Globale støvstormer kan bli forutsigbare, noe som naturligvis vil gjøre livet enklere for fremtidige Mars-oppdagere. En ny studie har vært i stand til å bygge en modell som indikerer at den røde planeten vil oppleve en lignende hendelse i løpet av de neste månedene. Hun indikerer også at starten er forventet 29. oktober eller flere uker fra den angitte datoen.
Lokale støvstormer er en svært vanlig forekomst på Mars. Noen ganger vokser de, smelter sammen og danner en regional en, spesielt i løpet av den sørlige våren og sommeren, når planeten er nærmest solen. Ganske ofte forårsaker regionale stormer dannelsen av en støvtåke som omkranser planeten og gjør det umulig å se overflaten ovenfra.
Men noen ganger forvandles regionale til globale; en av dem, i 1971, ble observert av det første romfartøyet som ble skutt opp i Mars-bane, Mariner-9, samt de sovjetiske stasjonene Mars-2 og -3. Å lage en slags mal der utbruddet av globale stormer kan bestemmes over flere år anses fortsatt som et uløst problem.
Den siste stormen på planetarisk skala skjedde i 2007. Det var da strømmen av sollys til overflaten ble betydelig redusert, noe som førte til problemer med driften av to terrengkjøretøyer - Spirit og Opportunity. Faktisk var denne hendelsen den første betydelige trusselen mot terrengkjøretøyene siden landing.
Det var nødvendig å ta spesielle tiltak for å sikre deres overlevelse i flere uker, under forhold med lite sollys. Begge roverne jobbet i bare noen få minutter hver dag, og deretter bare for å gi oppvarming til utstyret ombord, og slo seg deretter av og kommuniserte ikke med jorden i det hele tatt i løpet av neste dag.
Støvstormer vil skape alvorlige problemer for de første kolonistene på den røde planeten. Selv om vinden der ikke er så sterk som avbildet i filmen The Martian, vil støv fra stormer definitivt påvirke elektronikken så vel som tilgjengeligheten av sollys.
Siden 1924 er det registrert 9 globale støvstormer på den røde planeten, hvorav de fem siste ble oppdaget i perioden 1977-2007. Det er klart at antallet uten tvil er større. Faktum er at det i noen perioder ikke var noen forskningskjøretøy i Mars-bane for å observere et slikt fenomen på nært hold. Det er ekstremt vanskelig å se dem fra jorden.
Studien fant et mønster i forekomsten av stormer når banebevegelsen til Mars er nøyaktig tatt i betraktning. Det har blitt oppdaget at noen ganger andre himmellegemer påvirker rotasjonen rundt solen. Hvis påvirkningen øker, oppstår globale stormer vanligvis i løpet av den første delen av stormsesongen. Ingen av dem skjedde i år da innflytelsen var avtagende.
Nåværende forhold på Mars er svært like de når globale stormer har oppstått tidligere. Observasjoner av atmosfæren de neste månedene vil teste om prognosen stemmer.
Under utforskningen av Mars av de sovjetiske automatiske stasjonene Mars-2, Mars-3 og den amerikanske stasjonen Mariner-9, brøt det ut en kraftig støvstorm på planeten. Det startet i september 1971.
Den dagen oppdaget jordens observatorier en hvit skystripe som var omtrent 2400 kilometer lang og 400 kilometer bred. Så ble stripen gul og begynte raskt, med en hastighet på rundt 100 kilometer per dag, å spre seg vestover over planeten og dekke den med en gul dis. Etter 16 dager omsluttet et tykt likklede hele den vestlige halvkule av Mars. I slutten av oktober kunne ingenting skje på planeten. Atmosfæren begynte å klarne først i midten av desember 1971.
Hvorfor oppstår så sterke støvstormer på Mars?
Den første som la merke til at visse områder på Mars var uklar, var den franske astronomen O. Flogerguet i 1796-1809. For rundt hundre og femti år siden foreslo forskerne først at de gule skyene på planeten var sammensatt av støvpartikler. Det ble senere bestemt at disse skyene dukker opp der overflaten til Mars varmes opp mer enn vanlig.
