Op aarde ontstaan wolken wanneer er genoeg waterdruppels uit de lucht condenseren. En die druppels hebben een klein stofje of zeezout nodig, een condensatiekern genaamd, om zich te vormen. In de atmosfeer van de aarde zitten die kleine stofdeeltjes hoog in de atmosfeer waar ze wolkenvorming veroorzaken. Maar op Mars?
Mars heeft iets anders aan de hand.
Planetaire wetenschappers hebben lange tijd wolken in de middenatmosfeer van Mars waargenomen. De middelste atmosfeer begint ongeveer 30 km (18 mijl) boven de oppervlakte. Maar wetenschappers hebben nog nooit de stofdeeltjes waargenomen die nodig zijn om die wolken in dat deel van de atmosfeer te zaaien.
Een nieuwe studie zegt dat meteorieten een rol spelen bij het veroorzaken van de vorming van wolken.
"Wolken vormen zich niet alleen," zegt Victoria Hartwick, afgestudeerd student aan het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica aan CU Boulder, en hoofdauteur van de paper. 'Ze hebben iets nodig waar ze op kunnen condenseren.'
Elke dag komt er ongeveer drie ton stof in de atmosfeer van Mars terecht. Het stof ablateert van meteoren op een hoogte van ongeveer 80-90 km (50-56 mijl). Een deel van het stof coaguleert opnieuw tot deeltjes die groot genoeg zijn om als condensatiekernen te werken. Volgens de studie vormen zich waterijswolken op die kernen, waardoor de wolken ontstaan die worden waargenomen in de middenatmosfeer van Mars.
Een sleutel tot deze studie komt van NASA's MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) ruimtevaartuig. MAVEN ontdekte het meteoorstof in doordringende lagen hoog in de atmosfeer van Mars. Volgens het artikel suggereert dit 'een continue toevoer van meteorische rookdeeltjes die naar lagere hoogten bezinken'.
Hartwick en haar team wendden zich tot computersimulaties van de atmosfeer van Mars om te zien welke rol dit meteoorstof op grote hoogte speelde bij wolkenvorming. De simulatie is ontworpen om de stroming en turbulentie in de atmosfeer van Mars na te bootsen.
Zodra ze deze 3 ton interplanetair stof hadden toegevoegd, toonden de simulaties wolken die precies op de plek verschenen waar wetenschappers ze waarnamen. Dat had het model nog nooit laten zien.
"Ons model kon eerder geen wolken vormen op deze hoogten", zei Hartwick in een persbericht. "Maar nu zijn ze er allemaal en ze lijken op de juiste plaatsen te zijn."
Op Mars zijn de wolken natuurlijk heel anders. Terwijl aardse wolken zoals cumulonimbus, ook bekend als donderkoppen of aambeeldwolken, hun verbinding met klimaat en weer duidelijk maken, zijn Martiaanse wolken anders. Ze vormen dunne, piekerige verzamelingen ijskristallen. Maar dat betekent niet dat ze geen rol spelen in het klimaat op Mars.
Uit de studie bleek dat deze wolkenachtige Mars-wolken in het midden van de atmosfeer een grote impact kunnen hebben op het klimaat. De wolken van Mars kunnen ervoor zorgen dat hoge temperaturen op en neer gaan met wel 10 graden Celsius (18 graden Fahrenheit).
Er zijn verdergaande resultaten in dit onderzoek dan alleen de vorming van een wolk. De simulatie toonde ook aan dat meteoorstof ervoor zorgt dat wolkenwolken hoger in de atmosfeer komen. Het laat ook zien dat de seizoensgebonden Hadley-cel verzwakt is.
Dat is belangrijk vanwege de rol die de Hadley-cel op Mars speelt. De Hadley-cel is een patroon met lage breedtegraad van atmosferische circulatie waarbij lucht wordt opgewarmd aan de evenaar, waardoor deze moet stijgen. De warme lucht wordt naar de palen gedreven en tijdens het reizen koelt het af en daalt het weer af. Dus als deze door meteoorstof geïnspireerde wolken de Hadley-cel verzwakken, dan heeft die drie ton stof een te groot effect op het klimaat.
Brian Toon, een van de drie auteurs van de studie, is ook afkomstig van de afdeling Atmosferische en Oceaanwetenschappen (ATOC) van de Universiteit van Colorado. Hij denkt dat deze studie een venster opent naar het klimaat in het verleden van Mars en hoe de planeet vloeibaar water op het oppervlak had.
"Steeds meer klimaatmodellen ontdekken dat het oude klimaat van Mars, toen rivieren over het oppervlak stroomden en het leven mogelijk was ontstaan, werd verwarmd door wolken op grote hoogte," zei Toon. 'Het is waarschijnlijk dat deze ontdekking een belangrijk onderdeel zal worden van dat idee om Mars op te warmen.'
We hebben de neiging om het weer van een planeet te zien als een grotendeels intern systeem, behalve natuurlijk zonlicht. Maar deze studie laat zien dat gebeurtenissen in de omgeving van een planeet - het zonnestelsel zelf - grote effecten op het weer kunnen hebben.
"We zijn gewend te denken aan de aarde, Mars en andere lichamen als deze op zichzelf staande planeten die hun eigen klimaat bepalen", zegt Hartwick. "Maar het klimaat is niet onafhankelijk van het omringende zonnestelsel."
Het papier wordt "Grote waterijswolken op grote hoogte op Mars genoemd, bestuurd door interplanetaire stofdeeltjes." De auteurs zijn Victoria Hartwick, Brian Toon en Nicholas Heavens van de Hampton University in Virginia. Het artikel is gepubliceerd in Nature Geoscience.
Bronnen:
- Persbericht: Meteoren helpen Martiaanse wolken te vormen
- Onderzoeksartikel: Waterijswolken op grote hoogte op Mars, bestuurd door interplanetaire stofdeeltjes
- Staatsuniversiteit van Arizona: Martian Wind
- Space Magazine: hielpen Cirruswolken om Mars vroeg warm en nat te houden?
