Mars má mnoho záhad. Některé se daří s úspěchem vysvětlit a další zůstávají. Dlouhá léta byl záhadou jev mraků táhnoucích se ze sopečné oblasti Tharsis. Nacházejí se zde tři velké sopky a u nejjižnější z nich, Arsia Mons, se z vrcholu někdy po větru snášejí velmi dlouhé mraky. Arsia Mons je jediné místo v oblasti okolo rovníku, kde lze takové mraky vidět.
Tyto mraky, které se mohou táhnout až do délky 1800 km, se tvoří denně po dobu asi 80 dní marsovského roku v období jara a léta. Během tohoto období mraky brzy ráno narůstají ještě před východem Slunce, což trvá asi tři hodiny, a táhnou se na západ. Poté o několik hodin později zase mizí. Důvod, proč se objevují pouze brzy ráno a zrovna v této oblasti, nebyl dlouho objasněn. Vědci tento úkaz nazývají „AMEC (Arsia Mons Elongated Cloud)“. Sonda Mars Express tento oblak poprvé pozorovala v roce 2018 a od té doby ho opakovaně snímkuje a sbírá data. Postupem času se výzkumníci snažili jev vysvětlit, ale dlouhá léta se jim nedařilo ho nasimulovat. Věděli, že oblaka AMEC jsou orografická oblaka (oblaka tvořená převážně topografií), ale všechny modely selhávaly a nedařilo se jev zopakovat. Vědci si tedy uvědomili, že bude třeba se na jev podívat jinak. A objevili něco úžasného. Za nejpodivnějším mrakem na Marsu se může skrývat velmi exotická fyzika. Fyzika, která je sice obsažena v učebnicích, ale je považována za teoretickou a obvykle se o ní má za to, že se v přírodě nevyskytuje. Jakmile tuto fyziku zahrnuli do simulací, AMEC se zformoval přesně tak, jak doufali.
Na Zemi se mraky obvykle tvoří ochlazováním vlhkého vzduchu, což způsobuje kondenzaci vodní páry do kapiček v oblacích. Tento proces se nazývá „heterogenní nukleace“; aby mohla vodní pára kondenzovat, potřebuje kondenzační jádra, na která se naváže. Na Zemi to může být sůl, pyl a částečky prachu. Předpokládá se, že na Marsu jako kondenzační jádra fungují prachové částice. Jenže nedávný výzkum ukázal, že oblaka AMEC se s největší pravděpodobností tvoří bez nutnosti těchto jader. Vodní pára se tam mění přímo na ledové částice oblaku bez jakéhokoli mezikroku. Tomu říkáme homogenní nukleace.
Homogenní nukleace: Zrození mraku z ničeho
Proces nazývaný „homogenní nukleace“ je dlouhá léta vědci považován za možný. Například v atmosféře Venuše, ale ve skutečnosti nebyl nikdy pozorován, a to ani na Zemi. Vzácnost tohoto jevu je dána tím, že vyžaduje výjimečné podmínky s extrémní relativní vlhkostí vzduchu přesahující 100 000krát vyšší hodnoty, než je obvyklé v našem každodenním životě na Zemi. Současný objev a další výzkum silně naznačují, že vlhkost planety Mars skutečně může dosáhnout těchto extrémních úrovní. Oblaka AMEC se tvoří v unikátní oblasti, kde se setkává řídká atmosféra Marsu s mohutnou výškou blízké sopky Arsia Mons, a vytváří tak podmínky potřebné k pozorování tohoto vzácného procesu v akci.
Sopka Arsia Mons je obrovský štít tyčící se zhruba 16 kilometrů nad okolní marťanskou krajinu. Když silný marťanský vítr narazí na tuto gigantickou překážku, nemá kam uhnout a je vytlačen prudce nahoru. Tomuto jevu se říká orografický výtah. Vznikají při něm mohutné atmosférické vlny, které fungují jako neviditelná odrazová rampa. Jak vítr unáší masy vzduchu s obsahem vodní páry rychle vzhůru do vyšších vrstev atmosféry, dochází k jevu zvanému adiabatická expanze. Ve vyšších výškách je mnohem nižší tlak. Stoupající vzduch se kvůli nízkému tlaku prudce rozpíná. Při rozpínání vzduchová masa spotřebovává vlastní energii, což vede k drastickému poklesu teploty až o 30 °C během pouhých 10 minut a prudkému nárůstu relativní vlhkosti. Vodní pára pak spontánně mrzne přímo do oblačných částic a vytváří tak AMEC. V pozemských podmínkách je takto bleskové ochlazení v přírodě v podstatě nemožné.
Když vítr proudí kolem sopky Arsia Mons, objem sopky spustí silnou vlnu, která během několika minut zvedne vlhké částice vzduchu několik kilometrů do výšky. Tím se atmosféra rychle ochladí, což způsobí pokles teploty o 30 stupňů Celsia během pouhých 10 minut a prudký nárůst relativní vlhkosti. Vodní pára pak spontánně mrzne přímo do oblačných částic a vytváří tak AMEC. Přesto zůstává tento jev vysvětlen pouze částečně, protože některé aspekty modelovaného oblaku přesně neodpovídají pozorováním.
Pro vědu, a hlavně tu evropskou, je to však velký úspěch. Výzkumníci založili své modelování na datech ze tří kamer na palubě sondy Mars Express: Visual Monitoring Camera, High Resolution Stereo Camera a OMEGA. Sonda Mars Express dokáže snímat velké plochy marsovského povrchu ve vysokém rozlišení a je jednou z mála sond obíhajících kolem Marsu, která je schopná jev pozorovat. Sonda Mars Express oblaka AMEC objevila a poté léta sledovala. Nyní pomáhá odhalit tajemství jejich vzniku. Nebyla samozřejmě jedinou sondou, která oblaka vyfotografovala a sbírala o nich cenná data. Například již zaniklá indická sonda MOM pozorovala tato oblaka v roce 2015. Vědecký článek na toto téma byl tento měsíc publikován v časopisu Nature Geoscience a jeho bezplatná verze je k dispozici zde.
Výzkum marťanského oblaku AMEC tak přináší zjištění, že bychom neměli zavírat oči před nepravděpodobnými jevy. Odkrytí mechanismu homogenní nukleace nám dává do rukou nový klíč k pochopení marťanského klimatu, koloběhu vody a chování tamní atmosféry. Arsia Mons tak už není jen vyhaslým vulkánem, ale symbolem místa, kde se nepravděpodobná fyzika stává realitou.