Gule skyer dekker nesten hver gang hele planeten på et tidspunkt da den er nær perihelium - punktet i dens bane nærmest Solen. På denne tiden begynner sommeren så vidt på den sørlige halvkule av Mars, hvor globale stormer oppstår. Forbindelsen mellom oppvarmingen av planeten og utseendet til et støvteppe fra Mars har blitt lagt merke til mer enn en gang av astronomer. De la merke til henne gjennom årene. Dette er årene med Mars sine store motsetninger, når den kommer nærmest jorden og når vi best kan se den.
Ytterligere forskning har vist at økningen av små mengder støv inn i Marsatmosfæren nesten alltid skjer i den varme årstiden i løpet av middags- og ettermiddagstimer på mars. Dette ble bekreftet av en analyse av titusenvis av fotografier tatt under International Planetary Patrol-programmet.
Så store støvstormer på Mars dukker opp når planetens overflate overopphetes. En annen nødvendig betingelse er en vind med tilstrekkelig høy hastighet: omtrent 50 meter per sekund. Vertikale bevegelser i atmosfæren og graden av overflateruhet er også viktig.
Begynnelsen på en storm kan tenkes slik. Partikler på omtrent 200 mikron i størrelse stiger først. Vinden kan ennå ikke løfte de tyngre fra overflaten, og de lettere tar ikke av på grunn av virvlene. Vindhastigheten øker - store og små partikler stiger. De store faller umiddelbart til overflaten og slår de mindre opp. De stiger på sin side til store høyder. Strømmen kan veie partikler og holde dem i seg selv. Partikkelstørrelsen er en eller flere mikron.
Til slutt nådde støvskyen en stor størrelse, konsentrasjonen av støv i den var veldig høy. Et nytt stadium begynner: skyen påvirker strømmen som fødte og bærer den. Flygende partikler strømlinjeformer vindens bevegelse, noe som gjør den mer stabil og derfor raskere. Dette paradoksale faktum ble etablert av sovjetiske forskere da de studerte støvstormer i Kasakhstan. Jordiske støvstormer når noen ganger bare hektisk kraft - vindhastigheter overstiger ofte 40 meter per sekund.
På Mars kan temperaturforskjeller nær planetens overflate nå 100 grader Celsius. Temperaturen kan også endre seg dramatisk med høyden - innen bare noen få meter. Dette skaper ustabilitet i atmosfæren og bidrar til økt vindhastighet med høyden. Det er tydelig hvorfor støvstormer oppstår i den varme årstiden - oppvarming av overflaten gjør Mars-atmosfæren mer ustabil.
Og til slutt, enda en omstendighet. Når en planet er dekket av en støvsky, absorberes mye av solstrålingen av støvet i planetens atmosfære. Derfor blir atmosfæren varmere, og overflaten av planeten blir kaldere enn vanlig. På grunn av dette kan det oppstå sterk virvelvind under støvskyer. De blir nye leverandører av støv til skyen. Dette stopper først når skyen blir stor nok og reduserer temperaturkontraster i atmosfæren. Støvpartikler vil begynne å falle ut.
Hva med planeten vår? Støvstormer på jorden er blant de farligste naturfenomenene. For å bekjempe dem, må du vite alt om dem. Dette er grunnen til at studiet av støvstormer i planetvitenskapen er så interessant og viktig.
Det er kjent at støvstormer raser på Mars; disse stormene kan være utrolig store og kan dekke hele planeten. I tillegg er overflaten på Mars oversådd med utallige tornadoer, som suser over slettene og sparker opp støv, båret bort i en "støvsyklus" som er unik for planeten.
Bilder tatt fra bane viser vind er hovedårsaken til erosjon på Mars. Store sanddynesletter, intrikate fjellformasjoner og diset himmel - slik er denne harde, vindfulle verden.
