Por itt, por ott
(Rovat: Távoli világok kutatói, Űrszondák a Marsnál , Időjárás és előrejelzése - 2022.08.17 07:15.)

A Marsra és a Földre egyaránt jellemzők a porviharok. Vannak köztük hasonlóságok, de alapvető különbségek is.

A Föld szárazföldi felszínének harmadát borítja homok és por, a kétharmadán növénytakaró, víz, jég és emberi települések, létesítmények találhatók. A legjelentősebb porviharok a sivatagokban keletkeznek, főként a Szaharában, a Góbi-sivatagban és az Arab-félszigeten, de előfordulnak Ausztrália sivatagos vidékén, Patagóniában, az USA délnyugati területein és Mexikóban, illetve a súlyos aszályok sújtotta területeken. Kutatók becslése szerint minden nap 20–40 millió tonna por lebeg a Föld légkörében, míg egy adott területen évente 1–3 milliárd tonna port emel magasba a szél és ugyanennyi ülepedik le.

Szaharai eredetű por az Atlanti-óceán és a Zöld-foki-szigetek fölött 2022. június 3-án. (Kép: NASA Earth Observatory, Lauren Dauphin; VIIRS adatok: NASA EOSDIS LANCE, GIBS/Worldview és Joint Polar Satellite System, JPSS)

A Nemzetközi Űrállomás egyik űrhajósa által Nikon D3S digitális fényképezőgéppel, 80 mm fókuszú objektívvel 2014. szeptember 8-án készített ISS040-E-90343 számú felvétel egy Észak-Afrika fölött kialakult viharról. (Kép: NASA Earth Observatory, Lauren Dauphin; NASA Johnson Space Center )

A Mars felszínén ezzel szemben bárhol megjelenhetnek a porördögök és a porviharok, hiszen az évmilliárdok óta tartó erózió – kezdetben az ősi víz, később az állandó szélviharok – hatására a bolygó egész felszínét durvább és finomabb szemcséjű homok borítja. A parányi szemcsék enyhén elektrosztatikusak, ezért könnyen hozzátapadnak a felületekhez. A porviharok a Földön és a Marson egyaránt rontják a levegő minőségét, miközben akadályozzák a különböző eszközök működését. A Földön a repülőgépek nem szállhatnak fel, mert a por csökkenti a látótávolságot és a hajtóműveket maradandóan károsíthatja. A Marson a 2018. júniusi nagy porvihar pecsételte meg a 15 éves Opportunity marsjáró sorsát. A porvihar miatt annyi por rakódott rá a jármű napelemtábláira, hogy már nem tudtak feltöltődni az akkumulátorok.

A Földön a port általában az időjárási frontok és az azokkal járó viharok kavarják fel, amelyeket a levegő hőmérsékletében és nedvességtartalmában kialakuló különbségek váltanak ki. A szárazföld fölött fújó erős szél magával ragadja a port, és az több tíz, de gyakran néhány ezer kilométer távolságig magával sodorja. A por azonban általában nem emelkedik a tropopauza, azaz a troposzférát a sztratoszférától elválasztó réteg fölé. Még ha fel is jutna ilyen magasra, a gravitáció és a csapadék hatására órák vagy napok alatt visszajut a felszínre.

Kisebb porvihar a Marson 2021. június 18-án. (Animált kép: NASA Earth Observatory, Lauren Dauphin; Perseverance Mars rover animáció: NASA / JPL-Caltech / SSI)

A Mars légkörében azonban nincs tropopauza, és nincs csapadék, amely segítené a por visszajutását a felszínre. Emiatt a Mars légkörében a por nagy magasságba emelkedhet. A marsi szelek energiaforrása általában a felszín különböző mértékű felmelegedéséből adódó hőmérséklet-különbség, amit a különböző napmagasság, az éjszakák és nappalok váltakozása és a domborzatból adódó különbségek okoznak. Ezek a hőmérséklet-különbségek keltik a helyi léptékben felemelkedő porcsóvákat (amelyekből a porördögök lesznek), regionális léptékben pedig szelet keltenek. A szél valószínűleg nem olyan energiájú, mint a Földön, de ahhoz elég az ereje, hogy a kis porördögöktől a jóval nagyobb, a napfény átjutását teljesen megakadályozó, magasba tornyosuló porfelhőkig magasba emelje a port. Az egyes sci-fi filmekben látható képekkel ellentétben azonban ahhoz valószínűleg nem elég az ereje, hogy járműveket borítson fel, vagy embereket döntsön le a lábukról, mivel a Mars légköre igen ritka, sűrűsége csak kb. 1%-a a földinek.

Porördögök a Marson 2021. július 20-án. (Animált kép: NASA Earth Observatory, Lauren Dauphin; Perseverance Mars rover animáció: NASA / JPL-Caltech / SSI)

A por kulcsfontosságú a Mars éghajlatának alakítása szempontjából. A kutatók megállapítása szerint a Mars időjárása kavarja fel a port, a légkörbe kerülő por viszont fenntartja az időjárási jelenségeket. Úgy tárolja és juttatja a bolygó más területeire az energiát, ahogyan azt a Földön a víz teszi. Ha a marsi por már felkerült a légkörbe, akkor hosszú ideig, néha hetekig vagy hónapokig ott is marad. A felszíni nehézkedés csak harmada a földinek, ami a ritka légkörrel együtt azt jelenti, hogy a légkör kevésbé sodorja magával a port. Ha már kialakult a marsi porvihar, akkor az fenntartja önmagát, mert a légkörben lebegő por elnyeli a napfényt, miáltal felmelegszik a környezetében lévő levegő. Ez fokozza a felszín és a légkör közötti hőmérséklet-különbséget, miáltal a horizontális és a vertikális áramlás egyaránt erősebbé válik.

A Mars Reconnaissance Orbiter felvétele a 2007 novemberében az Utopia Planitia fölött lebegő porcsóváról. (Kép: NASA Earth Observatory, Lauren Dauphin; Mars Reconnaissance Orbiter felvétel: NASA / JPL-Caltech / MSSS)

A Marson évente néhány kontinentális léptékű (a földi kontinensek nagyságának megfelelő kiterjedésű) porvihar alakul ki, amelyek hetekig tartanak. Néha azonban eddig tisztázatlan okból globális, az egész bolygót beburkoló porviharok fejlődnek ki, amelyekhez fogható jelenség a Földön nincs. Ezek átlagosan két-három marsi évenként (4–6 földi évenként) jelennek meg.

A porviharok hatása a Marson dolgozó űrszondákra. (Forrás: NASA JPL, YouTube)

A Földön a porviharok erősségének jellemzésére az aeroszol optikai mélységet (AOD, aerosol optical depth) használják (lásd korábbi cikkünkben), ami annak a mértéke, hogy mennyi fényt nyelnek el vagy vernek vissza a légkörben lebegő porszemcsék, természetes aeroszolok és szennyező anyagok. A Földön tiszta időben az AOD értéke 0,1–0,2 közti. AOD=1,0 esetén a napfénynek csak a harmada éri el a felszínt. Sűrű füstben vagy porviharban az AOD értéke 7,0 vagy nagyobb is lehet, szinte éjszakai sötétség borul a tájra. A légkörkutató szakemberek szerint az Opportunity vesztét okozó, 2018-as globális marsi porviharban a bolygó egyes területein az AOD értéke 9 és 11 között lehetett. Hasonló globális porviharok 2007-ben és 2001-ben is voltak a Marson.

A 2018-as, az egész bolygót beburkoló porvihar. (Forrás: NASA, YouTube)

A Marson a porviharok jellemzően akkor a legerősebbek, amikor a bolygó déli félgömbjén van nyár, mert a Mars (elnyúlt pályája miatt) ilyenkor lényegesen közelebb jár a Naphoz, mint amikor az északi félgömbjén van nyár. (A Földön annak kevésbé elnyúlt pályája miatt a különbség nem számottevő.) Ezért a Marson a déli nyár idején erősebb a felmelegedés, több por kavarodik fel a légkörbe. Mivel a Marson éppen mostanában kezdődik a déli nyár, az Ingenuity repüléseinek újabb korlátozásai sincsenek kizárva.

2022 januárjában a NASA Ingenuity helikopterének repülését el kellett halasztani a Marson dúló porvihar miatt. (Kép: NASA Earth Observatory, Lauren Dauphin; Mars Reconnaissance Orbiter felvétel: NASA / JPL-Caltech / MSSS)