En aldrig tidigare skådad katalog med mer än 21 000 bilder tagna av en webbkamera på ESA:s Mars Express bevisar sitt värde som ett vetenskapligt instrument, tillhandahåller en global undersökning av ovanliga molnfunktioner på hög höjd på den röda planeten.

Den lågupplösta kameran installerades ursprungligen på Mars Express för visuell bekräftelse på att Beagle-2-landaren hade separerats 2003. 2007 slogs den på igen och användes främst för uppsökande, utbildning och medborgarvetenskap, med bilder som automatiskt läggs upp på en dedikerad Flickr-sida, ibland inom bara 75 minuter efter att de tagits på Mars.

Förra året, med ny mjukvara, kameran antogs som ett stödjande vetenskapligt instrument. Nu, den första tidningen har publicerats, på fristående, molnfunktioner på hög höjd och dammstormar över kanten, eller "lem", av planeten.

Även om dessa lemmoln kan avbildas av andra instrument eller rymdfarkoster, det är inte nödvändigtvis deras huvuduppgift – de tittar vanligtvis direkt på ytan med ett smalt synfält som täcker en liten del av planeten för specialiserade studier. Däremot webbkameran har ofta en global bild av hela lemmen.

"Av denna anledning, lemobservationer i allmänhet är inte så många, och det är därför våra bilder är så värdefulla för att bidra till vår förståelse av atmosfäriska fenomen, " säger Agustin Sánchez-Lavega, huvudförfattare till studien från University del Pais Vasco i Bilbao, Spanien.

"Genom att kombinera med modeller och andra datauppsättningar kunde vi få en bättre insikt i att förstå atmosfäriska transporter och säsongsvariationer som spelar en roll för att generera molnfunktionerna på hög höjd."

Katalogen med cirka 21 000 bilder tagna mellan 2007 och 2016 granskades och 300 identifierades för studien.

Flera bilder separerade med några minuter vardera erhölls för 18 händelser när de roterades till synen, tillhandahålla visuell dokumentation av funktionerna från olika perspektiv.

I allmänhet, molnfunktionerna som avbildas av kameran har topphöjder i intervallet 50–80 km över planeten och sträcker sig horisontellt från cirka 400 km upp till 1500 km.

För att förstå molnens natur – t.ex. om de huvudsakligen bestod av damm eller isiga partiklar – jämförde teamet bilderna med förutsägelser om atmosfäriska egenskaper som beskrivs i Mars Climate Database. Databasen använder temperatur- och tryckinformation för att indikera om antingen vatten- eller koldioxidmoln skulle kunna bildas vid den tidpunkten och höjden.

Teamet tittade också på väderrapporten genererad från bilder av NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter, och hade i vissa fall ytterligare motsvarande observationer erhållna från andra sensorer på ESA:s Mars Express.

Från de 18 studerade på djupet, de flesta ansågs vara vatten-ismoln, och en tillskrevs en dammstorm.

De höga vattenismolnen verkade bero på solens position:de är närvarande vid soluppgången och tidig eftermiddag, när temperaturen är lägre, låta isen kondensera. Senare på dagen, när solljuset ökar, vattenisen avdunstar, och de försvinner.

Temperaturvariation och vattenånghalt beroende på årstid, såväl som atmosfärisk dynamik, kan också spela en roll för molnens synliga egenskaper.

En händelse tillskrevs en lokal dammstorm på norra halvklotet, som också fångades av bilder tagna när man tittade ner på ytan av Mars Reconnaissance Orbiter. Stormen utvecklades snabbt, och antog bågform med en front på cirka 1950 km på dess ytterkant och 730 km på dess inre kant, och en bredd på 60–130 km. Lemobservationer av webbkameran visade att höjden var cirka 65 km.

"Denna långtidsövervakning har gjort det möjligt för oss att upptäcka och mäta omfattningen av damm och moln över planetens lem, och studera förändringar med hög kadens av bildbehandling, säger Dmitri Titov, ESA:s Mars Express-projektforskare.

"Vi kommer att fortsätta att underhålla databasen med systematiska observationer från webbkameran för att ge breda vyer av atmosfäriska fenomen."

Exempel på en molnhändelse som fångades av ESA:s Mars Express Visual Monitoring Camera den 15 december 2009 över ekvatorn. Molnformationen når en maximal höjd av 40 km och spänner över 830 km horisontellt. Den visar intressanta funktioner som "klumparna", som inkluderar ett fristående lutande element i nord–sydlig riktning, vilket tyder på att den är formad av meridionalvindar. Händelsen inträffade nära vårdagjämningen för norra halvklotet, vilket tyder på att det är ett kondensatmoln av vatten-is-partiklar.