Science fiction-forfattere fanget raskt opp ideen om hyppige stormer som ser skremmende ut langveisfra. Gigantiske vegger av støv, mot hvilke de største terrestriske støv- eller sandstormene ser latterlige dverger ut, glitrende lynspyd som oppsto på grunn av atmosfærisk friksjon, monstrøse orkaner som feier bort alt i veien, sprer astronauter og vrir utstyr.
Akk, realitetene til støvstormer fra Mars er noe mer beskjedne – et faktum som NASA ønsker å formidle til publikum som venter spent på Ridley Scotts nye film The Martian.
Basert på den bestselgende boken til Andy Weir, finner filmen sted i nær fremtid under et bemannet oppdrag til Mars. På grunn av en voldsom støvstorm mislykkes oppdraget, planetbasen er skadet, og en av astronautene, Mark Watney (spilt av Matt Damon), går tapt etter at romdrakten hans er skadet og kollegene tror at han døde i de forferdelige marsvindene .
Men, som mange andre science fiction-spekulasjoner om emnet Mars, villeder denne scenen seeren, siden forskere har litt forskjellige data om dets atmosfæriske trykk.
Selv om støvstormer på Mars selvfølgelig er farlige på sin måte, er det ekstremt lite sannsynlig at de vil kaste noen rundt eller skade noe. De sterkeste marsvindene blåser med 60 miles per time (mindre enn 30 meter per sekund), halvparten av hastigheten til en jordorkan. Faktisk er skaden imidlertid ikke så mye forårsaket av vindhastigheten i seg selv, men av atmosfærisk trykk, som er litt tett på Mars. Det er omtrent én prosent av jordens, så hvis du bestemmer deg for å dra på den røde planeten, vil du bli ganske skuffet.
"Hovedforskjellen mellom atmosfærene til Jorden og Mars er at trykket på sistnevnte er mye lavere," sier fysiker William Farrell fra Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som analyserer støvstormer fra mars. "Så selvfølgelig blåser vinden, men ikke så mye."
Selv om den mest voldsomme orkanen på Mars ville vært mer som en bris etter jordas standarder, kan støvstormer fra Mars fortsatt utgjøre et problem for fremtidige astronauter, spesielt hvis de er avhengige av solenergi.
I The Martian renser Watney solcellepanelene hver dag for å holde dem fri for støv. Som erfaringen med solcelledrevne rovere på Mars, spesielt NASA-veteranen Opportunity, som har reist på Mars på solenergi i ti år, har vist, er dette et alvorlig problem som alvorlig påvirker mengden energi som mottas. Når atmosfæren blir mettet med fint støv under stormer, når lite sollys overflaten.
"Vi er bekymret for strømforsyningen til Mars-rovere, det er en viktig sak," sier forsker Michael Smith, også ved Goddard Center. "Spirit og Opportunity ble levert til planeten i 2004 og har bare møtt en alvorlig støvstorm så langt (i 2007), men da måtte de i hovedsak slutte å fungere og gå på livsstøtte i flere uker."
Men fint støv er ikke bare en plage når det kommer til solcellepaneler. Ikke bare er partiklene magnetiserte, de er også dekket med skarpe taggete kanter (siden det ikke er andre erosjonsprosesser på Mars for å bryte dem inn), som er i stand til å forårsake mekanisk skade.
"Hvis du har sett bilder av Curiosity etter turen, ser det ut som det ble gravd ut av et hull," la Smith til. "Støv dekker alt som et teppe og kommer inn i alle bevegelige ledd."
Den støvete atmosfæren på Mars vil utvilsomt forårsake problemer for bakkekjøretøyer, så vel som helsen til astronauter, hvis vi noen gang sender en langvarig ekspedisjon dit (i tillegg til økte nivåer av stråling og giftige stoffer i Mars regolit og jord). I tillegg er årsakene til planetariske støvstormer fortsatt dårlig forstått.
