כלי של ענן המתפרש על פני יותר מ-1,800 קילומטרים (בערך 1,100 מיילים) על פני מאדים בבוקרי האביב והקיץ, נוצר בתהליך שלא נחזה מעולם באטמוספירות של כוכבים אחרים, על פי מחקר שהתפרסם ב-7 באוקטובר בכתב העת Nature Geoscience. החוקרים הסיקו כי אדי המים שבענן הארסי המוארך של ארסיה מונס קופאים ישירות לפרוסות קרח מבלי להצטבר תחילה באבק, תהליך הנקרא נוקליאציה הומוגנית, לפי הצהרת وكالة החלל האירופית (ESA).
המחבר הראשי, חורחה הרננדס-ברנל מ-LMD, CNRS ואוניברסיטת סורבון בפריז, אמר בהודעת ה-ESA: "התהליך שאותו תיארנו מראה לנו כיצד יכול להיווצר ענן ייחודי זה, תופעה שעוד לא נצפתה בשום אטמוספירה של כוכב לכת אחר".
הענן, שאורכו כמעט כפול מזה של בריטניה וכשהוא מהווה בערך אחד עשרית ממסלול הקוטר של מאדים, מתפתח ומתכלל בכל יום במשך מספר חודשים — הישג יוצא דופן בכוכב הלכת שבו האטמוספירה כמעט חסרת אדי מים. העבודה החדשה מציגה הסבר לכך שסימולציות קודם לכן לא הצליחו לשחזר את התופעה, אם כי החוקרים מדגישים שהמנגנון מובע מתרשימים ומצפיות, ולא מנקודות מבט ישירות.
ענן יומי רוחב על מאדים ליד הר געש עצום
הענן נוצר באספקט הרוח שמצפון להר הגעש הנטוש ארסיה מונס, שפוערת לגובה כ-20 קילומטרים באזור תרסיס של מאדים, דרום לקו המשווה. הוא מופיע באביב ובקיץ של חצי הכדור הדרומי, בעונת האבק, בדרך כלל בבוקר, ונמשך רק מספר שעות לפני שמתאייד במהרה.
החוקרים זיהו לראשונה את הענן בשנת 2018 באמצעות חללית Mars Express של ESA, שהיא אחת הכלים בכדור הארץ שניתן לעקוב אחר הר הגעש בבוקר. מצלמת המוניטור הוויזואלית, מצלמת הסטראוסקופית ברזולוציה גבוהה ומפענחת הספקטרומטר OMEGA תיעדו אותו מיד עם הופעתו.
תחילה סווג כענן אורוגראפי, התפתחויות של עננים שמתהווים כאשר הרוח זורמת מעלה ומעל הרים. עננים כאלה נפוצים על כדור הארץ מעל לפסגות כמו הר ריינייר. אך מודלים סטנדרטיים של התהליך לא הצליחו לייצר ענן באורך כזה, המתהווה במהירות וקצר החיים כמו זה שחזה החללית Mars Express. לכן, בתחילה, לא הצליחו החוקרים לשחזר את התופעה והם נאלצו לסרב מהנחות אטמוספריות מסורתיות עד שהסימולציות תואמו לממצאים שחללית המרס אקספרס תיעדה.
פיזיקה אקזוטית מעל הר ארסיה מונס
החוקרים גילו שכיווני הרוח החולפים על הר הגעש גורמים לגל אטמוספרי חזק שמרים אוויר לח, מלא בלחות, לגובה של כמה קילומטרים בתוך דקות ספורות. בטמפרטורות באוויר שנע למטה יכולות לרדת בכ-30 מעלות צלזיוס (בערך 54 פרנהייט) בתוך כעשר דקות, והלחות היחסית זורמת לרמות גבוהות בהרבה מרמות הרגילות.
בתנאים קיצוניים אלה, אדי המים קופאים ישירות לקרח בלי צורך באבקה או חלקיקים אחרים כזרעים. בכדור הארץ, טיפות ענן וקרחונים כמעט תמיד נוצרות על גבי חלקיקים זעירים, ולכן תהליך הנוקליאציה ההומוגני מתואר בספרי הלימוד כהיפותטי בעיקר — תהליך תיאורטי במרבי ההכרח.
