I na Marsie najlepszy aparat to ten, który jest pod ręką - nawet jeśli tylko o rozdzielczości VGA

Teksty o fotografii często kończone są taką myślą - najlepszy aparat to zawsze ten. który masz pod ręką. Ta zasada sprawdza się w fotografii nie tylko na Ziemi, czego dowodem jest wykorzystanie do celów naukowych kamery VMC (Visual Monitoring Camera) na pokładzie orbitera Mars Express. Początkowo ten instrument wcale nie miał stricte naukowego przeznaczenia.

Dziś dzięki postępowi w technologiach obrazowania i niższych cenach komponentów optyczno-elektonicznych, instalacja na pojazdach kosmicznych kamer, które uzupełniają się z tymi naukowymi, jest coraz powszechniejszym zjawiskiem. Tego typu kamery rejestrowały lądowanie łazika Perseverance, a na pokładzie sondy Juno już od 5 lat kamera JunoCam dostarcza niesamowitych widoków Jowisza przydatnych nie tylko miłośnikom astronomii.

Kamera Mars Webcam, która nie miała być instrumentem naukowym

W przypadku Mars Express i kamery VMC tylko jej pierwsze zadanie miało mieć coś wspólnego z nauką. Były to obserwacje oddzielenia się lądownika Beagle 2 (niestety potem utraconego) od sondy Mars Express. Miało to miejsce w 2003 roku.

Kamera VMC

Potem nastąpiła przerwa w użytkowaniu kamery, której rozdzielczość wynosi jedynie 640 x 480 pikseli. Na dodatek bardzo szerokie pole widzenia optyki, sprawia że wykonane przez VMC zdjęcia Marsa i obiektów na jego powierzchni mają bardzo niską jakość. Dlatego już od początku nie planowano dalszego użytkowania kamery VMC, co zmieniło się w 2007 roku, gdy kamerę przeznaczono na cele programu Mars Webcam popularyzującego naukę.

Po złożeniu 10 obrazów z kamery VMC mozna uzyskać taki obraz Marsa

Na przestrzeni ponad dekady kamera VMC wykonała dziesiątki tysięcy zdjęć, które można obejrzeć sobie na profilu Flickr. Nie budzą one zachwytu tak jak inne fotografie, które Mars Express wykonuje za pomocą naukowej kamery HRSC (High Resolution Stereo Camera).

A jednak lepszy wróbel w garści niż gołąb na dachu, lepszy smartfon niż profesjonalna lustrzanka, gdy znajdziemy się w odpowiednim miejscu w odpowiedniej chwili. Dziś kamera VMC jest zaklasyfikowana jako instrument naukowy, a wszystko zaczęło się od pewnej intrygującej chmury, która powstaje nad wulkanem Arsia Mons w pobliżu marsjańskiego równika.

Tajemnicza - niegdyś - chmura nad Arsia Mons

Wulkan Arsia Mons ma wysokość około 20 kilometrów, u podstawy 435 kilometrów średnicy i jest jednym z najwyższych tego typu obiektów w Układzie Słonecznym. Niedaleko, położony na północ, znajduje się Olympus Mons, który jest tylko około kilometra wyższy.

Położenie Arsia Mons na Marsie, w pobliżu są inne duże wulkany i słynne marsjańskie kanały czyli dolina Valles Marineris

Gdy na południowej półkuli Marsa rozpocznie się wiosna, nad zachodnim zboczem Arsia Mons o porankach zaczyna tworzyć się lodowa chmura, która niczym czapeczka otacza krater. Na pierwszy rzut oka wydaje się jakby to chmura pyłów wydostawała się z krateru Arsia Mons, ale w praktyce to chmura orograficzna, podobna to tych które tworzą się na Ziemi w górach. Takie chmury wiążą się z występowaniem wiatrów fenowych, które w Polsce w Tatrach zwiemy halnymi. Jednak nie o te wiatry tutaj chodzi, a wspomnianą chmurę. Marsjańska wiosna i lato to najbardziej sprzyjający moment dla jej powstawania.

Okazuje się, że jest to zjawisko powtarzalne, nawet orbiter Viking 2 zarejestrował na zdjęciach ten fenomen atmosferyczny - o czym dowiedziano się dopiero przy ponownej analizie danych. Chmura obserwowana była w różnych momentach także przez Mars Express (zdjęcie poniżej) i orbitery NASA, ale ze względu na niesprzyjające warunki do obserwacji i fakt, że szybko się rozprasza, dotychczas nie udało się przeprowadzić obserwacji pokazujących w pełni cykl jej powstawania i zanikania.