"Relativt store støvstormer forekommer på Mars hvert år, de er kontinentale i størrelse og varer i flere uker hver," sier Smith. "Men hvert tredje marsår (omtrent fem og et halvt jordår), vokser en normal storm til planetariske proporsjoner, det vi kaller en 'global støvstorm'."
«Kanskje stormen trenger tid til å samle krefter. Kanskje det er en slags syklus hun må gjennom og deretter komme til rett sted og starte en ny storm, eller kanskje det bare er et spørsmål om tilfeldigheter.»
Menneskeheten har observert globale støvstormer på Mars siden 1909, den siste skjedde i 2007, så Mars venter bare på en ny gigant.
"Vi venter på en global storm, og denne gangen kommer den til å bli veldig stor, så det kommer til å bli gøy," sier han. "Jeg elsker støvstormer."
Med hver påfølgende storm på Mars lærer vi mer og mer om prosessene som skjer der for å bedre forberede oss på den første landingen på denne støvete, ukjente planeten. Men når det gjelder voldsomme stormer, kan du være sikker på at ingen unntatt Martian Watney vil bli blåst bort av vindene.
NASA har avslørt sannhet og fiksjon om farene ved støvstormer på Mars, hvorav noen kan være synlige fra bakkebaserte teleskoper. Denne informasjonen ble brukt i opprettelsen av den nye filmen "The Martian" regissert av Ridley Scott. Dette ble rapportert på NASAs nettsted.
Støvhale (Foto: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona)
The Martian, som blir utgitt i oktober 2015, begynner med at Andy Weirs karakter (astronaut Mark Whitney) møter en massiv støvstorm. Hun river ned senderantennen og ødelegger en del av leiren. NASA benekter ikke at støvstormer er en av de ubehagelige egenskapene til den røde planeten.
"Hvert år opplever Mars moderate til store støvstormer som spenner over områder på størrelse med jordens kontinenter og varer i flere uker," sa planetforsker Michael Smith ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.
I mellomtiden, på den røde planeten, som forskeren bemerket, observeres mye sterkere stormer. Globale støvstormer dannes av moderat store og manifesterer seg i gjennomsnitt en gang hvert tredje marsår (dette tilsvarer omtrent 5,5 jordår).
Imidlertid, som forskeren bemerker, er det usannsynlig at disse støvstormene til og med vil forstyrre håret til en astronaut på den røde planeten (hvis sistnevnte bestemmer seg for å ta av seg romdrakten). I tillegg vil selv globale støvstormer sannsynligvis ikke være i stand til å velte eller ødelegge noe utstyr.
Dette er fordi de sterkeste vindene på Mars ikke er raskere enn 27 meter per sekund, som er mer enn halvparten av hastigheten til noen orkankraftige vinder på jorden. I tillegg er tettheten til Mars-atmosfæren hundre ganger mindre enn jordens.
Støv fra en storm i 2008 dekket Spirits paneler (Foto: NASA/JPL-Caltech/Cornell)
"Hovedforskjellen mellom Jorden og Mars er at det atmosfæriske trykket på den røde planeten er mye lavere," sa plasmafysiker William Farrell. "Så alt [partikler i atmosfæren på Mars] blir til vind, men ikke med samme intensitet [sammenlignet med Jorden]," la han til.
Støvstormer på Mars er imidlertid ikke helt ufarlige. Individuelle små støvpartikler kan bære en elektrostatisk ladning og "klistre" til overflater, spesielt vinduer og mekaniske deler av vitenskapelig utstyr.
Nøytralisering av elektrostatiske ladninger og eliminering av støvforurensning er en av hovedoppgavene som ingeniører som designer utstyr for Mars-utforskning løser.
Det samme støvet er et stort problem for solcellepaneler. Selv små støvstormer kan avsette nok partikler på solcellepaneler for å redusere solenergiproduksjonen betydelig.
I filmen The Martian rydder astronaut Whitney opp støvforurensning fra solcellepaneler hver dag. NASA bemerker også at globale stormer på Mars også kan føre til en viss formørking av den røde planetens atmosfære.
