Какой газ составляет основу атмосферы марса. Атмосфера древнего марса

Марс, как и Венера - землеподобные планеты. У них очень много общего, но есть и отличия. Ученые не теряют надежды найти жизнь на Марсе, а также терраформировать этого «родственника» Земли, пускай и в далеком будущем. Для Красной планеты эта задача выглядит более простой, чем для Венеры. К сожалению, у Марса очень слабое магнитное поле, что усложняет ситуацию. Дело в том, что из-за почти полного отсутствия магнитного поля солнечный ветер оказывает очень сильное влияние на атмосферу планеты. Он вызывает диссипацию атмосферных газов, так что в сутки в космос уходит около 300 тонн атмосферных газов.

По мнению специалистов, именно солнечный ветер стал причиной рассеивания около 90% марсианской атмосферы в течение миллиардов лет. В итоге давление у поверхности Марса составляет 0,7-1,155 кПа (1/110 от земного, такое давление на Земле можно увидеть, поднявшись на высоту в тридцать километров от поверхности).

Атмосфера на Марсе состоит, преимущественно, из углекислого газа (95%) с небольшими примесями азота, аргона, кислорода и некоторых других газов. К сожалению, давление и состав атмосферы на Красной планете делает дыхание земных живых организмов невозможным на Красной планете. Вероятно, некоторые микроскопические организмы и смогут выжить, но и они не смогут чувствовать себя в таких условиях комфортно.

Состав атмосферы - не такая уж и проблема. Если бы атмосферное давление на Марсе составило бы половину или треть от земного, то колонисты или марсонавты смогли бы находиться в определенное время суток и года на поверхности планеты без скафандров, используя лишь аппарат для дыхания. Более комфортно на Марсе почувствовали бы себя и многие земные организмы.

В НАСА считают, что повысить давление атмосферы на соседе Земли можно, если защитить Марс от солнечного ветра. Такую защиту обеспечивает магнитное поле. На Земле оно существует благодаря так называемому механизму гидродинамического динамо. В жидком ядре планеты постоянно циркулируют потоки электропроводящего вещества (расплавленного железа), благодаря чему возбуждаются электрические токи, которые создают магнитные поля. Внутренние потоки в ядре земли ассиметричны, что обуславливает усиление магнитного поля. Магнитосфера Земли надежно защищает атмосферу от «выдувания» солнечным ветром.

Диполь по расчетам авторов проекта создания магнитного щита для Марса будет генерировать достаточно сильное магнитное поле, которое не допустит к планете солнечный ветер

К сожалению для человека, на Марсе (и Венере) нет постоянного мощного магнитного поля, фиксируются лишь слабые следы. Благодаря Mars Global Surveyor удалось обнаружить магнитное вещество под корой Марса. В НАСА считают, что эти аномалии образовались под влиянием некогда магнитного ядра и сохранили магнитные свойства даже после того, как сама планета утратила свое поле.

Где взять магнитный щит

На схеме НАСА показано, как магнитный щит будет защищать Марс от воздействия солнечного ветра

Авторы идеи создали несколько симуляционных моделей, каждая из которых показала, что в течение после запуска магнитного щита давление на Марсе достигнет половины земного. В частности, углекислый газ на полюсах Марса будет испаряться, переходя в газ из твердой фазы. С течением времени проявит себя парниковый эффект, на Марсе начнет теплеть, лед, который находится близко к поверхности планеты во многих ее местах, растает и планета покроется водой. Считается, что такие условия существовали на Марсе около 3,5 млрд лет назад.

Конечно, это проект не сегодняшнего дня, но, возможно, в будущем столетии люди смогут реализовать эту идею и терраформировать Марс, создав себе второй дом.

Марс, четвертая по удаленности от Солнца планета, уже длительное время является объектом пристального внимания мировой науки. Эта планета очень похожа на Землю за одним, маленьким, но судьбоносным, исключением - атмосфера Марса составляет не более одного процента от объема земной атмосферы. Газовая оболочка любой планеты является определяющим фактором, формирующим ее внешний вид и условия на поверхности. Известно, что все твердые миры Солнечной системы сформировались примерно в одинаковых условиях на расстоянии 240 млн. километров от Солнца. Если условия формирования Земли и Марса были практически одинаковыми, то почему же сейчас эти планеты настолько разные?

