Mars genel dolaşım modeli

Mars genel dolaşım modeli Mars atmosferindeki deflasyon sürecini gösteren iklim modeli. NASA'nın Mars genel dolaşım modeli Mars genel dolaşım modeli (İngilizce: Mars general circulation model - GCM), NASA 'nın Mars atmosferinin genel dolaşımının doğasını, bu dolaşımı nelerin tetiklediğini ve uzun vadede Mars'ın iklimini nasıl etkilediğini anlamak için yürüttüğü bir araştırma projesinin ürünüdür.

İşleyişi Mars iklim modeli; gazlar tarafından atmosferin ısıtılması, yüzey ile hava arasındaki ısı aktarımı ve büyük ölçekli atmosferik hareketler gibi süreçleri temsil eden, karmaşık ve 3 boyutlu (yükseklik, enlem, boylam) bir modeldir. [ 1 ] Model ayrıca, uzay araçlarının gözlemlerinden elde edilen jeofiziksel sınır koşullarını da kullanır. Bu sınırlar arasında Mars topografyası, albedo (yüzey yansıtıcılığı) veya ısıl atalet gibi veriler bulunabilir. [ 2 ] Modelin dinamiği ve fiziği çözülerek gezegenin süreçlerine dair genel bir anlayış kestirilebilir. [ 3 ] Mevcut model, BOINC gibi dağıtılmış hesaplama sistemlerinde kullanılmak üzere henüz uyarlanmamıştır.

Tarihçe Bir Mars genel dolaşım modeli oluşturmaya yönelik ilk girişim, Leovy ve Mintz tarafından bir Dünya modelini alıp Mars koşullarına uyarlamalarıyla yapılmıştır. Bu öncül model, karbondioksidin atmosferde yoğuşmasını ve kış mevsimindeki orta enlemlerde geçici baroklinik dalgaların varlığını tahmin etme yeteneğine sahipti. [ 4 ] Bu çalışmanın ardından NASA Ames Araştırma Merkezine bağlı uzmanlar, modeli geliştirmek ve Mars'ın hava durumu ile iklimi hakkında daha fazla bilgi edinmek için daha fazla veri eklemeye başladılar. Mars iklim simülasyon modellerinin geçmişi, Viking programının Mars görevlerine kadar uzanmaktadır. O dönemdeki modellerin çoğu, hiçbir zaman yeniden kullanılmayan veya açık kaynaklı hale getirilmeyen bireysel araştırmacılar tarafından yazılmıştı. 1990'lı yıllara gelindiğinde, internetin iklim modellemesine ve araştırmalarına olan genel etkisi sayesinde, birleşik bir model kod temeline duyulan ihtiyaç ortaya çıktı. Mevcut Mars iklim simülasyonu modeli de kökenlerini bu internet çağından almaktadır. 2007 yılında Jeff Hollingsworth, Ames Mars GCM grubunun liderliğini devraldı. NASA Genel Merkezinin desteğiyle, araştırma topluluğuna daha fazla hizmet sunmak amacıyla bir Mars İklim Modelleme Merkezi (İngilizce: Mars Climate Modeling Center - MCMC) kuruldu. 2019 yılından bu yana Melinda Kahre, MCMC'nin liderliğini yürütmekte ve daha yüksek çözünürlüklü modelleme sağlamak amacıyla küp-küre sonlu hacimler (FV3-tabanlı) tekniğine dayanan yeni bir Mars genel dolaşım modelinin geliştirilmesine yardımcı olmuştur. [ 5 ] Bu yeni FV3-tabanlı model, daha eski olan enlem-boylam dinamik çekirdeğine sahip modelin (Eski Mars GCM) yerini almıştır. Mars'ın genel dolaşımına ilişkin eski ve yeni modellere halkın erişimini sağlamak için başka iyileştirmeler de yapılmıştır. MCMC, yakın zamanda Mars genel dolaşım modelini analiz etmek ve görselleştirmek için açık kaynaklı bir araç olan Topluluk Analiz Platformu'nu (İngilizce: Community Analysis Pipeline - CAP) sunmuştur. Proje, Mars verilerine erişimi kolaylaştırıp artırarak bilim insanları ve araştırmacılara görevlerden elde edilen verilere katkıda bulunmaları için daha fazla fırsat sağlamayı hedeflemektedir. [ 6 ]