"Vi var virkelig bekymret for energien til roverne. Spirit and Opportunity-roverne, som landet på Mars i 2004, opplevde bare en global storm én gang (i 2007) og sluttet i utgangspunktet å fungere i noen uker og gikk i overlevelsesmodus, sa Smith.
Oftest forekommer globale støvstormer på Mars om sommeren på den sørlige halvkule av planeten. Som på jorden bestemmes årstidene på den røde planeten av dens helning til planet i banen. Mars bane er imidlertid mer langstrakt enn jordens, noe som betyr at i løpet av marsåret er den ene siden av planeten varmere enn den andre.
I mer enn hundre år har science fiction-forfattere fra hele verden forsøkt å forestille seg hvordan livet ville vært for astronauter på Mars. Men, som menneskeheten blir stadig mer mer og mer bevisst på forhold på mars, blir science fiction-forfatteres beskrivelser av livet på Mars stadig mer mer realistisk. Mer nylig, filmen "The Martian", som er basert på science fiction-romanen av Andy Weir. Hovedpersonen til "The Martian", på grunn av uforutsette omstendigheter, blir stående alene på den røde planeten og begynner kampen for å overleve. Og allerede på begynnelsen av 1900-tallet drømte den amerikanske forfatteren Edgar Rice Burroughs om å reise til Mars. For å være rettferdig skal det sies at den røde planeten fascinerte folk så mye at selv den berømte teologen og forfatteren av fantasihistorier, Clive Staples Lewis, publiserte en serie historier om den. Det var han som skapte syklusen "Chronicles of Narnia".
En kunstners inntrykk av en støvstorm på Mars som braker ned mot en forskningsstasjon. Slike fenomener på den røde planeten kan godt være ledsaget av utslipp av atmosfærisk elektrisitet. Kilde: NASA
Marsmannen åpner med en enorm sandstorm som skader en overføringsantenne og noe utstyr, og etterlater den fiktive karakteren Mark Watney strandet på Mars mens de andre oppdragsmedlemmene flyr bort, antatt død. Denne utviklingen virker svært plausibel, siden Mars er kjent for sine svært aktive sandstormer, som noen ganger blir så store at de kan observeres i teleskoper på jorden.
«Hvert år forekommer moderate store sandstormer på Mars, som dekker områder på størrelse med jordens kontinenter og varer i flere uker etter at de er dannet. Men omtrent hvert tredje marsår (5,5 jordår) blir vanlige orkaner til gigantiske stormer som kan omslutte hele planeten,» Michael Smith, en planetforsker ved NASA Space Flight Center.
Forskere anser det som usannsynlig at selv planetariske sandstormer på Mars vil kunne føre til alvorlige konsekvenser. Selv de sterkeste vindene som blåser på dette tidspunktet vil ikke kunne ødelegge eller til og med velte spesielt utplassert mekanisk utstyr. Vindene i de sterkeste Marsorkanene når hastigheter på rundt hundre kilometer i timen, mer enn halvparten av hastigheten til noen orkaner på jorden. Derfor bør du ikke fokusere kun på vindhastighet. Atmosfærisk tetthet Mars er omtrent én prosent plforhold til atmosfæren Jord. Dette betyr at for å fly en jordlignende drage på den røde planeten, måtte vinden blåse mye sterkere.
"Hovedforskjellen mellom Jorden og Mars er at det atmosfæriske trykket på Mars er mye lavere. Dermed kan ting og gjenstander fraktes bort fra overflaten, men ikke med samme kraft som på jorden,» William Farrell, plasmafysiker.
Problemer med solenergi
Men uansett er ikke sandstormer på Mars helt ufarlige. Individuelle støvpartikler på den røde planeten er veldig små og litt elektrostatiske, så de er i stand til å "klistre" til forskjellige overflater.
«Hvis du noen gang har lagt merke til det, vil du legge merke til på bilder av Curiosity-roveren at den blir veldig skitten etter hver tur. Støv dekker nesten alt. Den trenger til og med inn i mekanismer og enheter,» Michael Smith.
