Avrupa Uzay Ajansı’nın Mars Express ve ExoMars Trace Gas Orbiter uzay aracından alınan 20 yıllık görüntüleri tarayan bilim insanları, tozun havaya nasıl yükseldiğini ve Mars yüzeyinin etrafında nasıl sürüklendiğini ortaya çıkarmak için 1.039 kasırga benzeri kasırgayı takip etti.
Yayınlandığı yer Bilim GelişmeleriMars’taki en güçlü rüzgarların düşündüğümüzden çok daha hızlı esmesi de dahil olmak üzere bulguları bize kızıl gezegenin hava durumu ve iklimi hakkında çok daha net bir resim sunuyor.
Ve bu ‘toz şeytanları’ tek bir genel katalogda toplandığında, bu araştırma yalnızca bir başlangıçtır. Saf bilimin yanı sıra, örneğin robotik gezicilerimizin güneş panellerine yerleşen rahatsız edici toza yönelik önlemlerin dahil edilmesi gibi gelecekteki görevlerin planlanmasında da faydalı olacaktır.
Onlarca yıldır Mars gezicileri ve yörünge araçlarıyla toz şeytanlarını görüyoruz. Bu araştırma büyük bir adım daha ileri giderek, bu kasırgaların çoğunun Mars yüzeyinde tam olarak nasıl ilerlediğini bulmak için hareketlerini izleyen ilk araştırma oldu.
Çalışma İsviçre’deki Bern Üniversitesi’nden Valentin Bickel tarafından yönetildi. Katalogları, Mars’ın her yerindeki toz şeytanlarının hareket hızlarını ve yönlerini içeren ilk katalogdur.
Valentin, “Toz şeytanları normalde görünmeyen rüzgarı görünür hale getiriyor” diye açıklıyor. “Onların hızlarını ve yolculuk yönlerini ölçerek, Mars yüzeyinin her yerinde rüzgarın haritasını çıkarmaya başladık. Bu daha önce imkansızdı çünkü küresel ölçekte bu tür bir ölçüm yapmak için yeterli veriye sahip değildik.”
Mars, geniş volkanları ve mağara kraterleriyle dramatik bir gezegendir. Neden toz gibi donuk görünen bir şeye odaklanalım ki?
Toz, gündüz sıcaklıklarını daha soğuk tutmak için güneşi koruyabilir ve gece sıcaklıklarını daha sıcak tutmak için bir battaniye görevi görebilir. Toz parçacıkları bulutların oluşması için başlangıç noktası görevi görebilir, toz fırtınaları ise su buharının uzaya kaçmasına bile neden olabilir.
Yağmurla havanın yıkandığı Dünya’nın aksine, toz Mars’ın atmosferinde uzun süre kalabilir ve gezegenin her tarafına savrulabilir. Bu nedenle bilim insanları, Mars’ın iklimini daha iyi anlamak için tozun yüzeyden atmosfere ne zaman, nerede ve nasıl yükseldiğini anlamaya çalışıyor.
Daha fazla veri, daha iyi görüntü
Bu yeni çalışma için araştırmacılar, toz şeytanlarını tanıyacak bir sinir ağını eğitti ve ardından 2004’ten bu yana Mars Express ve 2016’dan bu yana ExoMars TGO tarafından çekilen görüntüleri tarayarak 1.039 adetlik bir katalog oluşturdu.
Bu sürümde yer alan harita, 1.039 toz şeytanının tümünün yerlerini ve 373’ün hareket yönünü gösteriyor. Toz şeytanlarının Mars’ın her yerinde, hatta yükselen yanardağlarında bile bulunmasına rağmen, bazı “kaynak bölgelerden” pek çok şeyin süpürüldüğünü doğruluyor. Örneğin bunların çoğu, Mars’ın ince bir toz ve kum tabakasıyla kaplı devasa bir parçası olan Amazonis Planitia’da (haritanın sol üst köşesinde) kümelenmişti.
Araştırmacılar, toz şeytanlarının ne kadar hızlı hareket ettiğini takip ederek rüzgar hızlarının 44 m/s veya 158 km/saat’e kadar çıktığını buldu. Bu, şimdiye kadar yerdeki gezici araçlarla ölçtüğümüzden daha hızlı; ancak Mars havasının o kadar ince olduğunu, bir insanın Mars’ta saatte 100 km’lik bir rüzgarı zar zor fark edebileceğini belirtmekte fayda var.
Araştırmacılar çoğu durumda toz şeytanlarının mevcut Mars hava durumu modellerimizin öngördüğünden daha hızlı bir şekilde manzaraya uçtuğunu buldu. Rüzgar hızlarının beklenenden yüksek olduğu yerlerde, yerden tahmin ettiğimizden daha fazla toz kaldırılıyor olabilir.
Dünya gibi Mars’ın da mevsimleri vardır. Katalogda ayrıca toz şeytanlarının her yarımkürede ilkbahar ve yaz aylarında en yaygın olduğu vurgulanıyor. Birkaç dakika sürer ve genellikle gündüz saatlerinde meydana gelir ve yerel güneş saatiyle 11:00 ile 14:00 arasında zirveye ulaşır.