Все дело в размерах - Марс, сформированный из того же материала, что и Земля, имел когда-то жидкое и горячее металлическое ядро, как и наша планета. Доказательство - множество потухших вулканов на Но «красная планета» гораздо меньше Земли. А значит, и остывала она быстрее. Когда жидкое ядро окончательно остыло и затвердело, завершился процесс конвекции, а вместе с ним исчез и магнитный щит планеты - магнитосфера. Вследствие чего планета осталась беззащитной перед губительной энергией Солнца, и атмосфера Марса была практически полностью унесена солнечным ветром (гигантским потоком радиоактивных ионизированных частиц). «Красная планета» превратилась в безжизненную унылую пустыню…

Сейчас атмосфера на Марсе представляет собой тонкую разряженную газовую оболочку, не способную противостоять проникновению убийственной которая выжигает поверхность планеты. Тепловая релаксация Марса на несколько порядков меньше, чем аналогичный показатель, например, Венеры, чья атмосфера намного плотнее. Атмосфера Марса, имеющая слишком малое значение теплоемкости, формирует более резко выраженные среднесуточные показатели скорости ветра.

Состав атмосферы Марса характеризуется очень высоким содержанием (95%). Также атмосфера содержит азот (около 2,7%), аргон (примерно 1,6%) и незначительное количество кислорода (не более 0,13%). Атмосферное давление Марса в 160 раз превышает аналогичный показатель у поверхности планеты. В отличие от земной атмосферы, газовая оболочка здесь носит ярко выраженный изменчивый характер, обусловленный тем, что полярные шапки планеты, содержащие огромное количество углекислого газа, тают и намерзают в течение одного годового цикла.

По данным, полученным с исследовательского космического аппарата «Mars Express», атмосфера Марса содержит некоторое количество метана. Особенность этого газа заключается в его быстром разложении. Это значит, что где-то на планете должен находиться источник пополнения метана. Варианта здесь может быть всего два - либо геологическая активность, следы которой пока не обнаружены, либо жизнедеятельность микроорганизмов, что способно перевернуть наше представление о наличии очагов жизни в Солнечной системе.

Характерным эффектом марсианской атмосферы являются пылевые бури, которые могут бушевать месяцами. Это плотное воздушное покрывало планеты состоит преимущественно из углекислоты с незначительными вкраплениями кислорода и водяного пара. Такой затяжной эффект обусловлен крайне низкой гравитацией Марса, что позволяет даже сверхразряженной атмосфере поднимать с поверхности и удерживать длительное время миллиарды тонн пыли.

Характеристики: Атмосфера Марса более разряжена, чем воздушная оболочка Земли. По составу она напоминает атмосферу Венеры и на 95% состоит из углекислого газа. Около 4% приходится на долю азота и аргона. Кислорода и водяного пара в марсианской атмосфере меньше 1% (Точный состав см ). Среднее давление атмосферы на уровне поверхности около 6,1 мбар. Это в 15000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли. В самых глубоких впадинах давление достигает 10 мбар.
Средняя температура на Марсе значительно ниже чем на Земле, - около -40° С. При наиболее благоприятных условиях летом на дневной половине планеты воздух прогревается до 20° С - вполне приемлемая температура для жителей Земли. Но зимней ночью мороз может достигать до -125° С. При зимней температуре даже углекислота замерзает, превращаясь в сухой лед. Такие резкие перепады температуры вызваны тем, что разреженная атмосфера Марса не способна долго удерживать тепло. Первые измерения температуры Марса с помощью термометра, помещённого в фокусе телескопа-рефлектора, проводились ещё в начале 20-х годов. Измерения В. Лампланда в 1922 г. дали среднюю температуру поверхности Марса -28°С, Э. Петтит и С. Никольсон получили в 1924 г. -13°С. Более низкое значение получили в 1960г. У. Синтон и Дж. Стронг: -43°С. Позднее, в 50-е и 60-е гг. были накоплены и обобщены многочисленные измерения температур в различных точках поверхности Марса, в разные сезоны и времена суток. Из этих измерений следовало, что днём на экваторе температура может доходить до +27°С, но уже к утру до -50°С.

