Můžeme na Marsu předpovídat počasí?

Jeden z cílů vědeckého výzkumu je porozumět fyzikálním procesům v našem světě natolik, abychom mohli přesně předpovídat budoucnost. Počasí je klasický předpovědní problém a dobrý příklad toho, jak obtížné je popsat komplexní systém dostatečně dobře, abychom s pomocí matematických modelů dokázali předpovědět budoucí stav tohoto systému.

Důvod, proč studujeme atmosféry jiných planet je, že představují jiné případy atmosfér – takové, ve kterých stejné fyzikální zákony vedou k odlišným výsledkům, než jaké pozorujeme na Zemi. Pokud by se zlepšila naše schopnost předpovídat počasí na Venuši, Marsu a Titanu, porozuměli bychom lépe i pozemskému počasí. Není to jen zajímavé a vzrušující, je také důležité, že tým sondy Mars Climate Sounder nedávno potvrdil předpověď atmosférického jevu souvisejícího s počasím na Marsu, který jsme až dosud nemohli pozorovat.

Jde o tuto věc. Dřívější pozorování atmosféry Marsu provedená sondou Mars Global Surveyor, při kterém sonda přenášela rádiové signály skrz atmosféru Marsu na Zemi, odhalila, že v tropickém pásmu Marsu se přes noc vytvoří silná teplotní inverze. Co je teplotní inverze? V troposféře (nejnižší vrstvě atmosféry) je vzduch obvykle chladnější než ve velkých výškách, jde o jev dobře známý horským turistům. Dochází k tomu, protože povrch planety, který absorbuje většinu slunečního záření a opětovně přijatou energii vyzařuje, ohřívá vzduch při povrchu. Příležitostně však, na Marsu i na Zemi, vznikne obrácený průběh teploty, než očekáváme: studenější vzduch je naopak ve větších výškách. Tento jev se nazývá teplotní invrze.

David Hinson a John Wilson publikovali v roce 2004 vědeckou práci, ve které nastínili domněnku, že inverzní vrstva vzniká v důsledku termálních slapů v atmosféře Marsu, pohybů studenějšího a teplejšího vzduchu, které se opakují na bázi střídání dne a noci. Použili model termálních slapů v atmosféře Marsu k předpovědi rozložení počasí během dne.

 

K obrázku: mraky se tvoří v souvislosti se silnou teplotní inverzí v atmosféře, při které teploty v horních vrstvách atmosféry jsou podstatně vyšší než v dolních vrstvách. Inverze je vidět ve výšce 10 km, kde černá čára ubíhá silně doleva směrem k nižším teplotám. Obrázek také ukazuje výrazné maximum opacity vodního ledu (modrá čára) v téže výšce, což svědčí o aktivní tvorbě oblaků krystalků vodního ledu v souvislosti s teplotní inverzí.

 

Je to velmi specifická předpověď. Říkají, že budete-li se dívat na oblast Tharsis — která je vysoko položená a nacházejí se v ní obrovské prastaré vulkány — měli byste vidět vysokou oblačnost formující se přes noc, oblak, který klesá k povrchu planety, na který dosedne kolem 4. hodiny ranní. Zajímavé je, že to není sama oblačnost, co klesá — jednotlivé molekuly vody se příliš nestěhují. Co se stěhuje, je teplotní zóna, která usnadňuje kondenzaci těchto molekul vody do oblačnosti. Je to něco podobného jako vlna na povrchu oceánu — vlna tvorby oblačnosti se přesouvá z vyšších výšek do nižších každou noc.

Což je čistá předpověď; problém je v tom, že neexistuje dobrý způsob, jak ji v reálném čase ověřit. Hinson a Wilson vysvětlili ve svém článku, že ani laserový výškoměr ani termální emisní spektrometr sondy Mars Global Surveyor nejsou schopny detekovat, jestli se během noci opravdu formují mraky.

To se změnilo, když k Marsu dorazil Mars Reconnaissance Orbiter. Přístroj Mars Climate Sounder na jeho palubě je navržen k pozorování teploty, tlaku, množství prachu, vody a obsahu kysličníku uhličitého v atmosféře Marsu kontinuálně, v průběhu celého dne a noci. Pozorováním rovníkového pásma Marsu na noční straně Mars Climate Sounder zaznamenal tyto mraky a zjistil, že se chovají přesně tak, jak Hinson a Wilson předpověděli. Mraky se formují ve velkých výškách během noci a šíří se jako vlna, až k ránu dosáhnou povrchu. Optické kamery posléze zaznamenají tato oblaka za vycházejícího Slunce kolem vulkánů.

Skutečnost, že začínáme již nahlížet do tajů počasí na jiné planetě, ukazuje, jak mocným prostředkem na cestě k poznání jsou kosmické sondy.