaşıyorlar; bu da kuyruğun yüzlerce mil uzamasını sağlıyor. Sabahın ilerleyen saatlerinde soğuk cepçe zayıflıyor, buz üretimi duruyor ve bulut, Mars Express’in gözlemlediği gibi yanardöşenden sıyrılıyor.

Simüle edilen bulut mükemmel bir uyum göstermiyor ancak Hernández-Bernal, Mars’ın atmosferi hakkında çok az şey bilindiği düşünüldüğünde bu sonucu “dikkat çekici” olarak nitelendiriyor. “Oda içinde, pencere yerine odanın ortasında beliren yoğuşma damlacıklarına benziyor. … Gezegen bir atmosferde böyle bir şeyi daha önce hiç görmedik. Tamamen beklenmedik,” dedi.

Şimdi ekip, AMEC’in benzersiz olup olmadığını yoksa bu egzotik sürecin Mars’taki diğer bulutları ya da su döngüsünü şekillendirip şekillendirmediğini öğrenmek istiyor.