मंगल के बादल का अध्ययन बर्फ बनने की दुर्लभ प्रक्रिया की ओर संकेत देता है

मंगल के दक्षिणी गोलार्ध में हर वसंत और गर्मी के दौरान Arsia Mons के पास एक चमकीला सफेद plume दिखाई देता है। यह लाल ग्रह के सबसे बड़े ज्वालामुखियों में से एक है। यह संरचना सुबह बनती है, हवा की दिशा में तेजी से लंबी होती है और फिर गायब हो जाती है। वैज्ञानिकों ने पाया है कि कंप्यूटर मॉडल में इस बादल को समझाने के लिए वायुमंडलीय भौतिकी की एक असामान्य प्रक्रिया आवश्यक हो सकती है: जलवाष्प का धूल की मदद के बिना सीधे बर्फ के कणों में बदलना।

यह परिणाम European Space Agency के Mars Express मिशन के अवलोकनों और मंगल के मौसम संबंधी मॉडल पर आधारित शोध से आया है। अध्ययन Arsia Mons Elongated Cloud, या AMEC, पर केंद्रित है—एक बार-बार बनने वाला जल-बर्फ बादल, जो वाष्पित होने से पहले 1,800 किलोमीटर तक फैल सकता है।

नया मॉडल बादल की मूल पहचान नहीं बदलता। शोधकर्ता पहले से AMEC को एक orographic cloud समझते थे, यानी ऐसा बादल जो पर्वत या ज्वालामुखी जैसी बड़ी स्थलाकृति के ऊपर से बहने वाली हवा से आकार लेता है। लेकिन simulations में इसका रूप दोहराने के लिए टीम को homogeneous nucleation शामिल करनी पड़ी, जिसे आम तौर पर सैद्धांतिक प्रक्रिया माना जाता है और जिसे पहले किसी ग्रह के वायुमंडल में काम करते हुए नहीं देखा गया था।

दैनिक लय वाला बादल

Arsia Mons आसपास के मंगल भूभाग से लगभग 20 किलोमीटर ऊपर उठता है। दक्षिणी गोलार्ध के धूलभरे मौसम में इस विशाल ज्वालामुखीय संरचना से टकराती हवाएँ दृश्य रूप से अद्भुत plume बनाने में मदद करती हैं। बादल ज्वालामुखी की हवा की दिशा में बनता है, सुबह बढ़ता है और दिन में तेजी से गायब हो जाता है। यह क्रम कई महीनों तक दोहराता है।

Mars Express ने 2018 में पहली बार इस बार-बार बनने वाले बादल का खुलासा किया और तब से इसे लगातार देखा है। अंतरिक्ष यान की तस्वीरों ने शोधकर्ताओं को AMEC के विकास और गतिशीलता, जिसमें इसकी असाधारण लंबाई भी शामिल है, समझने में मदद की। बादल ज्वालामुखी से निकलती सामग्री जैसा दिख सकता है, लेकिन यह ज्वालामुखी विस्फोट का प्रमाण नहीं है। यह वायुमंडलीय परिस्थितियों और भूभाग से बना जल-बर्फ का बादल है।

Orographic clouds पृथ्वी पर परिचित हैं। जब हवा पर्वतीय भूभाग के ऊपर उठती है, तो वह इतनी ठंडी हो सकती है कि जलवाष्प संघनित या जम जाए। Arsia Mons के पास भी यही व्यापक सिद्धांत लागू होता है। फिर भी मंगल के बादल के विस्तृत व्यवहार को मौजूदा simulations में दोहराना कठिन था।

छवियों और मॉडलों के बीच यही अंतर केंद्रीय पहेली बना। यदि मौसम मॉडल किसी प्रासंगिक निर्माण प्रक्रिया को छोड़ दे, तो वह आसपास के वायुमंडलीय प्रवाह को पकड़ सकता है, लेकिन अंतरिक्ष यान द्वारा देखी गई संरचना नहीं बना पाएगा। AMEC के मामले में असामान्य प्रक्रिया जोड़ने से परिणाम बदला और मॉडल में बादल अपेक्षित रूप में उभरा।

बादलों को आम तौर पर किसी आधार की जरूरत होती है

पृथ्वी पर बादल की बूंदें और बर्फ के क्रिस्टल आम तौर पर heterogeneous nucleation के माध्यम से बनते हैं। इस प्रक्रिया में जलवाष्प को संघनित या जमना शुरू करने के लिए कणों की सतह चाहिए। पृथ्वी के वायुमंडल में नमक, पराग, कालिख और धूल ऐसे nuclei का काम कर सकते हैं।

मंगल धूलभरा ग्रह है, इसलिए मंगल के बादलों के निर्माण में धूल को सामान्यतः महत्वपूर्ण घटक माना जाता है। हालांकि Arsia Mons के बादल के मामले में शोधकर्ताओं ने पाया कि उनके मॉडल को अलग मार्ग की जरूरत थी। जलवाष्प उन अतिरिक्त कणों पर निर्भर हुए बिना सीधे बर्फीले बादल-कणों में बदलती दिखाई दी।

