Zakurzone różnice między Marsem a Ziemią
Obie planety stoją w obliczu burz piaskowych i towarzyszących im okazjonalnych opóźnień lotów.
Prognostycy przewidzieli, że nadejdzie z kilkudniowym wyprzedzeniem: wiatry nasilały się, kurz wzbijał się w krajobraz, a widoczność spadała. Loty musiałyby zostać odwołane… kolejne opóźnienie lotu w ciągu roku pełnego ich.
Tyle że tym razem zakłócenie miało miejsce na Marsie. Opóźnienie lotu dotyczyło śmigłowca Ingenuity NASA, który w styczniu 2022 roku stał się pierwszym samolotem uziemionym przez burzę piaskową na innej planecie (zdjęcie powyżej).
Zarówno Mars, jak i Ziemia są regularnie nękane przez burze piaskowe różnej wielkości. I chociaż istnieją pewne podobieństwa między wydarzeniami – teraz w tym odwołania lotów – istnieją również pewne kluczowe różnice.
Na Ziemi jedna trzecia powierzchni lądu jest pokryta piaskiem i pyłem, podczas gdy reszta jest zakotwiczona przez rośliny, lód, wodę i ludzkie osady. Największe burze piaskowe powstają na rozległych pustyniach, takich jak Sahara (pokazana poniżej), Gobi i Półwysep Arabski. Mogą również pojawić się na odludziu, Patagonii, południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych i Meksyku lub regionach doświadczających dotkliwej suszy. Według szacunków naukowców, każdego dnia w ziemskiej atmosferze unosi się od 20 do 40 milionów ton pyłu, a od 1 do 3 miliardów ton pyłu jest unoszonych i osadzanych z powrotem na Ziemi każdego roku (co odpowiada 10 000 do 30 000 w pełni załadowanych lotniskowce).
Na Marsie diabły pyłowe i burze mogą pojawić się niemal wszędzie, ponieważ planeta jest sucha i zakurzona prawie wszędzie, gdzie spojrzeliśmy. Miliardy lat wietrzenia — prawdopodobnie przez pradawną wodę, a ostatnio przez nieustanne piaskowanie z powodu burz napędzanych wiatrem — stworzyły planetę pokrytą piachem i pyłem. Cząsteczki są bardzo małe i lekko elektrostatyczne, więc przywierają do powierzchni tak, jak robią to na Ziemi orzeszki ziemne.
Zarówno na Ziemi, jak i na Marsie burze piaskowe mogą poważnie pogorszyć jakość powietrza, zatykając silniki i przekładnie. Na Ziemi samoloty mogą być uziemione przez unoszący się w powietrzu pył, ponieważ może on uszkadzać silniki odrzutowe i przecierać przednie szyby, jednocześnie zmniejszając widoczność dla pilotów. Na Marsie wielka burza piaskowa w czerwcu 2018 roku zakończyła misję 15-letniego łazika Opportunity NASA. Tak dużo kurzu unosiło się tak długo, że panele słoneczne łazika nie mogły zebrać wystarczającej ilości światła słonecznego, aby naładować akumulatory.
Pył ziemski jest zwykle zbierany przez fronty pogodowe i burze, a różnice temperatur, ciśnienia atmosferycznego i zawartości wilgoci przyspieszają przepływ powietrza przez krajobraz. Silne wiatry poruszają się po suchych lądach i zbierają luźne ziarna mineralnego pyłu, czasami unosząc je na setki do tysięcy stóp w atmosferę i przenosząc dziesiątki do tysięcy mil pod wiatr. (Zdjęcie poniżej, wykonane z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, pokazuje burzę nad Afryką Północną w 2014 roku.) Ale pył nie wznosi się ponad tropopauzę – naturalną barierę ciśnieniową między troposferą a stratosferą. Nawet jeśli kurz stanie się tak wysoki, grawitacja i opady sprowadzają go z powrotem na powierzchnię. Wszystko to zwykle następuje w ciągu kilku godzin lub dni.
Mars nie ma jednak tropopauzy. Naukowiec zajmujący się aerozolami z NASA, Ralph Kahn, który badał atmosfery planet, zanim skupił się na Ziemi, wyjaśnił, że bez tej podobnej do pokrywy bariery (wytworzonej przez ozon stratosferyczny na Ziemi) i bez opadów, które go sprowadzają, marsjański pył może wznosić się wyżej w atmosferę.
Wiatry marsjańskie powstają głównie w wyniku różnic w ogrzewaniu powierzchni światłem słonecznym między półkulami, między dniem a nocą oraz między powierzchniami podniesionymi i zagłębionymi. Te różnice w ogrzewaniu prowadzą do unoszenia się pióropuszy powietrza w skali lokalnej (tworząc pyłowe diabły) i pobudzają poziomy przepływ wiatrów w skali regionalnej.
