मंगळावरील ढगांच्या अभ्यासातून बर्फनिर्मितीच्या दुर्मीळ प्रक्रियेचे संकेत

मंगळाच्या दक्षिण गोलार्धात प्रत्येक वसंत ऋतू आणि उन्हाळ्यात लाल ग्रहावरील सर्वात मोठ्या ज्वालामुखींपैकी एक असलेल्या Arsia Mons जवळ पांढरा plume दिसतो. तो सकाळी तयार होतो, वाऱ्याच्या दिशेने झपाट्याने लांबतो आणि नंतर नाहीसा होतो. संगणकीय मॉडेलमध्ये या ढगाचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी धुळीच्या मदतीशिवाय जलवाष्प थेट बर्फाच्या कणांत बदलणारी असामान्य atmospheric physics आवश्यक असू शकते, असे वैज्ञानिकांना आढळले.

हा निष्कर्ष European Space Agencyच्या Mars Express missionच्या निरीक्षणांवर आणि मंगळाच्या meteorological modelवर आधारित संशोधनातून आला आहे. या कामाचा केंद्रबिंदू Arsia Mons Elongated Cloud किंवा AMEC आहे—एक पुनरावृत्ती होणारा water-ice cloud, जो बाष्पीभवन होण्यापूर्वी 1,800 किलोमीटरपर्यंत पसरू शकतो.

नवीन modeling ढगाची मूलभूत ओळख बदलत नाही. संशोधक AMECला आधीपासून orographic cloud समजत होते—पर्वत किंवा ज्वालामुखीसारख्या मोठ्या भूआकारावरून वाहणाऱ्या वाऱ्यामुळे आकार घेणारा ढग. मात्र simulationsमध्ये त्याचे स्वरूप पुन्हा तयार करण्यासाठी homogeneous nucleation समाविष्ट करावी लागली.

दैनंदिन लय असलेला ढग

Arsia Mons आसपासच्या मंगळभूमीपेक्षा सुमारे 20 किलोमीटर उंच आहे. दक्षिण गोलार्धातील धुळीच्या ऋतूत या विशाल ज्वालामुखीच्या रचनेशी संवाद साधणारे वारे नेत्रदीपक plume तयार करण्यात मदत करतात. ढग ज्वालामुखीच्या वाऱ्याच्या दिशेने तयार होतो, सकाळी वाढतो आणि दिवसाच्या उत्तरार्धात पटकन नाहीसा होतो. हा क्रम अनेक महिने पुन्हा पुन्हा घडतो.

Mars Express ने 2018 मध्ये हा पुनरावृत्ती होणारा ढग प्रथम उघड केला आणि त्याचे वारंवार निरीक्षण केले आहे. अंतराळयानाच्या प्रतिमांनी AMECचा विकास, गतिशीलता आणि असामान्य लांबी समजून घेण्यास मदत केली. ढग ज्वालामुखीतून बाहेर पडणाऱ्या पदार्थासारखा दिसू शकतो, पण तो volcanic eruptionचा पुरावा नाही. तो atmospheric conditions आणि terrainमुळे तयार झालेला जल-बर्फाचा ढग आहे.

Orographic clouds पृथ्वीवर परिचित आहेत. पर्वतीय भूभागावर हवा वर गेल्यावर जलवाष्प संघनित किंवा गोठेल इतकी हवा थंड होऊ शकते. Arsia Mons जवळही हेच व्यापक तत्त्व लागू होते. तरीही मंगळावरील ढगाचे सविस्तर वर्तन विद्यमान simulationsमध्ये पुन्हा तयार करणे कठीण ठरले.

प्रतिमा आणि मॉडेलमधील हा फरकच मुख्य कोडे बनला. हवामान मॉडेलने संबंधित formation mechanism वगळल्यास आसपासचे circulation पकडता येते, पण spacecraftने पाहिलेली रचना तयार होत नाही. AMECसाठी हा असामान्य mechanism समाविष्ट केल्यावर modeled cloud अपेक्षेप्रमाणे निर्माण झाला.

ढगांना सहसा चिकटण्यासाठी आधाराची गरज असते

पृथ्वीवर cloud droplets आणि ice crystals साधारणपणे heterogeneous nucleationद्वारे तयार होतात. या प्रक्रियेत जलवाष्पाचे संघनन किंवा गोठणे सुरू होण्यासाठी कणांची गरज असते. मीठ, pollen, soot आणि dust nuclei म्हणून काम करू शकतात.

मंगळ धुळीने प्रसिद्ध असल्याने Martian cloud formationमध्ये धूळ महत्त्वाचा घटक मानला गेला. मात्र Arsia Mons cloudच्या बाबतीत संशोधकांना मॉडेलसाठी वेगळा मार्ग आवश्यक असल्याचे दिसले. अतिरिक्त कणांवर अवलंबून न राहता water vapor थेट बर्फाळ cloud particlesमध्ये बदलल्याचे दिसले.

