Martian Dust kan helpen waterverlies te verklaren, plus andere lessen van Global Storm

[univers]

Stof is niet alleen een huishoudelijke overlast; het is een planetaire, met name op Mars. Voordat astronauten de Rode Planeet bezoeken, moeten we begrijpen hoe de stofdeeltjes die vaak de atmosfeer vullen hun en hun uitrusting kunnen beïnvloeden.

De wereldwijde Mars-stofstorm in de zomer van 2018 - degene die wekenlang het zonlicht uitwiste en de geliefde Opportunity Rover van NASA uit het bedrijfsleven zette - bood een ongekende leermogelijkheid. Voor de eerste keer hadden mensen acht ruimtevaartuigen in een baan om Mars of zwervend over het oppervlak - het grootste kader van robotachtige ontdekkingsreizigers die ooit een wereldwijde stofstorm hebben zien opduiken.


Afbeeldingen van de oprukkende, wereldwijde stofstorm, gemaakt door Curiosity's Mast Camera tussen Sol 2075 en Sol 2170 op Mars, die tussen 8 juni 2018 en 13 september 2018 op aarde zou zijn gevallen.
Credits: NASA / JPL-Caltech / York University

Wetenschappers over de hele wereld analyseren nog steeds heel wat gegevens, maar voorlopige rapporten bevatten inzichten over hoe massale stofstormen het oude Marswater, de wind en het klimaat hadden kunnen beïnvloeden en hoe ze het toekomstige weer en de zonne-energie konden beïnvloeden.

Martiaanse stofstormen komen vaak voor, vooral tijdens het voorjaar en de zomer op het zuidelijk halfrond. Ze hebben de neiging om een ​​paar dagen mee te gaan en kunnen regio's ter wereld bestrijken die zo groot zijn als de Verenigde Staten. Maar planeetomringende zijn onvoorspelbaar, soms maandenlang aanhoudend. Waarom? "We weten nog steeds niet wat de variabiliteit drijft, maar de storm in 2018 geeft een ander gegevenspunt", zegt Scott Guzewich , een atmosferische wetenschapper bij het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, die een hoofdrol speelt in het onderzoek naar stofstormen van NASA.

NASA zag voor het eerst een wereldwijde stofstorm van dichtbij in 1971 toen ons Mariner 9-ruimtevaartuig - de eerste die in een baan rond een andere planeet cirkelde - aankwam bij een met stof overspoelde rode planeet. Sindsdien hebben we wereldwijde stormen gezien in 1977 (tweemaal), 1982, 1994, 2001, 2007 en 2018.

Hier zijn een paar dingen die we vanuit de ruimte en vanaf de grond hebben gezien tijdens de recente wereldwijde stofstorm die heeft geholpen om enkele open vragen aan te pakken en nieuwe te ontmaskeren:

Zouden wereldwijde stofstormen het water van de planeet hebben weggeblazen?


Waterstofatomen ontsnappen uit de bovenste atmosfeer van Mars, terwijl water met zware waterstof (deuterium) op de planeet blijft zitten. De ontsnapping van waterstof heeft geholpen om Mars 4,5 miljard jaar geleden van een natte planeet te veranderen in een droge wereld vandaag.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

Wetenschappers hebben heel veel bewijs gevonden dat Mars miljarden jaren geleden rivieren, meren en misschien zelfs oceanen van water had. Droge rivierbeddingen, oude oevers en zoutachtige oppervlaktechemie zijn allemaal aanwijzingen. Maar waarom is veel van het water verdwenen? En hoe? "De wereldwijde stofstorm kan ons een verklaring geven", zegt Geronimo Villanueva , een waterdeskundige van Mars bij NASA Goddard.

Villanueva werkte samen met collega's van het ESA (European Space Agency) en het Russische ruimtevaartagentschap Roscosmos om te bevestigen dat krachtige, wereldwijde stofstormen waterdamp van zijn typische hoogte van 20 kilometer boven het oppervlak van Mars naar veel hogere niveaus van waterhoogten lijken te hullen. minstens 80 kilometer). NASA's Mars Reconnaissance Orbiter observeerde in 2007 een soortgelijk fenomeen .

