En ny studie av forskare vid bland annat University of Tokyo visar att atmosfäriska gravitationsvågor spelar en avgörande roll för att driva luftströmmar på Mars, särskilt på hög höjd.
Arbetet har publicerats i Journal of Geophysical Research Planets.
Resultaten, som baseras på långsiktiga atmosfäriska data, ger ett nytt perspektiv på beteendet i Mars mellanatmosfär och belyser grundläggande skillnader från jordens. I studien tillämpades metoder som utvecklats för att utforska jordens atmosfär för att kvantitativt uppskatta gravitationsvågornas påverkan på Mars planetära cirkulation.
Trots att Mars är en mycket kall planet är den ett hett ämne i dag. Med mänskligt besök i horisonten lönar det sig att veta mer om förhållandena där så att alla inblandade kan planera och förbereda sig i enlighet med detta. Något som har blivit möjligt att utforska i detalj under de senaste åren är en rad atmosfäriska fenomen på Mars.
”På jorden är det storskaliga atmosfäriska vågor som orsakas av planetens rotation, så kallade Rossby-vågor, som främst påverkar hur luften cirkulerar i stratosfären, eller den nedre delen av den mellersta atmosfären. Men vår studie visar att på Mars har gravitationsvågor (GW) en dominerande effekt på de mellersta och höga latituderna i den mellersta atmosfären”, säger professor Kaoru Sato från institutionen för geovetenskap och planetvetenskap.
”Rossbyvågor är storskaliga atmosfäriska vågor, eller upplösta vågor, medan GW är oupplösta vågor, vilket innebär att de är för små för att kunna mätas eller modelleras direkt och måste uppskattas på ett mer indirekt sätt.”
GW-vågor ska inte förväxlas med gravitationsvågor från massiva stjärnkroppar, utan är ett atmosfäriskt fenomen när ett luftpaket stiger och sjunker på grund av variationer i flytkraften. Den oscillerande rörelsen är det som ger upphov till GW.
På grund av deras småskaliga natur och begränsningarna i observationsdata har forskare tidigare funnit det utmanande att kvantifiera deras betydelse i Mars-atmosfären. Sato och hennes team vände sig därför till datasetet Ensemble Mars Atmosphere Reanalysis System (EMARS), som tagits fram genom en rad rymdbaserade observationer under många år, för att analysera säsongsvariationerna där uppe.
”Vi fann något intressant, nämligen att GW underlättar den snabba vertikala överföringen av rörelsemängdsmoment, vilket avsevärt påverkar den meridionella, eller nord-sydliga, cirkulationen i mellanatmosfären på Mars”, säger doktoranden Anzu Asumi.
”Det är intressant eftersom det mer liknar det beteende som ses i jordens mesosfär snarare än i vår stratosfär. Detta tyder på att befintliga modeller för atmosfärisk cirkulation på Mars kan behöva förfinas för att bättre införliva dessa vågeffekter, vilket potentiellt kan förbättra framtida klimat- och vädersimuleringar.”
Forskningen understryker också vikten av planetjämförelser inom atmosfärsvetenskapen. Mars likhet med jorden när det gäller rotationshastighet och axiell lutning gör den till ett idealiskt testfall för att studera planetära vädersystem.
Samtidigt ger dess distinkta egenskaper, såsom en tunn koldioxidrik atmosfär och uttalade säsongsvariationer, insikter om främmande atmosfärer. Genom att analysera dessa skillnader kan forskarna förbättra sin förståelse för grundläggande atmosfärisk dynamik, vilket i slutändan kan bidra till bättre klimatmodeller även för jorden.
”Framöver planerar vi att undersöka hur dammstormar på Mars påverkar den atmosfäriska cirkulationen. Hittills har vår analys fokuserat på år utan större dammstormar”, säger Sato.
”Men dessa stormar förändrar dramatiskt de atmosfäriska förhållandena, och vi misstänker att de kan intensifiera GW:s roll i cirkulationen. Vår forskning lägger grunden för att förutse vädret på Mars, vilket kommer att vara avgörande för att säkerställa att framtida Mars-uppdrag blir framgångsrika.”
Framtida studier kommer att undersöka hur dessa stormar leder till betydande förändringar i de globala atmosfäriska mönstren. Med dessa framsteg kommer möjligheten att exakt förutsäga atmosfäriska förhållanden på Mars ett steg närmare verkligheten.
För mer information: Climatology of the Residual Mean Circulation of the Martian Atmosphere and Contributions of Resolved and Unresolved Waves Based on a Reanalysis Dataset, Journal of Geophysical Research Planets (2025). DOI: 10.1029/2023JE008137