När våren kommer till södra Mars, ett moln av vattenis dyker upp nära den 20 kilometer höga vulkanen Arsia Mons, sträcker sig snabbt ut i många hundra kilometer innan de försvinner på bara timmar. En detaljerad långtidsstudie avslöjar nu hemligheterna bakom detta långsträckta moln, med nya spännande observationer från Mars Webcam på ESA:s Mars Express.

Mars Express har spanat på detta moln tidigare när det svävar nära Arsia Mons-vulkanen, strax söder om Mars ekvator. Förbryllande, Arsia Mons är den enda platsen på låg latitud på Mars där moln kan ses – och den enda av många liknande vulkaner i regionen som har en sådan molnslöja – vid den här tiden på året. Mars Express har sett denna slöja växa och blekna dagligen under vår- och sommarsäsongen, skickar tillbaka slående bilder av detta långa och dramatiska vita moln.

Dock, molnet är svårt att observera i sin helhet på grund av den snabba, Mars atmosfärens föränderliga dynamik och begränsningarna för många rymdskepps banor, begränsa vår kunskap om hur och varför den bildas och förändras över tid.

"För att klara dessa hinder, vi använde ett av Mars Express hemliga verktyg – Visual Monitoring Camera, eller VMC, " säger Jorge Hernández Bernal vid universitetet i Baskien i Bilbao, Spanien, huvudförfattare till de nya rönen och en del av ett långsiktigt projekt som studerar molnets dynamik.

Jorge och kollegors arbete visar på en spännande, och oavsiktligt, använda för VMC. Även smeknamnet Mars Webcam, VMC har en upplösning som liknar den för en vanlig datorwebbkamera från 2003. Den installerades för att visuellt bekräfta att Beagle 2-landaren framgångsrikt hade separerats från Mars Express redan 2003 – varefter den stängdes av. Flera år senare, kameran återaktiverades och användes för att samla in bilder av Mars för offentligt engagemang och uppsökande aktiviteter, men förblev oanvända för vetenskaplig forskning.

"Dock, nyligen, VMC omklassificerades som en kamera för vetenskap, ", tillägger Jorge. "Även om den har en låg rumslig upplösning, den har ett brett synfält – viktigt för att se helheten vid olika lokala tider på dygnet – och är underbart för att spåra en funktions utveckling över både en lång tidsperiod och i små tidssteg. Som ett resultat, vi kunde studera hela molnet över många livscykler."

Forskargruppen kombinerade VMC-observationerna med de från två andra Mars Express-instrument – ​​OMEGA och HRSC – och från flera andra rymdfarkoster, nämligen NASA:s Mars Atmosphere och Volatile Evolution (MAVEN), Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), och Viking 2-uppdrag, och den indiska rymdforskningsorganisationens Mars Orbiter Mission (MOM). "Vi var särskilt glada när vi grävde i Viking 2:s observationer från 1970-talet, " säger Jorge. "Vi upptäckte att denna enorma, fascinerande moln hade redan avbildats delvis för länge sedan - och nu utforskar vi det i detalj."

Resultaten visade att, som störst, molnet är cirka 1 800 km långt och 150 km i diameter. Det är det största "orografiska" moln som någonsin setts på Mars, vilket betyder att det bildas som ett resultat av att vinden tvingas uppåt av topografiska särdrag (som berg eller vulkaner) på en planetyta. I detta fall, Arsia Mons stör Mars atmosfär för att utlösa bildandet av molnet; fuktig luft drivs sedan upp på vulkanens flanker i uppströmsdrag, senare kondenserar vid högre, och mycket svalare, höjder.

Molnet genomgår en snabb daglig cykel som upprepas varje morgon i flera månader. Den börjar växa före soluppgången på Arsia Mons västra sluttning innan den expanderar västerut i två och en halv timme, växer anmärkningsvärt snabbt — med över 600 km/h — på en höjd av 45 km. Sedan slutar den att expandera, lossnar från sin ursprungliga plats, och dras fortfarande västerut av vindar på hög höjd, innan det avdunstar sent på morgonen när lufttemperaturen ökar med den uppgående solen.

"Många Mars-banor kan inte börja observera denna del av ytan förrän på eftermiddagen på grund av egenskaperna hos deras banor, så det här är verkligen den första detaljerade utforskningen av denna intressanta funktion – och den har möjliggjorts av inte bara Mars Express olika instrumentsvit, men också dess bana, " förklarar medförfattaren Agustin Sánchez-Lavega, också vid universitetet i Baskien och vetenskapsledare för VMC.

Inget annat klimatsystem i solsystemet tros vara så likt jordens som Mars-systemet - men ändå, de två planeterna visar distinkta och spännande skillnader. "Även om orografiska moln vanligtvis observeras på jorden, de når inte så enorma längder eller visar en så livlig dynamik, ", säger Agustin. "Att förstå detta moln ger oss den spännande möjligheten att försöka replikera molnets formation med modeller – modeller som kommer att förbättra vår kunskap om klimatsystem på både Mars och jorden."

Förutom att använda VMC på ett spännande sätt, Jorge, Agustin och kollegor övervann också en typisk utmaning när de observerade övergående fenomen på Mars. Högupplösta kameror som Mars Express HRSC har smala synfält, och observationer planeras alltid i förväg. Som ett resultat, meteorologiska fenomen – som i allmänhet är oförutsägbara – fångas vanligtvis av en slump. Dock, när forskarna började förstå livscykeln och de årliga mönstren för detta långsträckta moln, de kunde styra HRSC-teamet till rätt plats och rätt tid för att fånga det när det dök upp.

"Dessa fynd visar verkligen styrkorna hos Mars Express - dess unika bana, livslängd, ihållande kvalitet, och förmåga att anpassa sig när den tar itu med Mars mysterier, " säger ESA:s Mars Express-projektforskare Dmitrij Titov.

"Att återanvända VMC har framgångsrikt gjort det möjligt för oss att förstå detta övergående moln på ett sätt som inte skulle ha varit möjligt annars. VMC tillåter forskare att spåra moln, övervaka dammstormar, sond moln- och dammstrukturer i marsatmosfären, utforska förändringar i planetens polära iskappor, och mer. Dess återinställning stöder inte bara Mars Express primära verktygslåda för Mars-utforskning, men tillför nytt värde till det långvariga uppdraget, som har avslöjat mer om den röda planeten sedan 2003."

"An Extremely Elongated Cloud over Arsia Mons Volcano on Mars:I. Life Cycle" av J. Hernández-Bernal et al publiceras i Journal of Geophysical Research .

Studien använde 63 observationer av Arsia Mons långsträckta moln (AMEC) från VMC tillsammans med andra Mars Express-data från High Resolution Stereo Camera (HRSC) och Visible and Infrared Mineralogical Mapping Spectrometer (OMEGA).

Observationer från NASA:s Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), och Viking 2-uppdrag, och den indiska rymdforskningsorganisationens Mars Orbiter Mission (MOM) användes också i studien.