इस प्रक्रिया को homogeneous nucleation कहा जाता है। ESA इसकी तुलना कमरे के बीचोंबीच संघनन बनने से करती है, न कि खिड़की की सतह पर। यह उपमा बताती है कि प्रक्रिया असामान्य क्यों है: इसमें vapor को seed particle की आसान शुरुआत के बिना नई बर्फीली अवस्था में व्यवस्थित होना पड़ता है।

अध्ययन के प्रमुख लेखक LMD/CNRS/Sorbonne Université के Jorge Hernández-Bernal ने कहा कि इस भौतिकी को शामिल करने से simulations में बादल उभर सका। उनके अनुसार पाठ्यपुस्तकों में वर्णित भौतिकी, जिसे आम तौर पर प्रकृति में न होने वाला समझा जाता है, Mars Express के अवलोकनों को समझाने के लिए आवश्यक दिखाई देती है।

यह खोज महत्वपूर्ण क्यों है

यह परिणाम सबसे पहले इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह मंगल की एक स्पष्ट और बार-बार होने वाली घटना की व्याख्या देता है। AMEC कोई एक बार का अवलोकन नहीं है; यह मौसमी विशेषता है जो हर दिन बढ़ती और गायब होती है। इसे दोहरा सकने वाला मॉडल वैज्ञानिकों को ऊँचे भूभाग के आसपास मंगल के वायुमंडल के व्यवहार की जाँच के लिए बेहतर उपकरण देता है।

व्यापक रूप से, यह काम पतले और धूलभरे ग्रहों के वायुमंडल में बादल बनने की समझ बदल सकता है। मंगल पर धूल अब भी महत्वपूर्ण है, विशेषकर दक्षिणी धूलभरे मौसम में। लेकिन AMEC अध्ययन संकेत देता है कि Arsia Mons के आसपास की परिस्थितियों में केवल धूल-आधारित nucleation देखे गए बादल को नहीं समझा सकती। कुछ समय वायुमंडल अधिक सीधे मार्ग से बर्फ बनने का समर्थन कर सकता है।

यह अध्ययन यह भी दिखाता है कि लंबे समय तक किए गए अंतरिक्ष यान अवलोकन क्यों महत्वपूर्ण हैं। Mars Express दो दशकों से अधिक समय से मंगल पर काम कर रहा है। बार-बार निगरानी से शोधकर्ता आवर्ती वायुमंडलीय प्रक्रिया को अस्थायी विसंगति से अलग कर सकते हैं। बादल का समय, लंबाई और स्थान simulations के लिए कठिन परीक्षण उपलब्ध कराते हैं।

मॉडलों के साथ अवलोकनों का संयोजन मंगल पर विशेष रूप से उपयोगी है, जहाँ प्रत्यक्ष माप भौगोलिक रूप से सीमित हैं। Landers और rovers अलग-अलग स्थलों का नमूना लेते हैं, जबकि orbiters व्यापक दृश्य देते हैं। Models इन अवलोकनों को हवाओं, तापमान, जलवाष्प और कण निर्माण से जुड़ी भौतिक धारणाओं से जोड़ते हैं।

मंगल के आकाश में एक प्रयोगशाला

Arsia Mons का बादल इस बात का उदाहरण है कि विशिष्ट स्थानीय भू-दृश्य ऐसे वायुमंडलीय प्रक्रियाओं को कैसे उजागर कर सकता है, जिन्हें पहचानना अन्यथा कठिन होता। ज्वालामुखी बादल के लिए भूभाग-आधारित परिस्थितियाँ बनाता है और उसकी नाटकीय दृश्यता शोधकर्ताओं को गणनाओं की जाँच के लिए स्पष्ट लक्ष्य देती है।

इसका दैनिक जीवनचक्र यह भी याद दिलाता है कि पतले वायुमंडल के बावजूद मंगल पर सक्रिय मौसम है। जल-बर्फ कुछ घंटों में बन सकती है, विकसित हो सकती है और गायब हो सकती है। धूल और सूर्यप्रकाश में मौसमी बदलाव इन परिस्थितियों को बदल सकते हैं।

अब शोधकर्ता इस परिणाम के आधार पर यह अध्ययन कर सकेंगे कि मंगल पर homogeneous nucleation कब संभव है, कितनी बार होती है और क्या अन्य मंगल-बादलों में भी यही प्रक्रिया शामिल है। इन प्रश्नों के लिए अधिक modeling और observation की आवश्यकता होगी, लेकिन AMEC एक प्रभावी शुरुआत प्रदान करता है।

फिलहाल मंगल का सबसे लंबा और दृश्य रूप से आकर्षक बादल केवल शानदार छवि नहीं रहा। यह प्रमाण है कि किसी ग्रह के वायुमंडल में बादल-बर्फ बनने का एक असामान्य मार्ग सक्रिय हो सकता है, जिससे ज्वालामुखी के पास बार-बार दिखने वाला plume पृथ्वी से परे संसारों की भौतिकी की जाँच का उदाहरण बन गया है।

यह लेख esa.int की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।