На Марсе существуют и температурные оазисы, в районах "озера" Феникс (плато Солнца) и земли Ноя перепад температур составляет от -53° С до +22° С летом и от -103° С до -43° С зимой. Итак, Марс - весьма холодный мир, однако климат там ненамного суровее, чем в Антарктиде. Когда первые фотографии с поверхности Марса, сделанные “Викингом”, были переданы на Землю, ученые были очень сильно удивлены, увидев, что Марсианское небо не черное, как это предполагалось, а розовое. Оказалось что пыль, висящая в воздухе, поглощает 40% поступающего солнечного цвета, создавая цветной эффект.
Пылевые бури: Одним из проявлений перепада температур являются ветры. Над поверхностью планеты часто дуют сильные ветры, скорость которых доходит до 100 м/с. Малая сила тяжести позволяет даже разреженным потокам воздуха поднимать огромные облака пыли. Иногда довольно обширные области на Марсе бывают охвачены грандиозными пылевыми бурями. Чаще всего они возникают вблизи полярных шапок. Глобальная пылевая буря на Марсе помешала фотографированию поверхности с борта зонда "Маринер-9". Она бушевала с сентября 1971 по январь 1972 г., подняв в атмосферу на высоте более 10 км около миллиарда тонн пыли. Пылевые бури чаще всего бывают в периоды великих противостояний, когда лето в южном полушарии совпадает с прохождением Марса через перигелий. Продолжительность бурь может достигать 50-100 суток. (Раньше меняющийся цвет поверхности объяснялся ростом марсианских растений).
Пылевые дьяволы: Пылевые смерчи - еще один пример процессов на Марсе, связанных с температурой. Такие смерчи очень частые проявления на Марсе. Они поднимают в атмосферу пыль и возникают из-за разниц температур. Причина: днем поверхность Марса достаточно нагревается (иногда и до положительных температур), но на высоте до 2х метров от поверхности атмосфера остается такой же холодной. Такой перепад вызывает нестабильность, поднимая в воздух пыль - образуются пылевые дьяволы.
Водяной пар: Водяного пара в марсианской атмосфере совсем немного, но при низких давлении и температуре он находится в состоянии, близком к насыщению, и часто собирается в облака. Марсианские облака довольно невыразительны по сравнению с земными. В телескоп видны только самые большие из них, но наблюдения с космических кораблей показали, что на Марсе встречаются облака самых разнообразных форм и видов: перистые, волнистые, подветренные (вблизи крупных гор и под склонами больших кратеров, в местах, защищенных от ветра). Над низинами - каньонами, долинами - и на дне кратеров в холодное время суток часто стоят туманы. Зимой 1979 г. в районе посадки "Викинга-2" выпал тонкий слой снега, который пролежал несколько месяцев.
Времена года: На сегодняшний момент известно, что из всех планет Солнечной системы Марс наиболее подобен Земле. Он сформировался приблизительно 4,5 млрд. лет назад. Ось вращения Марса наклонена к его орбитальной плоскости приблизительно на 23,9°, что сравнимо с наклоном земной оси, составляющим 23,4°, а потому там, как и на Земле, происходит смена сезонов. Ярче всего сезонные изменения проявляются в полярных областях. В зимнее время полярные шапки занимают значительную площадь. Граница северной полярной шапки может удалиться от полюса на треть расстояния до экватора, а граница южной шапки преодолевает половину этого расстояния. Такая разница вызвана тем, что в северном полушарии зима наступает, когда Марс проходит через перигелий своей орбиты, а в южном - когда через афелий. Из-за этого зима в южном полушарии холоднее, чем в северном. И продолжительность каждого из четырех марсианских сезонов разнится в зависимости от его удаления от Солнца. А потому в марсианском северном полушарии зима коротка и относительно «умеренна», а лето длинное, но прохладное. В южном же наоборот - лето короткое и относительно теплое, а зима длинная и холодная.
С наступлением весны полярная шапка начинает "съеживаться", оставляя за собой постепенно исчезающие островки льда. В то же время от полюсов к экватору распространяется так называемая волна потемнения. Современные теории объясняют ее тем, что весенние ветры переносят вдоль меридианов большие массы грунта с различными отражательными свойствами.