Door water in de bovenste atmosfeer te duwen, kunnen wereldwijde stofstormen de waterkringloop van de planeet belemmeren, waardoor wordt voorkomen dat H 2 O condenseert en terugvalt naar de oppervlakte. Op aarde valt H 2 O weer neer als regen of sneeuw. Hetzelfde proces zou miljarden jaren geleden op Mars kunnen hebben bestaan.

Op hogere hoogten, waar de atmosfeer van Mars bijzonder zwak is, kan zonnestraling gemakkelijk doordringen om de watermoleculen op te breken en hun samenstellende elementen de ruimte in te blazen, speculeren Villanueva en zijn collega's. "Wanneer je water naar hogere delen van de atmosfeer brengt, wordt het zo veel gemakkelijker weggeblazen", zegt Villanueva, die zijn carrière heeft besteed aan het samenstellen van de geschiedenis van water op Mars.

Villanueva en zijn collega's rapporteerden op 10 april in het tijdschrift Nature dat ze bewijs gevonden hadden van teruglopende waterdamp door gebruik te maken van de ExoMars Trace Gas Orbiter op Mars, een ruimtetuig beheerd door ESA en Roscosmos. De orbiter meette watermoleculen op verschillende hoogten vóór en na de storm van 2018. Wetenschappers zagen voor de eerste keer dat alle soorten watermoleculen (er zijn lichtere en zwaardere) het "ontsnappingsgebied" van de bovenste atmosfeer bereikten, wat een belangrijk inzicht was in hoe water mogelijk van Mars verdwijnt. Nu, zegt Villanueva, zullen wetenschappers rekening moeten houden met deze nieuwe informatie in hun voorspellingen over hoeveel water er stroomde op het oude Mars en hoe lang het duurde voordat het zou verdwijnen.

Wereldwijde stofstormen lijken de zandduinen van Martian niet aanzienlijk te hervormen


Het oppervlak van Mars is bedekt met constant verschuivend zand dat door de wind van de planeet wordt geblazen. Dit creëert een zich steeds verder ontwikkelend woestijnlandschap met diverse en opvallende duinen. Losse terpen van zand zijn te vinden op heel Mars, variërend in hoogte van een paar tientallen meter tot hoger dan sommige van de hoogste wolkenkrabbers van de aarde. Beelden gemaakt door het HiRISE-instrument aan boord van het Mars Reconnaissance Orbiter-ruimtevaartuig van NASA hebben wetenschappers in staat gesteld de duinen van Mars in ongekende details te bestuderen. De verbeterde kleurenbeelden die vanuit een baan worden vastgelegd, onthullen kenmerken van hun vorm, samenstelling en bewegingen in de loop van de tijd, en geven aanwijzingen over de dynamische atmosfeer en het huidige klimaat van de planeet.
Credits: NASA / JPL / University of Arizona

Voor wetenschappers die zandduinen volgen, schuift ze een paar centimeters over het oppervlak, de wereldwijde stofstorm bood kritisch bewijs in hun onderzoek naar windpatronen op de rode planeet. Alleen de krachtige wind tijdens een wereldwijde stofstorm zou in staat zijn om de uitgestrekte duinen van de planeet te verplaatsen, dachten wetenschappers ooit, gezien het feit dat de super dunne atmosfeer van Mars de 100-mijl-per-uur wind als een briesje doet voelen. Toch hebben beelden van orbiters en landers door de decennia onthuld dat Marszand constant beweegt, wat impliceert dat het geen sterke windvlagen nodig heeft om dit te doen. Dit was een verrassing voor onderzoekers.