या प्रक्रियेला homogeneous nucleation म्हणतात. ESA याची तुलना खिडकीच्या पृष्ठभागावर नव्हे, तर खोलीच्या मध्यभागी condensation दिसण्याशी करते. Seed particleकडून मिळणाऱ्या सोप्या सुरुवातीशिवाय vaporने नव्या ice phaseमध्ये संघटित व्हावे लागते, म्हणून ही प्रक्रिया दुर्मीळ आहे.

अभ्यासाचे प्रमुख लेखक LMD/CNRS/Sorbonne Universitéचे Jorge Hernández-Bernal यांनी सांगितले की ही physics समाविष्ट केल्यावर simulationsमध्ये ढग दिसू लागला. निसर्गात घडत नाही असे सामान्यतः मानले जाणारे textbook physics, Mars Expressच्या निरीक्षणांचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी आवश्यक असावे, असे त्यांनी म्हटले.

हा शोध महत्त्वाचा का आहे

सर्वप्रथम, तो स्पष्ट आणि पुनरावृत्ती होणाऱ्या Martian phenomenonचे स्पष्टीकरण देतो. AMEC हे एकदाच झालेले observation नाही; तो दररोज वाढणारा आणि नाहीसा होणारा seasonal feature आहे. त्याची पुनर्रचना करणारे model उंच भूभागाभोवती मंगळाचे वातावरण कसे वागते हे तपासण्यासाठी अधिक चांगले साधन देते.

व्यापक अर्थाने, पातळ आणि धुळीच्या planetary atmospheresमध्ये cloud formationकडे पाहण्याचा संशोधकांचा दृष्टिकोन हे काम बदलू शकते. मंगळावर धूळ महत्त्वाचीच आहे, विशेषतः दक्षिणेकडील धुळीच्या ऋतूत. मात्र Arsia Mons परिसरातील परिस्थितीत dust-based nucleationने observed cloudचे पूर्ण स्पष्टीकरण दिले नाही, असे AMEC study सूचित करते. काही परिस्थितींमध्ये atmosphere अधिक थेट मार्गाने ice formationला समर्थन देऊ शकते.

दीर्घकाळ चालणारी spacecraft observations का महत्त्वाची आहेत हेही या अभ्यासातून दिसते. Mars Express दोन दशकांहून अधिक काळ मंगळावर कार्यरत आहे. वारंवार monitoring केल्याने संशोधक recurring atmospheric process आणि transient anomaly यांमध्ये फरक करू शकतात.

मंगळावर थेट measurements भौगोलिकदृष्ट्या मर्यादित असल्याने observations आणि modeling एकत्र करणे विशेष उपयुक्त ठरते. Landers आणि rovers विशिष्ट ठिकाणे तपासतात, तर orbiters व्यापक दृश्य देतात. Models या observationsना वारे, तापमान, water vapor आणि particle formation यांविषयीच्या physical assumptionsशी जोडतात.

मंगळाच्या आकाशातील प्रयोगशाळा

Arsia Mons cloud दाखवतो की विशिष्ट स्थानिक भूभाग अन्यथा ओळखणे कठीण असलेल्या atmospheric processes उघड करू शकतो. ज्वालामुखी ढगासाठी terrain-driven conditions तयार करतो आणि त्याची नाट्यमय दृश्यता calculations तपासण्यासाठी स्पष्ट लक्ष्य देते.

त्याचे daily life cycle हेही आठवण करून देते की पातळ atmosphere असूनही मंगळावर सक्रिय weather आहे. Water ice काही तासांत तयार होऊ शकते, बदलू शकते आणि नाहीशी होऊ शकते. Dust आणि sunlightमधील seasonal changes या परिस्थिती बदलू शकतात.

मंगळावर homogeneous nucleation कधी शक्य आहे, किती वेळा घडते आणि इतर Martian cloudsमध्येही हीच process आहे का याचा अभ्यास करण्यासाठी संशोधक आता या निष्कर्षाचा आधार घेऊ शकतील. अधिक modeling आणि observation आवश्यक असले तरी AMEC एक ठोस सुरुवात देतो.

सध्या मंगळावरील सर्वात लांब आणि दृष्टीवेधक ढग केवळ नेत्रदीपक प्रतिमा राहिलेला नाही. planetary atmosphereमध्ये cloud ice तयार होण्याचा एक विलक्षण मार्ग कार्यरत असू शकतो, याचा तो पुरावा बनला आहे.

हा लेख esa.intच्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.