Denne muligheten for støv å komme overalt er en stor utfordring for ingeniører som designer utstyr for Mars-rovere. Dette er spesielt et stort problem for solcellepaneler. Selv om fartøyet ble fanget i en veldig liten støvstorm eller virvel, bare noen få meter i størrelse, kunne vinden bære nok støv til å dekke solcelleomformerne og redusere det brukbare overflatearealet som er i stand til å konvertere solenergi til elektrisitet betydelig. Hvis vi går tilbake til The Martian, bruker Mark Watney en viss tid hver dag på å rengjøre solcellepanelene for å sikre maksimal ytelse.
Opportunity-roveren tok dette bildet av seg selv tre uker før tiårsjubileet på Mars. Pancam-panoramakameraet filmet roveren fra 3. januar til 6. januar 2014. Legg merke til hvor støvete solcellepanelene er. Kilde: NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.
Globale orkaner kan også skape et sekundært problem som ikke kan løses ved å bare blåse støv fra overflaten. Det kan være en så konstant mengde støv i atmosfæren at en del av sollyset vil bli blokkert, og følgelig vil effektiviteten til solcellepaneler reduseres. I boken, når astronauten først møter en stor sandstorm, merker han umiddelbart en liten reduksjon i effektiviteten til batteriene hans forårsaket av den svake mørkere atmosfæren. Dette er en ganske nøyaktig beskrivelse av hva forskere kan møte under faktiske Mars-oppdrag.
«Vi er for tiden veldig bekymret for energiforbruket til våre rovere. Spirit and Opportunity-roverne kom ned til overflaten i 2004, så de har bare overlevd én global orkan så langt i 2007, noe som tvang dem til å stoppe operasjoner og gå i standby-modus i flere uker, fortsetter Michael Smith.
støvmas
Som nevnt sparker globale sandstormer opp nok støv til å dekke planeten fullstendig og blokkere solen ute. men denne veien selve orkanen blir også dømt til å utryddes. Faktum er at hovedmekanismen som setter alle disse orkanene i bevegelse er den høye temperaturen til sollys, som når overflaten av planeten. Når lyset treffer bakken, varmer det opp luften nær overflaten, og etterlater de øvre lagene kjøligere. Akkurat som på jorden under tordenvær, blir varm og kald luft, som blander seg, ustabil, varme lag begynner å stige og tar med seg støvpartikler på grunn av ustabilitet. Det er fra disse små virvlene at alle de merkelige støv-"spøkelsene" som er sett på noen bilder av Mars, dannes. Deretter dannes det moderate stormer, deretter stormer på kontinentstørrelse. Noen ganger kan slike store orkaner forenes til én global virvelvind, som dekker hele planeten med støv.
Forskere og planetariske forskere har bestemt ganske nøyaktig at store orkaner vanligvis oppstår om sommeren på den sørlige halvkule av Mars. Det er kjent at på den røde planeten, akkurat som på jorden, er det en endring av årstider, som er forårsaket av helningen av planetens rotasjonsakse. Men på grunn av at Mars' bane har større eksentrisitet enn jordens, beveger den røde planeten seg i en mer elliptisk bane. Minimumstilnærmingen til solen faller sammen med sommerperioden på den sørlige halvkule, og derfor er temperaturverdiene de høyeste da. Når en orkan først begynner, avtar den ikke på uker eller måneder. Men forskerne er fortsatt usikre på hva som egentlig forårsaker slike lange avstander mellom orkaner.
En støvdjevel fanget på Mars av HiRISE-kameraet til Mars Reconnaissance Orbiter. Denne scenen ble fanget på dagtid sent på våren på mars. Rammen dekker et område som måler 644 meter. Å dømme etter skyggen som virvelen kaster på overflaten, var det mulig å fastslå at den kan nå 800 meter i høyden, og diameteren er omtrent 30 meter.
Laster inn...