Zdjęcie chmury oddalającej się od Arsia Mons. Zarejestrowała je w 2019 roku sonda Mars Express kamerą HRSC

Ważne, aby znaleźć się w odpowiednim miejscu w odpowiednim czasie

Przeszkodą w obserwacjach całego cyklu powstawania i zanikania chmury nad Arsia Mons jest niesprzyjający timing przelotów sond, ale także wąskie pole widzenia kamer, które zorientowane są na obserwacje detali na powierzchni, a nie całego Marsa, czy jak się okazało także dużych chmur.

Mars Express jest sondą, która ze względu na mocno eliptyczną orbitę najlepiej ze wszystkich orbiterów poradziłaby sobie z obserwacjami chmury nad Arsia Mons, ale wydawało się że to i tak nic nie da, bo kamera HRSC nie była zdolna obserwować tego zjawiska wystarczająco długo. Na szczęście Jorge Hernández Bernal, który zajmuje się badaniem dynamiki chmur na uniwersytecie w Bilbao i zajmuje się analizą danych z Mars Express, przypomniał sobie, że na pokładzie tej sondy jest niepozorna kamera VMC.

Rozdzielczości takiej co aparat w telefonie z przełomu stuleci, ale za to z obiektywem, który w sprzyjających warunkach pozwala objąć polem widzenia całą tarczę Marsa (powyższe wideo pokazuje jak zmienia się obraz planety w trakcie pojedynczej orbity Mars Express). Dzięki temu nawet jeśli sonda nie jest w najlepszej pozycji do obserwacji, można sfotografować każdą stosunkowo dużą strukturę na oświetlonej i widocznej części Marsa. Ta ostatnia cecha kamery VMC okazała się kluczowa dla najnowszych badań Arsia Mons i powstającej na jego zboczu gigantycznej chmury.

Największa taka chmura zaobserwowana na Marsie, na Ziemi takiej nie zobaczycie

Choć rozdzielczość zdjęć jak widać pozostawia wiele do życzenia, to pomogły one w analizie dynamiki chmury, która rozciąga się na 1800 kilometrów wzdłuż, 150 kilometrów wszerz i osiąga wysokość ponad 45 kilometrów. Dzięki możliwości obserwacji zjawiska nie tylko w jednym momencie, ale przez cały czas od powstania do rozproszenia się, wiemy, że chmura rośnie bardzo szybko i rozprzestrzenia z prędkością 600 km/h.

Dwa ze zdjęć ukazujące chmurę nad Arsia Mons w różnych momentach

Powstaje nad zachodnim zboczem Arsia Mons przed wschodem Słońca w tamtym rejonie Marsa. Szybko się wznosi i zostaje oświetlona światłem słonecznym, dlatego można ją ujrzeć nawet na tle nieoświetlonej powierzchni. Po około 2,5 godzinie oddziela się od szczytu i zaczyna się przemieszczać w kierunku zachodnim. Następnie rozprasza się, tak że po południu nic z niej już nie pozostaje. Poniżej animacja, stworzona z sekwencji zdjęć wykonanych kamerą VMC.

Agustin Sánchez-Lavega, współautor artykułu, w którym opisywane są wyniki analiz obserwacji, podkreśla, że dynamika jak i rozmiar chmury są czymś niespotykanym na Ziemi.

Cykl dzienny dla AMEC. Tak określana jest chmura powstająca nad wulkanem Arsia Mons

Warunki w jakich powstaje chmura nad zboczem Arsia Mons są wyjątkowe z perspektywy modelowania tego typu zjawisk przez meteorologów. Obserwacje na Marsie, w którym nieocenioną pomocą okazała się na pozór nieprzydatna naukowo kamera, pomocne będą przy weryfikacji modeli klimatycznych zarówno na Ziemi jak i Marsie.

Kamera VMC w przyszłości być może nie raz zaskoczy

A sama kamera VMC czy też Mars Webcam, skoro już pokazała swoją użyteczność, będzie wciąż używana przez naukowców do monitorowania powierzchni Marsa, tworzących się nad nim chmur, burz pyłowych i innych wielkoskalowych zjawisk. Po raz kolejny przekonaliśmy się, że nawet na pozór kiepski aparat może być bezcennym instrumentem, gdy nie mamy nic innego pod ręką. Instalowanie nawet nieznacznie zmodyfikowanych komercyjnych kamer na pokładzie sond kosmicznych może przynieść duże korzyści i jest słuszną decyzją.

Źródło: ESA, inf. własna

Czytaj więcej na temat badań Marsa:

• Jak na Ziemię wrócą próbki skał zebrane przez Perseverance? Czy to ma sens? Co już mamy w ziemskich laboratoriach?
• Dokąd pojedzie Perseverance? Kiedy poleci Ingenuity? Zwiedzamy okolicę lądowania
• Ponad 3000 dni na Marsie - do czego przywiodła nas ciekawość (Curiosity)