По-видимому, ни одна из шапок не исчезает полностью. До начала исследований Марса при помощи межпланетных зондов предполагалось, что его полярные области покрыты застывшей водой. Более точные современные наземные и космические измерения обнаружили в составе марсианского льда также замерзший углекислый газ. Летом он испаряется и поступает в атмосферу. Ветры переносят его к противоположной полярной шапке, где он снова замерзает. Этим круговоротом углекислого газа и разными размерами полярных шапок объясняется непостоянство давления марсианской атмосферы.
Марсианский день, называемый сол, составляет 24,6 часа, а его год - 669 сол.
Влияние климата: Первые попытки разыскать в марсианской почве прямые свидетельства наличия основы для жизни - жидкой воды и таких элементов, как азот и сера, не принесли успеха. Экзобиологический эксперимент, проведенный на Марсе в 1976 году после посадки на его поверхность американской межпланетной станции «Викинг», несшей на своем борту автоматическую биологическую лабораторию (АБЛ), не принес доказательств существования жизни. Отсутствие органических молекул на изученной поверхности могло быть вызвано интенсивным ультрафиолетовым излучением Солнца, так как у Марса нет защитного озонового слоя, и окисляющим составом почвы. Поэтому верхний слой марсианской поверхности (толщиной около нескольких сантиметров) - бесплоден, хотя существует предположение, что в более глубоких, подповерхностных, слоях сохранились условия, которые были миллиарды лет назад. Определенным подтверждением этих предположений стали недавно обнаруженные на Земле на глубине 200 м микроорганизмы - метаногены, питающиеся водородом и дышащие углекислым газом. Специально же проведенный учеными эксперимент доказал, что подобные микроорганизмы могли бы выжить и в суровых марсианских условиях. Гипотеза о более теплом древнем Марсе с открытыми водоемами - реками, озерами, а может, и морями, а также с более плотной атмосферой - обсуждается уже более двух десятилетий, так как «обживать» столь негостеприимную планету, да еще при отсутствии воды, было бы очень сложно. Для того чтобы на Марсе могла существовать жидкая вода, его атмосфера должна была бы очень сильно отличаться от нынешней.

и звестно, что атмосфера Красной планеты напоминает атмосферу Венеры. Включае т она в себя, в основном, углекислый газ, но атмосфера тоньше, чем венерианск ая. В 2003 г. выявили, что в атмосфере Марса присутствует метан. Представленное открытие впечатлило учёных и заставило осуществлять всё новые поиски. Наличие метана косвенно подтверждает существование жизни на Марсе. Но нельзя сбрасывать со счетов и тот факт, что оно может возникнуть и ввиду вулканической деятельности планеты.

Известно, что в атмосфере Красной планеты присутствуют: азот – около 2%, двуокись углерода – более 90%, аргон – более 2%. Также в ней присутствуют – водяной пар, кислород и другие элементы. Почему же тогда жизнь на объекте отсутствует? Всё дело в том, что содержание углекислого газа на нём в 23 раза выше, чем на Земле.

Это значит, что существование привычной нам формы жизни – человек и животное, на планете невозможно. Но это не говорит о том, что на красной планете не могут жить инопланетяне.

Информация о составе марсианской атмосферы.

Содержание марсианской атмосферы и вес планеты могут изменяться. В зимнее время атмосфера предстает разряженной, так как углекислый газ собирается на шапках гор. Летом он испаряется, а атмосфера становится плотной.

Но это ещё полбеды. Атмосфера космического тела не способна сглаживать изменения температур в продолжение суток. Вот и получается, что днем температура воздуха может доходить до +30, а ночью – до -80. На полюсах разница чувствуется острее – ночные температуры там могут доходить до -150 градусов.

Атмосферное давление на красной планете намного больше, чем на Земле – 600 Па, для сравнения, на нашей планете оно – 101 Паскаль. На наивысшей точке Марса – вулкане – атмосферное давление равняется 30 Паскаль. Самая низкая точка обладает давлением, равным более 1000 Па.