Bu, toz şeytanlarının yaz aylarında sabahın geç saatlerinden öğleden sonranın erken saatlerine kadar kuru ve tozlu yerlerde en yaygın olduğu Dünya’da gördüklerimize çok benzer.
Daha iyi görüntü, daha güvenli keşif
Bu tür büyük resim görünümü, yalnızca geziciler ve iniş araçları tarafından yakalanamayacak kadar çok veri gerektirir. Şimdiye kadar Mars’ın iklimine ilişkin modellerimiz, gezegen yüzeyinin büyük bir kısmını kaplamayan görevlerden elde ettiğimiz sınırlı verilere dayanıyordu.
Bu çalışma sayesinde artık Mars’ın her yerinden birçok yeni ölçüme sahibiz ve bu da modellerin bilgilendirilmesine ve iyileştirilmesine yardımcı oluyor. Bu, kızıl gezegen etrafındaki rüzgar düzenlerine ilişkin anlayışımızı ve tahminlerimizi geliştirir.
Valentin, “Gelecekteki iniş araçlarının ve gezicilerin Mars’a gelişini planlarken rüzgar hızları ve yönlerine ilişkin bilgiler de gerçekten önemlidir” diyor. “Ölçümlerimiz, bilim adamlarının yere inmeden önce iniş alanındaki rüzgar koşulları hakkında bir anlayış geliştirmelerine yardımcı olabilir, bu da onların gezicinin güneş panellerine ne kadar toz birikebileceğini ve dolayısıyla ne sıklıkta kendi kendini temizlemesi gerektiğini tahmin etmelerine yardımcı olabilir.”
Gelecekteki görevlerimizi planlamak için zaten toz bilgisini kullanıyoruz. ExoMars Rosalind Franklin gezici aracımızın, gezegenin küresel toz fırtınası mevsiminde iniş yapmasını önlemek için 2030 yılında Mars’a inmesi planlanıyor.
Valentin şunu vurguluyor: “Bu toz şeytanı izleri kataloğu zaten halka açık ve herkes bunu kendi araştırmaları için kullanabilir. Zamanla daha fazla kayıt ekleniyor; Mars Express ve ExoMars TGO her gün yeni görüntüler topluyor.”
“Artık toz şeytanlarının genellikle nerede meydana geldiğini bildiğimize göre, tam olarak bu yerlere ve zamanlara daha fazla görüntü yönlendirebiliyoruz. Ayrıca, hareket ölçümlerini karşılaştırabilmek ve verileri doğrulayabilmek için aynı toz şeytanlarını aynı anda görüntüleyecek görevleri de koordine ediyoruz.”
Gürültüden altına
Mars Express ve ExoMars TGO aslında hiçbir zaman Mars’taki rüzgar hızlarını ölçmek için tasarlanmamıştı. Valentin’in ekibi, toz şeytanlarını takip etmek için verilerin normalde istenmeyen bir özelliğinden yararlandı.
Her iki uzay aracı için de ayrı kanallardan alınan görüntüler birleştirilerek tek bir görüntü oluşturulur (her kanal Mars’a ya belirli bir renkte ya da belirli bir yönden bakar; ya da her ikisi birden). Tasarım gereği görünümler arasında küçük bir gecikme vardır. Bu gecikme yüzey statik olduğu sürece sorun yaratmaz. Ancak bulutlar ve toz şeytanları gibi bir şey hareket ettiğinde son görüntüde hafif ‘renk kaymalarına’ neden olabilir. Bu ofsetler tam olarak araştırmacıların aradığı şeydi; Valentin’in sözleriyle “görüntü gürültüsünü değerli bilimsel ölçümlere dönüştürdük.”
Mars Express’ten gelen bir görüntüleme dizisi, her biri arasında yaklaşık 7 ila 19 saniyelik bir gecikmeyle alınan dokuza kadar görüntü kanalını birleştiriyor. Bu gecikmeler sırasında, aşağıdan geçen herhangi bir toz şeytanı kısa bir mesafe hareket ederek araştırmacıların hızını ölçmesine olanak tanıyor. Bu çalışmada beş ayrı görüntü kanalı kullanıldığı için ekip, toz şeytanının soldan sağa ne kadar sallandığını ve hızının zaman içinde nasıl değiştiğini bile görebiliyordu.
ExoMars TGO’nun Renkli ve Yüzey Stereo Görüntüleme Sistemi (CaSSIS) ile çekilen görüntüler, bir saniye (renkli görüntüler için) veya 46 saniye (stereo görüntüler için) arayla alınan iki görüntüyü birleştirir. Herhangi bir yalpalama veya hızlanma göremesek de, ekstra gecikme, toz şeytanlarının her görüntü arasında çok daha uzağa hareket ettiğini görmemizi sağlıyor.
Her iki görevde de ESA proje bilimcisi olan Colin Wilson, “Araştırmacıların Mars Express ve ExoMars TGO’yu tamamen beklenmedik araştırmalar için kullandığını görmek harika” diyor. “Toz, yerel hava koşullarından yörüngeden ne kadar iyi fotoğraf çekebildiğimize kadar Mars’taki her şeyi etkiliyor. Toz döngüsünün önemini küçümsemek zor.”