הלחות הדרושה היא עצומה — הרבה מעבר למה שאנו חווים על פני הקרקע בארץ. ESA מציינת כי היא עולה על רמות הלחות באירופה ובעולם כולו פי מאה אלף בערך. ייתכן שחלק ניכר מהמים מגיע מהקרח על הפסגת הר הגעש, למרות שלא אושר באופן חד-משמעותי זאת כנקודת מקור.
הרננדס-ברנל תיאר את התהליך בפשטות: "במילים פשוטות, כשזה קורה, אדי המים קופאים ישירות לקרח על פי התהליך של נוקליאציה הומוגנית. זהו תהליך בלתי שגרתי באטמוספירת כוכב לכת, ובעיקר מאדים, על פי הידע הקיים".
בדיקת הראיות על הטענה המרכזית
הטענה המרכזית דורשת זהירות. התהליך לא נצפה מעולם באטמוספירה של שום כוכב לכת אחר, כולל כדור הארץ. חוקרים הציעו כי תהליך כזה עשוי לקרות באטמוספירת העליונה של כדור הארץ או מעל ונוס, אך זה נחשב לבלתי סביר ולא זוהה שם בפועל.
המחקר הנוכחי משולב בהערכת ביקורת של תצפיות חיישני חלל ומודלים ממוחשבים, ופורסם ב-Nature Geoscience. המודל משחזר את הענן רק כשמשולב בו תהליך הנוקליאציה ההומוגנית, מה שמהווה עדות עקיפה איתנה. עם זאת, ESA מציינת שחלק מהמאפיינים של הענן המודגם עדיין אינם תואמים בדיוק לתצפיות בפועל, והרננדס-ברנל מציין כמה מעט נתונים יש על אטמוספירת מאדים בהשוואה לכדור הארץ.
מנהל משלחת Mars Express, קולין וילסון, שאינו שותף למחקר, אמר ל-Live Science כי המשימה וטכנולוגיות ה-ESA מסוגלות לעקוב אחר שינויים בענן במשך כמה שעות. טיוטה של המחקר זמינה חינם ב-arXiv, לפי הודעת ה-ESA.
לקחים לכדור הארץ ולמשימות עתידיות על מאדים
עננים הם אחד מגורמי הבלבול הגדולים במודלים של מזג אוויר ואקלים על כדור הארץ, במיוחד מכיוון שזו שאלה של אופן היווצרות קרח וטיפות. מעבדה טבעית שבה הקרח נוצר בלי חלקיקים כזרעים מספקת הזדמנות נדירה לבדוק את פיזיקת העננים בתנאים שלא ניתן לשחזור במעבדה.
עבודה זו חשובה גם למחקר על מאדים. מים הם המשאב החשוב ביותר למשלוחי העתיד, לשתייה וליצור חמצן ודלק טילים. הבנת מיקמת המיים והתחלקותם במעגלי הסירקולציה באטמוספירה הדקה של מאדים חיונית לתכנון משימות עתידיות ולפיתוח טכנולוגיות חקירה נוספות.
בנוסף, חוקרים בישראל ובעולם ממשיכים לחקור תופעות אטמוספיריות ייחודיות, כמו ההתנהגות המשונה של העננים מעל ונוס, שבהם תצפיות ומודלים שימושיים להסבר תופעות בלתי שגרתיות חוזרים ונשמעים בענף.
הצעד הבא הוא המשך תצפיות. משימות החלל של ה-ESA, כמו Mars Express ו-ExoMars Trace Gas Orbiter, יוכלו לעקוב אחר ההתפתחויות בענן בשעות הבוקר, וכך לעקוב אחר תקופות עונתיות ולבדוק אם ההשערות שמופיעות במודלים אכן מתקיימות בשטח. הפילוסוף הוא שענן יומי על מאדים מספק לנו אולי את הדוגמה הטבעית הראשונה לתהליך הקרח שהותווה בתאוריות — ומדובר בחשיפה לתגבר את ההבנה שלנו על אטמוספירת כוכב הלכת השכון שלנו, תוך שיתוף פעולה בין תצפיות ומודלים מתקדמים.
