Tiedotearkisto: 2007

Väitös tutkii pilvien muodostumista Marsissa

15.11.2007 12:00

Planeettatutkimus versoo ihmiskunnalle tyypillisestä perustavanlaatuisesta tarpeesta tutkia ympäristöään. Mars on Maan naapuri Aurinkokunnassa ja ollut siten ihmisen eriasteisen mielenkiinnon kohteena jo vuosisatoja.Väitöstyössä on tutkittu mm. pilvien muodostumista Marsissa.

Kuva: NASA/ESA

Nykyään suunnitellaan jo miehitettyjä Mars-lentoja, joiden onnistumiseksi on äärimmäisen tärkeää ymmärtää ympäristöä, jolle astronautit planeetalla altistuisivat. Suunniteltaessa punaiselle planeetalle lähetettäviä laskeutujaluotaimia ja kiertolaisia käytetään hyväksi tietokonemallien antamaa tietoa Marsin ympäristöstä. Marsin kaasukehän tutkimuksesta on hyötyä erityisesti instrumenttien ja laskeutumisjärjestelmän suunnittelussa, laskeutumispaikan valinnassa ja ilmajarrutuslaskelmissa.

- Muiden planeettojen kaasukehien tutkimus voi edistää myös Maan ilmakehätutkimusta mallien testaamisen ja parametrisaatioiden kehittämisen kautta: malleissa on koko ajan kehitettävää, ja esimerkiksi vuosikymmenien ilmakehämallinnuskokemuksen jälkeen emme vieläkään pysty tuottamaan joka tilanteessa tarkkoja sääennusteita. Näin toteaa Ilmatieteen laitoksen tutkija Anni Määttänen, joka väittelee Helsingin yliopistossa 23.11. rajakerrosprosesseista ja pilvikiteiden muodostumisesta Mars-planeetan kaasukehässä.

Tutkijan mukaan ilmastonmuutosten tutkiminen toisella planeetalla voi auttaa meitä ymmärtämään myös oman planeettamme globaalia muutosta. Aerosolihiukkasten rooli missä tahansa ilmastossa on perustavanlaatuisen tärkeä, mutta niiden vaikutus on yksi suurimmista tuntemattomista tekijöistä Maan ilmastonmuutostutkimuksessa. Globaalissa mittakaavassa myös Mars on kokenut ilmaston muuttumisen, ja aerosolihiukkasten roolin tutkiminen sen kaasukehässä voi antaa arvokasta tietoa myös Maan ilmastonmuutostutkimukseen.

Marsin pilvet muodostuneet vesijäästä
Keskeinen tarkastelun kohde Määttäsen väitöskirjassa ovat Marsissa esiintyvät erityyppiset pilvet ja niiden syntyprosessi. Enemmistö Marsin pilvistä on muodostunut vesijäästä, mutta niiden lisäksi hyvin kylmässä napayössä ja muilla alueilla korkealla ilmakehässä muodostuu myös CO2-pilviä. Pilvikiteet muodostuvat höyrystä suoraan jääksi Marsin kaasukehässä leijuvien pölyhiukkasten päälle. Nukleaatio onkin hiukkasmuodostuksen ensiaskel, ja siihen liittyy aina olomuodon muutos. Nykyilmastossa Marsin pilvillä on pieni vaikutus säteilynkulkuun, mutta niiden vaikutus on voinut olla menneisyydessä suurempi.

Väitöskirja esittelee Marsin kaasukehän pienimpien skaalojen ilmiöiden mallinnusta mahdollisimman tarkalla erotuskyvyllä ja tarkkuudella. Tutkimustyössä kehitetyt mallit soveltuvat työkaluiksi suuren (jopa pallonlaajuisen) skaalan malleihin tehtävien parametrisaatioiden kehittämiseen ja testaamiseen. Pienen skaalan mallit pystyvät kuvaamaan prosesseja, jotka laajan skaalan malleissa jäävät hilakokoa pienemmiksi eivätkä siis ole niissä suoraan ratkaistavissa.

Pienen mittakaavan mallinnuksesta globaalin skaalan hyötyä

Määttänen tutki väitöskirjatyössään Marsin kaasukehän alinta kerrosta, planetaarista rajakerrosta, käyttäen Marsin kaasukehää kuvaavaa pylväsmallia, minkä lisäksi hän kehitti myös nukleaatio- eli hiukkasmuodostusmalleja Marsin oloihin. Tutkimuksessa mallit myös yhdistettiin, jotta niiden avulla voitiin tutkia rajakerroksen sumun muodostumista. Rajakerros on kenties kaikkein merkittävin kaasukehän osa sekä laskeutujaluotaimille että ihmisille, koska elämme sen vaikutuksen alla ja koemme sen tilan esimerkiksi tuulen puuskaisuutena, yöpakkasina ja sumuina. Rajakerroksen mallintaminen säänennustusmalleissa on kuitenkin edelleen vaikea tehtävä.

Anni Määttäsen meteorologian alaan kuuluva väitöskirja Investigations of planetary boundary layer processes and particle formation in the atmosphere of planet Mars esitetään tarkastettavaksi matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa 23.11. kello 12 Chemicumin (A. I. Virtasen aukio 1) auditoriossa A110.