Несмотря на разреженность атмосферы, на расстоянии в 1,5 километров от поверхности грунта на Марсе всегда пыльно. Поэтому небо часто окрашено в оранжевый или коричневый цвет. Всё дело в низком давлении, из-за него пыль падает очень медленно.

Изменение характеристик атмосферы.

Есть мнение, что марсианская атмосфера видоизменялась с течением времени. Учёные думают, что раньше на объекте в большом количестве была вода. Но затем климат изменился, и теперь она может быть лишь в виде пара либо льда. Так как средняя температура на космическом теле равна -63 градуса, неудивительно, что вода на ней находится в твердом виде. Известно, что удерживать влагу из-за низкого давления планета может лишь в нижних точках.

Раньше на планете были куда более мягкие условия. Приблизительно 4 млрд. лет назад он был наполнен кислородом. Но затем атмосфера обеднела. Почему это произошло? Выделяется несколько причин:

• Низкая гравитация на планете, не позволяющая удержать атмосферу;
• Воздействие солнечных лучей;
• Столкновение с метеоритом и последующая катастрофа.

Сможем ли мы когда-нибудь жить на Марсе.

Пока что колонизация Марса выглядит как что-то из области фантастики. Но, если приручить атмосферу планеты, всё возможно… Главное – решать проблемы постепенно, по одной. Сначала решить вопрос о гравитации, затем о кислороде, далее о температуре, и жизнь на Марсе людей станет реальностью.

Реакцию Сабатье давно и активно используют, к примеру, на станциях, расположенных в космосе, где есть необходимость в переработке углекислого газа для космонавтов. Если применить подобную схему на практике на красной планете, природная атмосфера планеты нас не остановит. Мы сами сможем вырабатывать достаточное количество кислорода для жизни, а после этого, может и температура на поверхности красной планеты выровняется. Остается только решить вопрос с гравитацией и можно заселять новое место для жительства.

математическое моделирование и сравнили полученные результаты с составом древней марсианской атмосферы, запертой в старом метеорите. Они пришли к выводу, что 4 миллиарда лет назад имел плотную атмосферу, поверхностное давление которой превышало 0,5 бар (50000 Па).

Это говорит о том, что процесс исчезновения атмосферы Марса был вызван, вероятнее всего, солнечным ветром. Именно он несет ответственность за превращение Марса в мир холодных пустынь, которым мы знаем его сегодня.

При изучении данных, полученных в результате работы исследовательских экспедиций к Красной планете ученые предположили, что Марс когда-то обладал теплым климатом, который поддерживал существование океанов на его поверхности. Для этого требуется плотная атмосфера с достаточно выраженным парниковым эффектом. Однако, современный Марс имеет тонкую атмосферу, поверхностное давление которой составляет всего 0,006 бар. Это обуславливает существование в настоящее время на планете очень холодного климата по сравнению с . Оставалось большой загадкой — когда и как Марс потерял свою плотную атмосферу.

Метод исследования

Находящийся в распоряжении ученых старый метеорит содержит частицы древней марсианской атмосферы. Исследователи смоделировали процессы изменения марсианской атмосферы на протяжении его истории в различных условиях. Сравнивая результаты с изотопным составом полученного из метеорита газа, исследователи вычислили, насколько атмосфера Марса была плотна в то время, когда газ попал в ловушку в метеорите.

Обзор результатов исследований

Исследовательская группа пришла к выводу, что Марс около 4 миллиардов лет назад имел плотную атмосферу. Давление воздуха у поверхности планеты в то время составляло не менее 0,5 бар и, возможно, даже выше. Марс имел свое магнитное поле, но около 4 миллиардов лет назад потерял его. Результат исследования показывает, что за превращение Марса из теплого мокрого мира в холодный мир пустыни отвечает , которая начала разрушать атмосферу планеты.

Перспективы исследований

Космический аппарат NASA MAVEN находится на орбите вокруг Марса, и продолжает исследовать процессы, которые уничтожили атмосферу Красной планеты. Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) планирует продолжить наблюдение за этими процессами с помощью космического аппарата Martian Moons eXploration (MMX). Эти миссии смогут объяснить, как же все таки плотная атмосфера древнего Марса, предсказанная в этом , была утрачена с течением времени.