Projekt realizowany przez:
UJ (Wydziały FAIS i GIG)
Cel projektu:
Określenie, w jaki sposób dochodzi do inicjowania transportu eolicznego (wiatrowego) na Marsie w rejonach równikowych, określenie jego przebiegu, w tym głównych kierunków i tempa transportu
Skrócony opis:
Podczas eksploracji Układu Słonecznego astronomowie odkryli, że powierzchnie wielu ciał niebieskich, znajdujących się w naszym najbliższym otoczeniu, są kształtowane przez wiatr. Formy związane z akumulacją osadów, jak np. powszechne na naszej planecie wydmy, zidentyfikowano na Marsie, Wenus, Tytanie, Plutonie, a nawet komecie 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Nawet po wielu latach, które upłynęły od opublikowanej w 1941 roku pracy Bagnolda: The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, nadal podstawowe problemy związane z transportem osadów przez wiatr (tzw. transportem eolicznym), dotyczące np. mechanizmów odpowiedzialnych za inicjowanie i ograniczanie transportu, nie zostały w pełni rozwiązane. Misje marsjańskie dają nam możliwość zbadania tych procesów w zupełnie innym środowisku, a takie badania porównawcze pozwalają na uzyskanie szerszej perspektywy w badaniach fizyki transportu eolicznego i być może na znalezienie odpowiedzi na nurtujące nas pytania.
W ramach projektu badamy właściwości osadów złożonych ze żwiru, piasku i pyłu, oraz formy eoliczne, takie jak zmarszczki wiatrowe, smugi wiatrowe, czy wydmy, występujące na Marsie. W badaniach skupiamy się na rejonach równikowych Marsa, ponieważ ze względu na wyższe nasłonecznienie i temperatury są one najważniejszymi obszarami dla przyszłej eksploracji Czerwonej Planety.
W celu zbadania przebiegu transportu eolicznego przeprowadzamy eksperymenty w tunelu aerodynamicznym oraz symulacje numeryczne. Prowadzimy również badania terenowe analogów marsjańskich, czyli występujących na Ziemi form, osadów i zjawisk podobnych do tych obserwowanych na Marsie, w celu określenia czynników wpływających na transport eoliczny w środowisku naturalnym. Z kolei analiza zdjęć wykonanych podczas misji marsjańskich z orbiterów i łazików pozwala nam określić rozkład przestrzenny i właściwości fizyczne występujących na Marsie form i osadów.
Metodologia projektu:
- Symulacje numeryczne na rozwijanym dedykowanym silniku fizyki, do którego warunki brzegowe będą dostarczane z zaimplementowanego w OA UJ modelu globalnej i regionalnej cyrkulacji atmosferycznej Marsa
- Obliczenia teoretyczne mechaniki płynów prowadzone w środowiskach Matlab i Mathematica
- Symulacje laboratoryjne w tunelu aerodynamicznym w IGIGP UJ służące do weryfikacji modelu numerycznego
- Prace laboratoryjne – przygotowanie materiałów do badań w tunelu – zastosowanie zaplecza laboratoriów osadów IGIGP UJ: sitowanie, Mastersizer, Malvern Morphologi G3
- Prace terenowe na analogach marsjańskich – zrealizowane m.in. na Islandii oraz w Arizonie, przygotowywane w Maroku
- Kartowanie geomorfologiczne wybranych rejonów na Marsie na podstawie zdjęć z misji kosmicznych takich jak MRO, MER, MSL, w tym przy użyciu automatycznych algorytmów segmentacji obrazów
- Badania przebiegu transportu: tempa i kierunku przemieszczania się form eolicznych na podstawie zdjęć satelitarnych przy użyciu metod GISowych i dedykowanych algorytmów do łączenia zdjęć i śledzenia zmian na zdjęciach wykonanych w pewnym odstępnie czasu
- Badanie granulometrii i kształtu ziaren osadów eolicznych na Marsie na podstawie zdjęć mikroskopowych w ramach misji MER i MSL przy użyciu dedykowanych algorytmów przetwarzania obrazów
- Badanie dobowych i rocznych zmian w polu prędkości wiatru na podstawie danych meteorologicznych pochodzących z misji InSight oraz MSL