Nu wetenschappers eindelijk door de ogen van NASA's Curiosity Rover eindelijk een wereldwijde stofstorm vanaf de grond zagen kijken, zagen ze een ander verrassend kenmerk van de Marswind: sterke windvlagen lijken het zand niet meer te verplaatsen dan normaal. "Dit heeft het algehele mysterie van hoe wind zich op Mars doet vergroten," zegt Mariah Baker , een Ph.D. student aan de Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland, die helpt veranderingen in de zandrimpels in Martian te volgen

Doorlopende analyse van de hele Mars-wereld zal uitwijzen of Gale Crater, waar nieuwsgierigheid heerst, uniek was. Het hart van de storm was tenslotte Opportunity, die aan de andere kant van de wereld aan Curiosity trok. Bovendien kan de wind zich binnen Gale Crater anders gedragen, merken wetenschappers. "Waren we beschut?", Zegt Guzewich. "Dat is mogelijk."

Als blijkt dat zandduinen tijdens de storm niet veel ergens op Mars verschoven, kan er een goede reden zijn, zegt Baker: "Winden die stof rondpuffen in de atmosfeer, zijn misschien niet hetzelfde als winden aan de oppervlakte." wetenschappers denken dat wanneer stof tijdens een wereldwijde storm in de atmosfeer wordt getild, zonlicht wordt geblokkeerd om het oppervlak te bereiken, het windgenererend proces dicht bij de grond sluit dat, onder normale omstandigheden, wordt veroorzaakt door temperatuurschommelingen tussen de lucht en het oppervlak .

Wat de reden ook moge zijn, het begrip van het gedrag van zandduinen helpt ons om het eeuwenoude klimaat van Mars te onthullen, zegt Baker: "We kunnen naar windvormige zandstenen op het oppervlak kijken en naar duinen kijken die nu in beweging zijn, en zeggen: Oké, wat zegt dat over de omstandigheden die hier miljarden jaren geleden waren toen deze duinen in beweging waren en nu in het rotsblok zijn gecementeerd? '"

Stofstormen laten zwervende stuifmeelduiven verdwijnen


Navigatiecamera's aan boord van NASA's nieuwsgierigheid Mars-rover observeerde verschillende wervelwinden met Marsstof in de Gale Crater in 2017. Stofduivels komen voort uit zonneschijn die de grond verwarmt, wat aanleiding geeft tot convectieve luchttoename. Alle stofduivels werden gezien vanuit de rover in zuidelijke richting. De timing is versneld en het contrast is aangepast om wijzigingen van frame naar frame beter zichtbaar te maken.
Credits: NASA / JPL-Caltech / TAMU
Stofdeeltjes, die draaiende kolommen van lucht en stof zijn, komen veel voor op Mars. Ze vormen zich wanneer hete lucht van het oppervlak omhoog komt, waardoor een stroom van lucht ontstaat die een wervelwind vormt. Deze duivels zijn handig voor het verwijderen van stof van de panelen van ruimtevaartuigen op zonne-energie, zoals InSight , wanneer ze eroverheen gaan. Het is dus belangrijk om te begrijpen hoe vaak ze voorkomen.

Nieuwsgierigheid wordt aangedreven door een nucleaire batterij, waardoor het gegevens kan verzamelen terwijl Opportunity in winterslaap verkeerde, met minimaal zonlicht dat zijn zonnepanelen bereikte. Door nieuwsgierigheid hebben we geleerd dat stofduivels verdwijnen tijdens een stofstorm, precies op het moment dat we ze het meest nodig hebben, en maanden daarna. Dit gebeurt vanwege een onderbreking in hetzelfde windgenererende proces dat de beweging van zandduinen kan beïnvloeden.

Guzewich zegt dat het begrijpen van de impact van een wereldwijde storm op stofduivels belangrijk is bij het plannen van uitrusting tijdens toekomstige Mars-missies: "Je moet voorbereid zijn om een ​​tijdje te gaan voordat je volgende stofduivel overvalt en je reinigt."

Bannerafbeelding: deze geanimeerde afbeelding knippert twee versies van een 11 mei 2016, selfie van NASA's Curiosity Mars-rover op een geboorde voorbeeldsite genaamd "Okoruso." In één versie kijken camera's bovenop de rover's mast naar de op de arm gemonteerde camera die het portret maakt. In de andere kant kijken ze weg. Krediet: NASA / JPL-Caltech / MSSS

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... ent-global