Какое давление на марсе
Содержание статьи
Общие сведения об атмосфере Марса
Красная планета, снимок телескопа Хаббл
Атмосфера Марса составляет менее 1% от Земной, поэтому она не защищает планету от излучения Солнца и не сохраняет тепло на поверхности. Так вкратце можно ее описать, но давайте поподробнее ее рассмотрим.
Общие сведения
Атмосфера Марса открыта была еще до полета автоматических межпланетных станции к планете. Благодаря противостояниям планеты, которые случаются раз в три года и спектральному анализу, астрономы уже в 19 веке знали, что она имеет весьма однородный состав, более 95% которого составляет CO2.
Цвет марсианского неба с посадочного модуля Viking Lander 1. На 1742 сол (марсианский день) видна пылевая буря.
В 20 веке, благодаря межпланетным зондам мы узнали, что атмосфера Марса и его температура сильно взаимосвязаны, ведь благодаря переносу мельчайших частичек оксида железа возникают огромные пылевые бури, которые могут охватить половину планеты, попутно подняв ее температуру.
Примерный состав
Газовая оболочка планеты состоит из состоит из 95% углекислого газа, 3% азота, 1,6% аргона, и следовых количеств кислорода, водяного пара и других газов. Кроме того, она очень сильно наполнена мелкими частицами пыли (в основном из оксида железа), которые придают ей красноватый оттенок. Благодаря сведениям о частичках оксида железа, ответить на вопрос какого цвета атмосфера, совсем не трудно.
Углекислый газ
Темные дюны — результат сублимации замерзшей углекислоты, которая весной растаяла и вырвалась в разряженную атмосферу, оставив после себя вот такие следы.
Почему атмосфера красной планеты состоит из углекислого газа? На планете нет тектоники плит вот уже в течение миллиардов лет. Отсутствие движения плит позволило вулканическим точкам извергать магму на поверхность миллионы лет подряд. Углекислый газ также является продуктом извержения и это единственный газ, которым постоянно пополняется атмосфера, собственно это фактически единственная причина, почему она существует. К тому же планета лишилась своего магнитного поля, что способствовало тому, что более легкие газы уносились солнечным ветром. Из-за непрерывных извержений, появилось множество больших вулканических гор. Гора Олимп, является крупнейшей горой в Солнечной системе.
Заход Солнца, снято марсоходом Curiosity
Ученые считают, что Марс растерял всю свою атмосферу, из-за того, что потерял свою магнитосферу около 4 миллиардов лет назад. Когда-то газовая оболочка планеты была плотнее и магнитосфера защищала от солнечного ветра планету. Солнечный ветер, атмосфера и магнитосфера сильно взаимосвязаны. Солнечные частицы взаимодействует с ионосферой и уносит из нее молекулы, снижая плотность. Это и является разгадкой на вопрос куда делась атмосфера. Эти ионизированные частицы были обнаружены космическими аппаратами, в пространстве позади Марса. Это приводит к тому, что на поверхности давление в среднем 600 Па, по сравнению со средним давлением на Земле 101300 Па.
Метан
Относительно большое количество метана было обнаружено сравнительно недавно. Эта неожиданная находка показала, что атмосфера содержит метан в пропорции 30 частей на миллиард. Этот газ появляется из разных районов планеты. Данные позволяют предположить, что существует два основных источника метана.
Закат Солнца, голубой цвет неба обусловлен, отчасти, наличием метана
Считается, что Марс производит около 270 тонн метана в год. В соответствии с условиями на планете метан разрушается быстро, примерно за 6 месяцев. Для того, чтобы метан существовал в обнаруженных количествах, должны быть активные источники под поверхностью. Вулканическая активность и серпентинизация являются наиболее вероятными причинами образования метана.
Кстати, метан это одна из причин почему атмосфера планеты голубая на закате. Метан лучше рассеивает голубой цвет, нежели другие цвета.
Метан является побочным продуктом жизни, а также является результатом вулканизма, геотермальных процессов, и гидротермальной деятельности. Метан является неустойчивым газом, поэтому на планете должен быть источник, который постоянно пополняет его. Он должен быть очень активным, потому что исследования показали, что метан разрушается меньше чем за год.
Количественный состав
Циркуляция газов в марсианской атмосфере
Химический состав атмосферы: она состоит из более 95% углекислого газа, 95,32%, если быть точным. Газы распределены следующим образом:
Диоксид углерода 95,32%
Азот 2,7%
Аргон 1,6%
Кислород 0,13%
Окись углерода 0,07%
Водяной пар 0,03%
Оксид азота 0,0013%
Строение
Атмосфера делится на четыре основных слоя: нижний, средний, верхний и экзосфера. Нижние слои это теплая область (температура около 210 К). Она нагревается от пыли в воздухе (пыль 1,5 мкм в поперечнике) и теплового излучения от поверхности.
Следует учесть, что, несмотря на очень большую разрежённость, концентрация углекислого газа, в газовой оболочке планеты, примерно в 23 раза больше, чем в нашей. Поэтому, не такая уж и дружелюбная атмосфера Марса, нельзя дышать в ней не только людям, но и другим земным организмам.
Атмосфера планеты, рисунок
Средняя — похожа на Земную. Верхние слои атмосферы нагревается от солнечного ветра и там температура гораздо выше, чем на поверхности. Это тепло заставляет газ покидать газовую оболочку. Экзосфера начинается примерно в 200 км от поверхности и не имеет четкой границы. Как видите, распределение температуры по высоте, достаточно предсказуемо для планеты земной группы.
Погода на Марсе
Прогноз на Марсе, как правило, очень плохой. Посмотреть прогноз погоды на Марсе можно тут. Погода меняется каждый день и иногда даже каждый час. Это кажется необычным для планеты, которая имеет атмосферу составляющую всего 1% от Земной. Несмотря на это, климат Марса и общая температура планеты так же сильно влияют друг на друга как и на Земле.
Температура
Летом дневная температура на экваторе может доходить до 20 °С. Ночью, температура может опускаться до -90 С. 110 градусов разницы в один день, может создать пылевые смерчи и пылевые бури, которые охватывают собой всю планету на несколько недель. Зимние температуры крайне низки -140 C. Углекислый газ замерзает и превращается в сухой лед. Марсианский Северный полюс имеет метровый слой сухого льда в зимнее время, в то время как Южный полюс покрыт постоянно восемью метрами сухого льда.
Облака
Анимация движения облаков в атмосфере, полученная зондом Curiosity
Так как излучение Солнца и солнечного ветра постоянно бомбардируют планету, жидкая вода не может существовать, поэтому дождя на Марсе нет. Иногда, однако, появляются облака и начинает падать снег. Облака на Марсе очень маленькие и тонкие.
Curiosity снял облака на фоне роботизированной мачты
Ученые считают, что некоторые из них состоят из мелких частиц воды. Атмосфера содержит водяной пар в незначительных количествах. С первого взгляда может показаться, что облака не могут существовать на планете.
Анимация движения облаков, фотографии с аппарата Феникс
И все же на Марсе, есть условия для формирования облаков. На планете так холодно, что вода в этих облаках никогда не выпадает в виде дождя, но идет в виде снега в верхних слоях атмосферы. Ученые наблюдали это несколько раз, и нет никаких доказательств, что снег не достигает поверхности.
Пыль
Пыль осевшая на марсоходе
Как влияет атмосфера на температурный режим увидеть довольно легко. Наиболее показательным событием являются пылевые бури, которые локально нагревают планету. Они происходят из-за перепада температур на планете, а поверхность покрыта легкой пылью, которую поднимает даже такой слабый ветер.
Поверхность планеты, очищенная щеткой марсохода от пыли
Эти бури запыляют панели солнечных батарей, что делает невозможным долгосрочное исследование планеты. К счастью, бури чередуются с ветром, который сдувает накопленную пыль с панелей. Но атмосфера Куриосити помешать не в состоянии, передовой американский марсоход оснащен ядерным термогенератором и ему, перебои с солнечным светом не страшны, в отличие от другого марсохода Opportunity, работающего на солнечных батареях.
Такому марсоходу не страшны никакие пылевые бури
Углекислый газ
Как уже говорилось, газовая оболочка красной планеты на 95 состоит из углекислого газа. Он может замерзать и выпадать на поверхность. Примерно 25% атмосферного углекислого газа конденсируется в полярных шапках в виде твердого льда (сухой лед). Это происходит из-за того, что Марсианские полюса не подвергаются воздействию солнечного света в течение зимнего периода.
Когда на полюса вновь падает солнечный свет, лед переходит в газообразную форму и испаряется обратно. Таким образом, происходит значительное изменение давления за год.
Пылевые смерчи
Пылевой смерч высотой 12 километров и 200 метров в диаметре
Если вы когда-либо были в пустынной местности, то видели крошечные пылевые смерчи, которые, как будто возникают из ниоткуда. Пылевые смерчи на Марсе немного более зловещи, чем на Земле. В сравнении с нашей, атмосфера краснйо планеты имеет плотность в 100 раз меньшую. Поэтому, смерчи больше похожи на торнадо, возвышающиеся на несколько километров в воздухе и имеющие сотни метров в поперечнике. Это отчасти объясняет то, что в сравнении с нашей планетой, атмосфера красная — пылевые бури и мелкодисперсная пыль из оксида железа. Также цвет газовой оболочки планеты может менять и на закате, когда садится Солнце, метан рассеивает голубую часть света сильнее чем остальные, поэтому закат на планете голубой.
Возникновение
Летом на Марсе температура может колебаться от -90°С ночью до 20°С днем. 110 градусов разницы создают условия, необходимые для возникновения пылевых смерчей. Смешение теплого и холодного воздуха основное условие, необходимое для формирования торнадо, происходят именно вблизи поверхности. Основным отличием является то, что атмосферное давление на Марсе значительно ниже, что позволяет буре развиваться более быстро и вырасти больше. Атмосфера днём сильнее прогревается, особенно на экваторе, но, не смотря на это, она не пригодна для жизни, в первую очередь из-за состава, а потом из-за низкого давления.
Формирование бурь
Формирование бури в атмосфере, по данным зонда NASA Mars Reconnaissance Orbiter
Давайте взглянем на то, что ученые думают об условиях внутри одной из этих бурь. Буря формируется быстро, и внезапно вы окажетесь не в состоянии видеть больше, чем несколько сантиметров перед собой. Ветер достигает 30 м/с, в кратчайшие сроки поднимает огромное количество оксида железа. Что еще хуже — трение пыли в воздухе создает электричество.
Поскольку не существует эрозии на поверхности Марса, Марсоходам удалось сфотографировать следы на поверхности планеты, которые были оставлены предыдущими смерчами.
Пылевые смерчи на Марсе будут серьезной проблемой для астронавтов, которым придется с ними столкнуться по прибытии на планету.
Пылевой смерч в кратера Гусева
Газовая оболочка создает большое количество препятствий для освоения человеком планеты. Это невозможность существования жидкой воды на поверхности и высокие уровни радиации.
Замечательно видео о пылевых смерчах
Будущие исследования
Несмотря на большой объем знаний, нам еще много предстоит узнать об атмосфера планеты, для ее детального исследования 18 ноября 2013 года был запущен космический аппарат MAVEN основной задачей которого будет детальное изучение газовой оболочки и протекающих в ней процессов.
Источник
Атмосфера Марса — химический состав, погодные условия и климат в прошлом
Сегодня о полётах на Марс и его возможной колонизации говорят не только фантасты в своих рассказах, но и реальные ученые, бизнесмены, политики. Зонды и марсоходы дали ответы об особенностях геологии. Однако для пилотируемых миссий следует разобраться, есть ли у Марса атмосфера и какая она по своей структуре.
Общие сведения
У Марса есть своя атмосфера, но она составляет всего 1% от земной. Как и у Венеры, состоит преимущественно из углекислого газа, но опять же, намного тоньше. Относительно плотный слой составляет 100 км (для сравнения у Земли 500 — 1000 км по разным оценкам). Из-за этого отсутствует защита от солнечной радиации, а температурный режим практически не регулируется. Воздуха на Марсе в привычном нам понимании нет.
Учёные установили точный состав:
- Двуокись углерода — 96%.
- Аргон — 2,1%.
- Азот — 1,9%.
Содержание опасного для жизни углекислого газа в 23 раза больше, чем на Земле. Однако в небольшом количестве имеется водяной пар. Долгое время учёные задавались вопросом, есть ли кислород на Марсе. Сейчас известно, что его концентрация минимальна в виде примесей.
В 2003 году обнаружен метан. Открытие подстегнуло интерес к Красной планете, многие страны запустили программы исследования, которые привели к разговорам о полётах и колонизации.
Из-за маленькой плотности температурный режим не регулируется, поэтому перепады составляют в среднем 1000С. В дневное время устанавливаются достаточно комфортные условия +300С, а ночью температура поверхности падает до -800С. Давление составляет 0,6 кПа (1/110 от земного показателя). На нашей планете подобные условия встречаются на высоте 35 км. Это главная опасность для человека без защиты — его убьёт не температура или газы, а давление.
У поверхности постоянно присутствует пыль. Из-за маленькой силы тяжести облака поднимаются до 50 км. Сильные перепады температуры приводят к появлению ветров с порывами до 100 м/с, поэтому пылевые бури на Марсе обычное дело. Серьезной угрозы они не представляют из-за маленькой концентрации частиц в воздушных массах.
Из каких слоев состоит атмосфера Марса?
Сила тяжести меньше земной, поэтому у Марса атмосфера не так явно делится на слои по плотности и давлению. Однородный состав сохраняется до отметки 11 км, далее атмосфера начинает разделяться на слои. Выше 100 км плотность снижается до минимальных значений.
- Тропосфера — до 20 км.
- Стратомезосфера — до 100 км.
- Термосфера — до 200 км.
- Ионосфера — до 500 км.
В верхней атмосфере присутствуют лёгкие газы — водород, углерод. В этих слоях скапливается кислород. Отдельные частицы атомарного водорода распространяются на расстояние до 20 000 км, формируя водородную корону. Чёткого разделения между крайними областями и космическим пространством нет.
Верхняя атмосфера
На отметке более 20-30 км располагается термосфера — верхние области. Состав остается стабильным до высоты 200 км. Здесь наблюдается высокое содержание атомарного кислорода. Температура достаточно низкая — до 200-300 К (от -70 до -2000С). Далее идет ионосфера, в которой ионы вступают в реакцию с нейтральными элементами.
Нижняя атмосфера
В зависимости от времени года граница этого слоя меняется, и эта зона именуется тропопаузой. Далее простирается стратомезосфера, температура которой в среднем составляет -1330С. На Земле здесь содержится озон, защищающий от космического излучения. На Марсе он скапливается на высоте 50-60 км и далее практически отсутствует.
Состав атмосферы
Земная атмосфера состоит из азота (78%) и кислорода (20%), в небольших количествах присутствует аргон, углекислый газ, метан и т.д. Такие условия считаются оптимальными для возникновения жизни. Состав воздуха на Марсе существенно отличается. Основным элементом марсианской атмосферы является углекислый газ — порядка 95%. На азот приходится 3%, а на аргон 1,6%. Общее количество кислорода — не более 0,14%.
Такой состав сформировался из-за слабого притяжения Красной планеты. Наиболее устойчивым оказался тяжёлый углекислый газ, который постоянно пополняется в результате вулканической активности. Лёгкие газы рассеиваются в космосе, вследствие низкой силы притяжения и отсутствия магнитного поля. Азот удерживается гравитацией в виде двухатомной молекулы, но расщепляется под воздействием радиации, и виде одиночных атомов улетает в космос.
С кислородом схожая ситуация, но в верхних слоях он вступает в реакцию с углеродом и водородом. Однако учёные до конца не понимают особенности реакций. По расчётам количество угарного газа СО должно быть больше, но в итоге он окисляется до углекислого СО2 и опускается к поверхности. Отдельно молекулярный кислород О2 появляется только после химического распада углекислого газа и воды в верхних слоях под воздействием фотонов. Он относится к неконденсирующимся на Марсе веществам.
Учёные полагают, что миллионы лет назад количество кислорода было сопоставимо с земным — 15-20%. Пока неизвестно точно, почему условия изменились. Однако отдельные атомы не так активно улетучиваются, и из-за большего веса он даже накапливается. В некоторой степени наблюдается обратный процесс.
Остальные важные элементы:
- Озон — практически отсутствует, имеется одна область скопления в 30-60 км от поверхности.
- Вода — содержание в 100-200 раз меньше, чем в самом засушливом регионе Земли.
- Метан — наблюдаются выбросы неизвестной природы, и пока наиболее обсуждаемое вещество для Марса.
Метан на Земле относится к биогенным веществам, поэтому потенциально может быть связан с органикой. Природа появления и быстрого разрушения пока не объяснена, поэтому ученые ищут ответы на эти вопросы.
Что случилось с атмосферой Марса в прошлом?
На протяжении миллионов лет существования планеты атмосфера меняется по составу и структуре. В результате исследований появились доказательства того, что в прошлом на поверхности существовали жидкие океаны. Однако сейчас вода осталась в небольших количествах в виде пара или льда.
Причины исчезновения жидкости:
- Низкое атмосферное давление не способно сохранять воду в жидком состоянии длительное время, как это происходит на Земле.
- Гравитация не достаточна сильная, чтобы удерживать облака пара.
- Из-за отсутствия магнитного поля вещество уносится частицами солнечного ветра в космос.
- При значительных перепадах температуры вода может сохраняться только в твёрдом состоянии.
Иными словами, атмосфера Марса не достаточно плотная, чтобы сохранять воду в виде жидкости, а маленькая сила притяжения не способна удержать водород и кислород.
По оценкам специалистов благоприятные условия для жизни на Красной планете могли сформироваться около 4 млрд. лет назад. Возможно, в то время существовала жизнь.
Называют следующие причины разрушения:
- Отсутствие защиты от излучения солнца и постепенно истощение атмосферы на протяжении миллионов лет.
- Столкновение с метеоритом или иным космическим телом, моментально уничтожившим атмосферу.
Первая причина на данный момент пока более вероятна, так как следов глобальной катастрофы пока не обнаружено. Подобные выводы удалось сделать благодаря исследованием автономной станции Curiosity. Марсоход установил точный состав воздуха.
Древняя атмосфера Марса содержала много кислорода
Сегодня у учёных практически нет сомнений, что раньше на Красной планете была вода. На многочисленных фотографиях с орбиты виды очертания океанов. Визуальные наблюдения подтверждаются конкретными исследованиями. Марсоходы брали анализы грунта в долинах бывших морей и рек, и химический состав подтвердил первоначальные предположения.
В нынешних условиях любая жидкая вода на поверхности планеты моментально испарится, потому что давление слишком низкое. Однако если в древности существовали океаны и озёра, то условия были иными. Одно из предположений — иной состав с долей кислорода порядка 15-20%, а также увеличенной долей азота и аргона. В таком виде Марс становится практически идентичным нашей родной планете — с жидкой водой, кислородом и азотом.
Другие учёные высказывают предположении о существовании полноценного магнитного поля, способного защитить от солнечного ветра. Его мощность сопоставима с земным, а это ещё один фактор, говорящий в пользу наличия условия для зарождения и развития жизни.
Причины истощения атмосфера
Вершина развития приходится на Гесперийскую эру (3,5-2,5 млрд. лет назад). На равнине находился солёный океан, сопоставимый по размерам с Северным Ледовитым океаном. Температура у поверхности достигала 40-500С, а давление было около 1 атм. Высока вероятность существования живых организмов в тот период. Однако период «процветания» был недостаточно долгим, чтобы возникла сложная и тем более разумная жизнь.
Одна из основных причин — маленькие размеры планеты. Марс меньше Земли, поэтому гравитация и магнитное поле слабее. В результате солнечный ветер активно выбивал частицы и буквально срезал оболочку слой за слоем. Состав атмосферы начал меняться на протяжении 1 млрд лет, после чего климатические изменения стали катастрофическими. Уменьшение давления приводило к испарению жидкости и перепадам температуры.
Постепенно у поверхности накапливался тяжёлый углекислый газ, а остальные элементы улетучивались в космос или в верхние слои атмосферы. Марс превратился в безжизненную пустыню. Однако исследования планеты продолжаются, а учёные получают больше информации о процессах, происходящих на поверхности. Особое внимание уделяется метану в газообразной и жидкой форме, химическим процессам, протекающим в различных слоях атмосферы и другим аспектам.
Пригодилась информация? Плюсани в социалки!
- Марс в разрезе: внутреннее строение, геологическая эволюция и состав
- Как долго длится год на Марсе
- Жизнь на Марсе: поиск и доказательство
Источник