Choć prawdopodobnie nie tak silne, jak najsilniejsze wiatry na Ziemi, wiatry na Marsie są wystarczająco silne, aby kręcić wszystko, od diabłów pyłowych (pokazanych na poniższych animacjach) po ogromne, blokujące światło słoneczne pióropusze. W przeciwieństwie do niektórych fikcji filmowych, burze prawdopodobnie nie będą wystarczająco silne, aby zdmuchnąć pojazdy i ludzi. Dzieje się tak, ponieważ marsjańska atmosfera jest cieńsza – około 1 procent gęstości (ciśnienia) ziemskiej atmosfery na powierzchni – więc podobne wiatry nie wywierają tak dużej siły na Czerwoną Planetę.
„Pył jest kluczem do marsjańskiego klimatu” – powiedział Mark Lemmon, planetolog z Space Science Institute, który bada aerozole i był zaangażowany w program NASA Mars od czasów Pathfindera. „Pył jest przenoszony przez pogodę, ale pył podtrzymuje tę pogodę. Przechowuje i przenosi energię wokół Marsa w sposób, w jaki woda może przemieszczać energię na Ziemi”.
Po uniesieniu pył marsjański ma tendencję do pozostawania w powietrzu przez długi czas — czasami przez tygodnie, a nawet miesiące. Grawitacja jest słabsza — około jednej trzeciej tego, co jest na Ziemi — a cieńsza atmosfera oznacza mniejszy opór. A kiedy już się rozpocznie, burza piaskowa na Marsie może się czasem pożywić. Pył w marsjańskiej atmosferze pochłania światło słoneczne, które ogrzewa otaczające go powietrze. Podkreśla to różnice w ogrzewaniu między powierzchnią a powietrzem oraz między jedną częścią powierzchni a drugą – które to obie mogą powodować większy pionowy i poziomy przepływ powietrza.
„Uderzenia są skumulowane i dramatyczne”, powiedział Lemmon, „więc na niebie gromadzi się dużo pyłu”. Powyższe zdjęcie z Mars Reconnaissance Orbiter pokazuje gęsty pióropusz pyłu nad Utopia Planitia w listopadzie 2007 roku.
Każdego roku na Marsie występuje kilka umiarkowanie dużych burz pyłowych, które obejmują obszary wielkości kontynentu i trwają kilka tygodni. I co jakiś czas, z powodów, których naukowcy nie potrafią jeszcze wyjaśnić, marsjańskie burze piaskowe mogą narastać, aż ogarną całą planetę. (Poniżej pokazano globalne wydarzenie pyłowe w 2018 r.) Te masywne burze o skali planetarnej wydają się występować co około trzy do czterech lat marsjańskich (sześć do ośmiu lat ziemskich). „Na Ziemi nie ma nic porównywalnego” – zauważył Kahn.
Jednym ze sposobów mierzenia intensywności burz piaskowych na Ziemi jest optyczna głębia aerozolu (AOD), która jest miarą tego, ile światła jest pochłaniane lub odbijane przez cząsteczki kurzu, naturalne aerozole lub zanieczyszczenia w powietrzu. Według Kahna, pogodny dzień na Ziemi ma AOD od 0,1 do 0,2 w świetle widzialnym. Gdy AOD wynosi 1,0, intensywność światła słonecznego na powierzchni spada o dwie trzecie. Naprawdę gęsty pióropusz dymu lub pyłu może mieć AOD na poziomie 7,0 lub wyższym, dlatego dzień może zacząć przypominać noc, gdy niebo jest pełne cząstek z dużych pożarów lub burz piaskowych.
Według Lemmon, kiedy łazik Opportunity przestał działać podczas globalnej burzy piaskowej w 2018 roku, AOD na Marsie wynosił od 9 do 11. Podobne globalne zdarzenia pyłowe miały miejsce również w 2007 i 2001 roku.
Burze piaskowe zwykle nasilają się na Marsie latem na półkuli południowej (zima na półkuli północnej). W przeciwieństwie do pór roku na Ziemi (które są funkcją nachylenia osi), Czerwona Planeta jest znacznie bliżej Słońca podczas lata na południowej półkuli. Prowadzi to do większego nagrzewania się powierzchni i unoszenia większej ilości pyłu do atmosfery niż w innych porach roku.
Wraz z nadejściem południowego lata możemy spodziewać się kolejnych opóźnień lotów w nadchodzących miesiącach na Marsie.
Obrazy NASA Earth Observatory wykonane przez Lauren Dauphin, wykorzystujące dane VIIRS z NASA EOSDIS LANCE, GIBS/Worldview oraz Joint Polar Satellite System (JPSS). Obrazy Mars Reconnaissance Orbiter autorstwa NASA/JPL-Caltech/MSSS oraz animacje łazika Perseverance Mars autorstwa NASA/JPL-Caltech/SSI. Zdjęcie astronauty ISS040-E-90343 zostało wykonane 8 września 2014 r. za pomocą aparatu cyfrowego Nikon D3S z obiektywem 80 milimetrów i zostało dostarczone przez ISS Crew Earth Observations Facility oraz Earth Science and Remote Sensing Unit, Johnson Space Center. Opowieść Michaela Carlowicza, z reportażem od Katy Mersmann z NASA Goddard Space Flight Center.
Zobacz również nasze szczegółowe prognozy:
