• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Forskare söker bättre förståelse av jordens atmosfäriska kemi genom att studera Mars

    Förstå ozon på Mars. Kredit:European Space Agency

    Långtidsstudier av ozon och vattenånga i Mars atmosfär kan leda till bättre förståelse av atmosfärens kemi för jorden. En ny analys av data från ESA:s Mars Express-uppdrag har avslöjat att vår kunskap om hur dessa atmosfäriska gaser interagerar med varandra är ofullständig.

    Med hjälp av fyra mars-år av observationer från SPICAM-instrumentet (Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars), vilket motsvarar sju och ett halvt jordår, ett team av forskare från Europa och Ryssland upptäckte luckan i vår kunskap när de försökte reproducera sina data med en global klimatmodell av Mars.

    Ozon och vattenånga är inte bra atmosfäriska följeslagare. Ozonet (O 3 ) produceras när molekyler av koldioxid (CO 2 ), som utgör 95 % av Mars atmosfär, delas isär av ultraviolett strålning från solen. I tur och ordning, ozonet kan delas isär av molekyler som kallas väteradikaler (HOX), som innehåller en väteatom och en eller flera syreatomer. Själva väteradikalerna bildas när vattenånga spjälkas av ultraviolett ljus.

    På Mars, eftersom koldioxiden är allestädes närvarande, det borde finnas en global signatur av ozon – om inte en viss region innehåller vattenånga. I den omständigheten, vattnet kommer att delas upp i väteradikaler, som kommer att reagera med ozonmolekylen och dra isär den.

    Således, varhelst SPICAM upptäckte vattenånga, det borde ha sett en minskning av ozon. Ju mer vattenånga, desto mindre ozon. Teamet undersökte detta omvända förhållande, även känd som en antikorrelation. De fann att de kunde återskapa den allmänna omvända naturen med en klimatmodell men inte uppnå det exakta förhållandet. Istället, för en given mängd vattenånga, modellen producerade endast 50 % av ozonet som syns i SPICAM-data.

    "Det tyder på att effektiviteten av ozonförstöring är överskattad i datorsimuleringarna, säger Franck Lefèvre, av Laboratoire-atmosfären, miljö, observationer spatiales (LATMOS), CNRS/Sorbonne Université, Frankrike, som ledde studien.

    För närvarande, dock, orsaken till denna överskattning är inte klar. Att förstå beteendet hos väteradikaler på Mars är viktigt. "Det spelar en nyckelroll i den atmosfäriska kemin på Mars men också i planetens globala sammansättning, säger Franck.

    Den kemiska modellen som används i detta arbete byggdes specifikt av Franck och kollegor för att analysera Mars. Den baserades på en modell av en del av jordens övre atmosfär; mesosfären. Här, mellan ungefär 40-80 kilometer på höjden, kemin och förhållandena liknar i stort sett de som finns i Mars atmosfär.

    Verkligen, den diskrepans som finns i modellerna kan få viktiga återverkningar på hur vi simulerar jordens klimat med hjälp av atmosfäriska modeller. Detta beror på att mesosfären på jorden innehåller en del av ozonskiktet, som kommer att uppleva samma interaktioner med HOX som sker på Mars.

    "HOX-kemi är viktig för den globala jämvikten i jordens ozonskikt, säger Franck.

    Så, Att förstå vad som händer i Mars atmosfär kan gynna precisionen med vilken vi kan utföra klimatsimuleringar på jorden. Och med så mycket data nu tillgänglig från SPICAM, modelleringen har tydligt visat att det är något vi inte förstår.

    Kan det vara molnens verkan?

    När Franck och kollegor introducerade beräkningar för hur HOX absorberas av de isiga partiklarna som utgör molnen på Mars, de fann att mer ozon överlevde i deras modeller. Detta beror på att HOX-molekyler absorberades innan de kunde dra isär ozonet. Men detta förklarade bara delvis deras resultat.

    "Det fungerar inte i alla fall, " säger Franck. Och så letar teamet också någon annanstans.

    Ett särskilt område för vidare studier är att mäta reaktionshastigheter vid de låga temperaturer som finns i Mars atmosfär och jordens mesosfär. För närvarande, dessa är inte välkända, och så kan det också vara snedvridning av modellerna.

    Nu när det pågående arbetet på ett kvantitativt sätt har belyst var luckorna ligger i vår kunskap, Teamet kommer att samla in mer data med hjälp av andra UV-instrument som verkar på Mars och fortsätta sina undersökningar och uppdatera modellen.

    "Med Mars Express, vi har genomfört den längsta undersökningen av Mars atmosfär hittills, oavsett uppdrag. Vi startade 2004, och har nu 17 års data, vilket har fått oss att titta på nästan sju marsår i rad, inklusive fyra marsår av kombinerade mätningar av ozon och vattenånga före SPICAMs UV-kanal, som mätte ozon, upphörde att fungera i slutet av 2014. Detta är unikt i historien om planetarisk utforskning, " tillägger Franck Montmessin, även från LATMOS, och huvudutredaren av SPICAM-instrumentet.

    Bygger på den extraordinära datamängden från Mars Express, nya resultat kommer nu från ESA:s Trace Gas Orbiter, som har cirkulerat Mars sedan oktober 2016. Den bär två instrument, ACS (Atmospheric Chemistry Suite) och NOMAD (Nadir and Occultation for MARs Discovery) som analyserar Mars atmosfär. NASAs Maven-uppdrag bär också ultraviolett utrustning som övervakar ozonöverflöd. Så, den viktiga informationen som slutligen låser upp detta mysterium kan komma när som helst.

    Den långsiktiga övervakningen av atmosfäriska parametrar och deras variationer av Mars Express ger en unik datauppsättning för att studera Mars atmosfär som ett komplext dynamiskt system.

    "Kanske att lägga ihop alla dessa år tillsammans kommer så småningom att hålla nyckeln till hur HOX verkligen kontrollerar atmosfären på mars, gynnar vår förståelse av planetariska atmosfärer i allmänhet, säger Franck Montmessin.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com