Mars atmosferindeki uzun vadeli ozon ve su buharı çalışmaları, Dünya’nın atmosferik kimyasının da daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir. ESA’nın Mars Express misyonundan elde edilen yeni bir veri analizi, bu atmosferik gazların birbirleriyle etkileşime girme şekline dair bilgimizin eksik olduğunu ortaya çıkardı.
Lefèvre vd., 4 Mars yılı (=7,5 dünya yılı) boyunca SPICAM (Mars Atmosferinin Özelliklerinin İncelenmesi için Spektroskopi) cihazıyla elde ettikleri gözlemleri kullanarak, Mars’ın küresel bir iklim modeli ile Mars atmosfer verilerini güncellemeye çalışıyorlar1.
Ozon (O3) ve su buharı atmosferde birlikte bulunmaz. Ozon, Mars atmosferinin %95’ini oluşturan karbondioksit (CO2) moleküllerinin Güneş’ten gelen ultraviyole ışınlarıyla ayrılmasıyla üretilir1. Aynı zamanda, ozon, bir hidrojen atomu ve bir veya daha fazla oksijen atomu içeren HOx radikalleri (hidroksi+peroksi) adı verilen moleküller tarafından bölünebilir.
Mars’ta CO2 her yerde bulunduğundan, su buharı içermeyen belirli bir bölge küresel bir ozona işarettir. Bu nedenle SPICAM’ın su buharı tespit ettiği her yerde ozonda azalma görülmüş olması gerekir. Ekip, anti korelasyon olarak bilinen bu ters ilişkiyi araştırdı. Elde edilen sonuçlara göre, Mars’ın ters doğasını bir iklim modeliyle yeniden üretebileceklerini, ancak kesin ilişkiyi elde edemediklerini buldular. Bunun yerine, belirli miktarda su buharı için model, SPICAM verilerinde görülen ozonun sadece %50’sini üretti. Bu durumda su, ozon molekülü ile reaksiyona girecek ve onu parçalayacak olan hidrojen radikallerine bölünecektir1.
Çalışmayı yöneten CNRS/Sorbonne Üniversitesi’nden Franck Lefèvre, “Bu, ozon yıkımı etkisinin bilgisayar simülasyonlarında abartıldığını gösteriyor” diye belirtti. Ancak şu anda bu aşırı tahminin nedeni açık değildir. Bunun için Mars’taki hidrojen radikallerinin davranışını anlamak gerekir. Franck, “Hidrojen radikalleri Mars’ın atmosferik kimyasında ve aynı zamanda gezegenin küresel bileşiminde önemli bir rol oynuyor.” diye de ekledi.
Bu çalışmada kullanılan kimyasal model, özellikle Franck ve ekip arkadaşları tarafından Mars’ı analiz etmek için yapıldı. Araştırmanın temeli Dünya atmosferinin üst katmanlarından olan mezosfer katmanına dayanıyordu. Mezosfer, yaklaşık 40-80 km yükseklikte olup kimyası ve koşulları Mars atmosferi ile büyük ölçüde benzemektedir1. Modellerde bulunan tutarsızlık, Dünya iklimini atmosferik modeller kullanarak simüle etmek için Dünya’daki mezosferin, Mars’ta gerçekleşen HOx reaksiyonları ile aynı etkileşimleri sağlayacak olan ozon tabakasının bir bölümünü içermesi bakımından önemlidir. Franck, “HOx kimyası, Dünya’nın ozon tabakasının küresel dengesi için önemlidir” diyor. Bu nedenle Mars’ın atmosferinde neler olduğunu anlamak dünya üzerindeki iklim simülasyonlarının kesinliğine fayda sağlayabilir.
Bu, bulutların hareketi olabilir mi?
Franck ve meslektaşları, HOx‘un Mars’ta bulutları oluşturan buzlu parçacıklar tarafından emilme şekline ilişkin hesaplamalar yaptıklarında, modellerinde daha fazla ozonun hayatta kaldığını buldular. Bunun nedeni HOx moleküllerinin ozonu ayırmadan önce emilmesidir. Ancak bu, modelin sonuçlarını yalnızca kısmen açıklamaktadır. Daha iyi çalışma koşulları için, belirlenmiş alanın Mars atmosferi ve Dünya mezosferindeki düşük sıcaklıklarda gerçekleşen reaksiyonların hızları ölçülebilir. Şu anda bunlar iyi bilinmiyor ve bu nedenle modelleri saptırıyor da olabilir.
Franck Montmessin, “Mars Express ile, görev ne olursa olsun, bugüne kadarki en uzun Mars atmosferi araştırmasını tamamladık. Araştırmalara 2004’te başladık ve şu anda 17 yıllık veriye sahibiz, bu da neredeyse 7 Mars yılına bir arada bakmamıza neden oldu. Ozonu ölçen SPICAM’in UV kanalında önceki 4 Mars yılı birleşik ozon ve su buharı ölçümleri de dahil olmak üzere 2014’ün sonlarına doğru çalışma durduruldu.” diye ekliyor.
Mars Express’in veri kümesine dayanarak, Avrupa Uzay Ajansı Ekim 2016’dan beri Mars’ı çevreleyen Trace Gas Orbiter‘ından elde ettiği yeni sonuçlarla Mars atmosferini analiz ediyor. NASA’nın Maven misyonu, ozon bolluğunu izleyen ultraviyole tay aralığında çalışan ekipmanı da taşıyor. Bu yüzden, sonunda bu gizemi çözen bilgiler her an gelebilir.
Atmosferik parametrelerin ve bunların varyasyonlarının Mars Express tarafından uzun vadeli izlenmesi, Mars atmosferini karmaşık bir dinamik sistem olarak incelemek için benzersiz bir veri seti sağlar.
Franck Montmessin, “Belki de tüm bu yılları bir araya toplamak, HOx’un Mars atmosferini gerçekten nasıl kontrol ettiğini ve genel olarak gezegen atmosferlerini anlamamıza fayda sağlayacak” diyor.
Kaynaklar
- Lefèvre, F., Trokhimovskiy, A., Fedorova, A., Baggio, L., Lacombe, G., Määttänen, A., Bertaux, J. L., Forget, F., Millour, E., Venot, O., Bénilan, Y., Korablev, O., & Montmessin, F. (2021). Relationship Between the Ozone and Water Vapor Columns on Mars as Observed by SPICAM and Calculated by a Global Climate Model. Journal of Geophysical Research: Planets, 126(4), 1–19. https://doi.org/10.1029/2021JE006838
- https://mars.nasa.gov/mars-exploration/missions/express/