Weersvoorspelling voor Mars?

Nu wetenschappers zich voorbereiden op bemande onderzoeksmissies naar nabije planeten en manen, hebben ze vastgesteld dat er meer nodig is dan rovers en raketten.

Ze hebben nauwkeurige weersvoorspellingen nodig. Zonder hen kan elke reis naar bijvoorbeeld het oppervlak van Mars één stofstorm verwijderd zijn van een ramp.

Een nieuwe Yale-studie helpt de basis te leggen voor nauwkeurigere, buitenaardse voorspellingen door een fenomeen dat verband houdt met de straalstroom van de aarde toe te passen op weerpatronen op Mars en Titan, de grootste maan van Saturnus. De studie verscheen in het tijdschrift Nature Astronomy.

Bij de foto: Illustratie door Michael S. Helfenbein - NASA/JPL-Caltech

"Ik geloof dat de eerste nauwkeurige voorspellingen van misschien een paar Mars-dagen nog maar een decennium verwijderd kunnen zijn", zegt hoofdauteur J. Michael Battalio, een postdoctoraal onderzoeker in Aard- en planeetwetenschappen aan de Faculteit der Kunsten en Wetenschappen van Yale (*). “Het is gewoon een kwestie van betere observationele datasets combineren met voldoende verfijnde numerieke modellen.

"Maar tot die tijd kunnen we vertrouwen op verbindingen tussen het klimaat en het weer om te helpen anticiperen op stofstormen."

Op aarde wordt de regelmaat van stormsystemen op de middelste breedtegraden geassocieerd met wat een ringvormige modus wordt genoemd - een variabiliteit in atmosferische stroming die geen verband houdt met de cyclus van seizoenen. Ringvormige modi beïnvloeden de straalstroom, neerslag en wolkenformaties over de hele planeet. Ze verklaren tot een derde van de variabiliteit in door wind aangedreven 'wervelingen', waaronder sneeuwstormen in New England en zware stormuitbarstingen in het Midwesten.

Nadat Battalio had opgemerkt dat de regelmaat van stofstormen op het zuidelijk halfrond van Mars vergelijkbaar was met de herhaalbaarheid van de wervelingen van de aarde, bedacht hij de nieuwe studie. Na 15 jaar atmosferische observaties van Mars in een openbare dataset te hebben bekeken, ontdekte hij dat Mars ook ringvormige modi heeft, net als de aarde.

Battalio's begeleider Juan Lora, een assistent-professor in Aard- en Planeetwetenschappen aan Yale, suggereerde om ook naar ringvormige toestanden op Titan te kijken. Hoewel er maar weinig atmosferische waarnemingen voor Titan zijn, heeft Lora een hoog aangeschreven wereldwijd klimaatmodel voor de maan ontwikkeld, het Titan Atmospheric Model (TAM)

Battalio en Lora ontdekten dat ringvormige modi ook prominent aanwezig zijn in hun Titan-simulaties. De onderzoekers ontdekten zelfs dat ringvormige modi op Titan - en op Mars - zelfs meer invloed hebben dan op aarde. Ze lijken verantwoordelijk te zijn voor de helft van de windvariabiliteit op Mars en voor tweederde van de windvariabiliteit op Titan.

"Methaanwolken en oppervlakteveranderingen veroorzaakt door methaanregen op Titan zijn eerder waargenomen", zegt Lora, co-auteur van het onderzoek. "En nu lijkt het erop dat deze gebeurtenissen verband houden met verschuivingen van de sterke straalstroom van Titan, beïnvloed door zijn ringvormige modi."

Battalio voegt toe: "Het feit dat we ringvormige modi hebben gevonden op werelden die zo verschillend zijn van de aarde als Mars en Titan, betekent ook dat ze alomtegenwoordig kunnen zijn in planetaire atmosferen, van Venus tot de gasreuzen of exoplaneten."

Wat Mars betreft, de stofstormen variëren van kleine stofduivels die constant voorkomen tot wereldwijde stofstormen die de planeet eens in de zoveel jaar omcirkelen. De kleinere stormen duren minder dan een dag (**), maar de wereldwijde gebeurtenissen kunnen maanden duren. Er zijn ook regionale evenementen die dagen tot weken duren.

"Het begrijpen en voorspellen van deze gebeurtenissen is van vitaal belang voor de veiligheid van missies, met name missies die afhankelijk zijn van zonne-energie, maar ook voor alle missies wanneer ze op het oppervlak landen", zei Battalio. “Tijdens grotere regionale evenementen kan het stof soms zo dik worden dat de dag net zo donker lijkt als het midden in de nacht. Ook zonder een grote, dramatische gebeurtenis zijn regionale stormen een periodiek verschijnsel.”

Het is dit periodieke karakter, aldus de onderzoekers, dat het mogelijk zou kunnen maken om stofstormen te voorspellen aan de hand van ringvormige modi. De modi Mars, Titan en Aarde komen elk regelmatig voor. Omdat de ringvormige modi invloed hebben op de wervelingen die stofstormen veroorzaken, maakt realtime analyse van de ringvormige modi eenvoudige voorspellingen van stofstormen mogelijk zonder afhankelijk te zijn van een complex model.

De robotrover Opportunity (https://nl.wikipedia.org/wiki/Opportunity_(MER)  landde in 2004 op Mars voor een missie van 90 dagen; het toestel werkte meer dan 14 jaar, deels door te overwinteren tijdens stofstormen. De Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport (InSight) robotlander kwam in 2018 aan op Mars.

"Een wereldwijd evenement is wat uiteindelijk een einde maakte aan Opportunity, maar de langzame ophoping van stof brengt momenteel het voortbestaan ​​van de InSight-missie in gevaar", zei Battalio.

Auteur: Jan Vyvey
Bron: Yale University

(*) De Yale-universiteit is een van de hoogst aangeschreven particuliere universiteiten van de Verenigde Staten. De universiteit werd in 1701 in Killingworth gesticht als de Collegiate School. De oprichter was Abraham Pierson, tevens de eerste rector. In 1716 werd de school verplaatst naar New Haven en, met de genereuze giften van Elihu Yale, kreeg de school in 1718 de naam Yale College.

In de loop der tijd breidde de school uit en meerdere studies werden toegevoegd. In 1887 werd de benaming Yale College veranderd in Yale University en de instelling bleef door de jaren heen academische opleidingen toevoegen. Yale omvat een College, een Graduate School of Arts and Sciences en tien zogenaamde Professional Schools. De universiteit heeft meer dan 11.000 studenten. Zie https://nl.wikipedia.org/wiki/Yale-universiteit

(**) Prachtig in (SciFi) beeld gebracht in de film “The Martian”. The Martian is een Amerikaanse sciencefictionfilm uit 2015, onder regie van Ridley Scott en gebaseerd op het gelijknamig boek uit 2011 van Andy Weir. De film ging in première op 11 september op het 40ste Internationaal filmfestival van Toronto. De hoofdrol wordt vertolkt door Matt Damon. Zie https://nl.wikipedia.org/wiki/The_Martian_(film)