Mars genel dolaşım modelini kullanan araştırmalar Mars genel dolaşım modeli, gezegeni daha iyi anlamak için araştırmacılar tarafından kullanılan bir araç olmuştur. Model; aktif karbondioksit, basınç, toz ve su döngüleri de dahil olmak üzere çeşitli Mars döngülerini içerir. Bu unsurlar bir araya geldiğinde gezegenin atmosfer kimyası hakkında değerli bilgiler sunar. [ 3 ] Model, uzay araçlarından alınan verilerin yorumlanmasına ve analiz edilmesine yardımcı olarak kullanılır ve gezegenle ilgili cevaplanmamış soruları olan çok sayıda disipline uygulanır. Modeli kullanan bazı güncel araştırmalar; 2018'deki küresel toz fırtınası sırasında yüksek irtifada bol miktarda su buharı birikmesine yol açan süreçleri belirlemek, [ 7 ] Mars'ın termosferik dalgalarını yorumlamak [ 8 ] ve gezegenin yörüngesel değişikliklerinin dolaşım ve iklim sistemine olan etkilerini incelemek [ 9 ] gibi daha birçok konuyu kapsamaktadır. 2016 yılında fırlatılan ExoMars Trace Gas Orbiter yörünge aracı, biyolojik ve/veya jeolojik süreçlerin bir işareti olabilecek metan ve diğer iz elementlere dair kanıtlar bulma umudunu taşıyordu. [ 10 ] ExoMars TGO üzerindeki NOMAD spektrometre cihazı, veri yorumlama ve analizinin büyük bir kısmı için Mars genel dolaşım modeline dayanacaktır. [ 3 ] MAVEN 'in Ultraviyole Görüntüleme Spektrografı (IUVS) gibi diğer uzay aracı cihazlarından elde edilen su-buzu ve toz sonuçları da dolaşım modeliyle karşılaştırılmıştır. [ 1 ] Mars'a sürekli olarak yeni uzay araçlarının gönderilmesiyle veriler hızla güncellenmekte ve Mars modeli giderek daha da gelişmiş bir hale gelmektedir. [ 3 ]

Mars'taki metan Ana madde: Mars'taki doğal metan Mars'taki metan Mars'ın kuzey yarımküre yazında gözlemlenen bir metan salımınının görselleştirmesi. Curiosity keşif aracının tespit ettiği, Mars atmosferindeki metan miktarının döngüsel ve mevsimsel dalgalanması. Mars atmosferi 10 nmol/ mol metan (CH 4 ) içerir. [ 11 ] 2014 yılında NASA, Curiosity keşif aracının 2013 sonu ile 2014 başında çevresindeki atmosferde metan miktarındaki on katlık bir artışı (bir "ani yükseliş") tespit ettiğini bildirdi. Bu dönemde iki ay boyunca alınan dört ölçümün ortalaması 7,2 ppb olarak ölçüldü ve bu da Mars'ın bilinmeyen bir kaynaktan aralıklı olarak metan ürettiğini veya saldığını ima etmektedir. [ 12 ] Bu dönemin öncesinde ve sonrasında yapılan ölçümlerde ise ortalama değerler bu seviyenin yaklaşık onda biri kadardı. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] NASA, 7 Haziran 2018 tarihinde atmosferik metanın arka plan seviyesinde döngüsel bir mevsimsel değişiklik olduğunu duyurdu. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Mars'taki metanın kökenine ilişkin başlıca adaylar arasında su-kayaç reaksiyonları, suyun radyolizi ve pirit oluşumu gibi biyolojik olmayan süreçler bulunmaktadır. Bu süreçlerin tamamı, daha sonra CO ve CO 2 ile Fischer-Tropsch sentezi yoluyla metan ve diğer hidrokarbonları üretebilecek H 2 açığa çıkarır. [ 18 ] Ayrıca metanın; Mars'ta yaygın olduğu bilinen olivin minerali ile su ve karbondioksiti içeren bir süreçle de üretilebileceği gösterilmiştir. [ 19 ] Metanojenler gibi yaşayan mikroorganizmalar başka bir olası kaynaktır ancak Mars'ta bu tür organizmaların varlığına dair hiçbir kanıt bulunamamıştır. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

Diğer gezegenler Jüpiter , Satürn , Neptün ve Venüs için yazılmış küresel iklim simülasyon modelleri de bulunmaktadır. [ 23 ]