ESA's ExoMars- en Mars Express-missies hebben voor het eerst watervorst waargenomen bij de evenaar van Mars, een deel van de planeet waar vorst onmogelijk werd geacht. De vorst bevindt zich bovenop de Tharsis vulkanen: de hoogste vulkanen niet alleen op Mars maar in het zonnestelsel. Het werd voor het eerst gezien door ESA's ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), en later door een ander instrument aan boord van TGO en ESA's Mars Express.
"We dachten dat het onmogelijk was om vorst te vormen rond de evenaar van Mars, omdat de mix van zonneschijn en een dunne atmosfeer de temperaturen aan het oppervlak en op de bergtoppen relatief hoog houdt - in tegenstelling tot wat we op aarde zien, waar je misschien ijzige toppen zou verwachten," zegt hoofdauteur Adomas Valantinas, die de ontdekking deed als promovendus aan de Universiteit van Bern, Zwitserland, en nu postdoctoraal onderzoeker is aan de Brown University, VS. "Het bestaan ervan hier is opwindend en wijst erop dat er uitzonderlijke processen in het spel zijn die vorstvorming mogelijk maken." De gebieden met rijp zijn een paar uur rond zonsopgang aanwezig voordat ze verdampen in het zonlicht. Ondanks dat ze dun zijn - waarschijnlijk slechts een honderdste millimeter dik (zo dik als een menselijke haar) - bedekken ze een enorm gebied. De hoeveelheid vorst vertegenwoordigt ongeveer 150.000 ton water die elke dag van het oppervlak naar de atmosfeer gaat tijdens het koude seizoen, het equivalent van ongeveer 60 Olympische zwembaden.
Een eigenaardig microklimaat
De Tharsis-regio van Mars herbergt talrijke vulkanen, waaronder Olympus Mons en de Tharsis Montes: Ascraeus, Pavonis en Arsia Mons. Veel van deze vulkanen zijn kolossaal en torenen boven de omringende vlaktes uit op hoogtes variërend van één (Pavonis Mons) tot drie (Olympus Mons) keer die van de Mount Everest op aarde. Deze vulkanen hebben caldera's, grote holtes, op hun toppen die zijn ontstaan doordat magmakamers zijn leeggelopen tijdens uitbarstingen in het verleden. De onderzoekers stellen voor dat de lucht boven Tharsis op een bijzondere manier circuleert; dit creëert een uniek microklimaat in de caldera's van de vulkanen daar, waardoor zich plekken met vorst kunnen vormen. "Winden verplaatsen zich over de hellingen van de bergen en brengen relatief vochtige lucht van dichtbij het oppervlak naar grotere hoogten, waar het condenseert en zich afzet als vorst," zegt co-auteur Nicolas Thomas, hoofdonderzoeker van TGO's Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) en Adomas' PhD-begeleider aan de Universiteit van Bern. "We zien dit ook gebeuren op aarde en andere delen van Mars, met hetzelfde fenomeen dat de seizoensgebonden Martiaanse Arsia Mons Langwerpige Wolk veroorzaakt.
"De vorst die we bovenop de vulkanen van Mars zien, lijkt zich vooral af te zetten in de schaduwrijke gebieden van de caldera's, waar de temperaturen kouder zijn." Adomas, Nicolas en collega's zagen vorst op de Tharsis-vulkanen Olympus, Arsia en Ascraeus Mons, en Ceraunius Tholus. Door te modelleren hoe deze vorst zich vormt, kunnen wetenschappers meer van de resterende geheimen van Mars onthullen, zoals waar er water is en hoe het zich verplaatst tussen reservoirs, en de complexe atmosferische dynamiek van de planeet begrijpen. Dergelijke kennis is essentieel voor onze toekomstige verkenning van Mars en onze zoektocht naar mogelijke tekenen van leven buiten de aarde.
ExoMars ziet vorst op Ceraunius Tholus - Foto: ESA/TGO/CaSSIS
Onverwacht en fascinerend
Deze ontdekking is de eerste keer dat er vorst is gevonden bij de evenaar van Mars. Maar waarom was het nog niet eerder waargenomen? "Er zijn een paar redenen: ten eerste hebben we een baan nodig waarmee we een locatie in de vroege ochtend kunnen observeren. Terwijl de twee Mars-banen van ESA - Mars Express en TGO - zo'n baan hebben en op elk moment van de dag kunnen waarnemen, zijn veel Mars-banen van andere organisaties gesynchroniseerd met de zon en kunnen ze alleen 's middags waarnemen," voegt Adomas toe. "Ten tweede is vorstafzetting gekoppeld aan koudere seizoenen op Mars, waardoor het venster om het te zien nog kleiner wordt. Kortom, we moeten weten waar en wanneer we moeten zoeken naar kortstondige vorst. We zochten er toevallig naar in de buurt van de evenaar voor ander onderzoek, maar hadden niet verwacht het te zien op de vulkaantoppen van Mars!"
De ontdekking van de vorst was gebaseerd op de samenwerking tussen twee van ESA's Marsverkenners: ExoMars TGO en Mars Express. TGO kwam in 2016 aan op Mars en heeft het oppervlak, de atmosfeer en het water van Mars in kaart gebracht sinds het begin van zijn volledige wetenschappelijke missie in 2018. Mars Express draait sinds 2003 in een baan rond Mars en onderzoekt al twintig jaar het oppervlak, de ondergrond, mineralen, verschijnselen en de atmosfeer van Mars. Het onderzoeksteam zag de vorst met het CaSSIS-instrument van TGO. Daarna bevestigden ze hun vondst door het gebied opnieuw te bekijken met behulp van TGO's Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) spectrometer en de High Resolution Stereo Camera (HRSC) van Mars Express. "Water vinden op het oppervlak van Mars is altijd opwindend, zowel vanwege het wetenschappelijke belang als vanwege de implicaties voor exploratie door mensen en robots," zegt Colin Wilson, ESA-projectwetenschapper voor zowel ExoMars TGO als Mars Express. "Toch is deze ontdekking bijzonder fascinerend. De lage atmosferische druk van Mars creëert een onbekende situatie waarbij de bergtoppen van de planeet meestal niet kouder zijn dan de vlaktes - maar het lijkt erop dat vochtige lucht die de berghellingen opblaast nog steeds kan condenseren tot vorst, een onmiskenbaar aardachtig fenomeen.
"Deze ontdekking was mogelijk dankzij de succesvolle samenwerking tussen beide Mars-baanwerpers van ESA en aanvullende modellering. Door precies te begrijpen welke verschijnselen hetzelfde of verschillend zijn op aarde en op Mars, kunnen we ons begrip van fundamentele processen die niet alleen op onze thuisplaneet plaatsvinden, maar ook elders in de kosmos, echt testen en verbeteren."
Bron: ESA
