Який газ є основою атмосфери марсу. Атмосфера стародавнього марсу

Марс, як і Венера – землеподібні планети. Вони мають дуже багато спільного, але є й відмінності. Вчені не втрачають надії знайти життя на Марсі, а також терраформувати цього родича Землі, хай і в далекому майбутньому. Для Червоної планети це завдання виглядає простішим, ніж для Венери. На жаль, Марс має дуже слабке магнітне поле, що ускладнює ситуацію. Справа в тому, що через майже повну відсутність магнітного поля сонячний вітер дуже сильно впливає на атмосферу планети. Він викликає дисипацію атмосферних газів, тож за добу до космосу йде близько 300 тонн атмосферних газів.

На думку фахівців, саме сонячний вітер спричинив розсіювання близько 90% марсіанської атмосфери протягом мільярдів років. В результаті тиск біля поверхні Марса становить 0,7-1,155 кПа (1/110 від земного, такий тиск на Землі можна побачити, піднявшись на висоту в тридцять кілометрів від поверхні).

Атмосфера на Марсі складається переважно з вуглекислого газу (95%) з невеликими домішками азоту, аргону, кисню та деяких інших газів. На жаль, тиск і склад атмосфери на Червоній планеті унеможливлюють дихання земних живих організмів на Червоній планеті. Ймовірно, деякі мікроскопічні організми і зможуть вижити, але вони не зможуть почуватися в таких умовах комфортно.

Склад атмосфери – не така вже й проблема. Якби атмосферний тиск на Марсі становив би половину чи третину від земного, то колоністи чи марсонавти змогли б перебувати у певний час доби та року на поверхні планети без скафандрів, використовуючи лише апарат для дихання. Найкомфортніше на Марсі відчули б себе і багато земних організмів.

У НАСА вважають, що підвищити тиск атмосфери на сусіді Землі можна, якщо захистити Марс від сонячного вітру. Такий захист забезпечує магнітне поле. На Землі воно існує завдяки так званому механізму гідродинамічного динамо. У рідкому ядрі планети постійно циркулюють потоки електропровідної речовини (розплавленого заліза), завдяки чому збуджуються електричні струми, які утворюють магнітні поля. Внутрішні потоки в ядрі землі асиметричні, що зумовлює посилення магнітного поля. Магнітосфера Землі надійно захищає атмосферу від видування сонячним вітром.

Диполь за розрахунками авторів проекту створення магнітного щита для Марса генеруватиме досить сильне магнітне поле, яке не допустить до планети сонячний вітер

На жаль для людини, на Марсі (і Венері) немає постійного потужного магнітного поля, фіксуються лише слабкі сліди. Завдяки Mars Global Surveyor вдалося виявити магнітну речовину під корою Марса. У НАСА вважають, що ці аномалії утворилися під впливом магнітного ядра колись і зберегли магнітні властивості навіть після того, як сама планета втратила своє поле.

Де взяти магнітний щит

На схемі НАСА показано, як магнітний щит захищатиме Марс від впливу сонячного вітру.

Автори ідеї створили кілька симуляційних моделей, кожна з яких показала, що після запуску магнітного щита тиск на Марсі досягне половини земного. Зокрема, вуглекислий газ на полюсах Марса випаровуватиметься, переходячи в газ із твердої фази. З часом проявить себе парниковий ефект, на Марсі почне тепліти, лід, що знаходиться близько до поверхні планети у багатьох її місцях, розтане і планета покриється водою. Вважається, що такі умови існували на Марсі близько 3,5 млрд. років тому.

Звичайно, це проект не сьогоднішнього дня, але, можливо, у майбутньому столітті люди зможуть реалізувати цю ідею та терраформувати Марс, створивши собі другий будинок.

Марс, четверта за віддаленістю від Сонця планета, тривалий час є об'єктом пильної уваги світової науки. Ця планета дуже схожа на Землю за одним, маленьким, але доленосним, винятком - атмосфера Марса становить трохи більше відсотка обсягу земної атмосфери. Газова оболонка будь-якої планети є визначальним фактором, що формує її зовнішній вигляд та умови на поверхні. Відомо, що це тверді світи Сонячної системи сформувалися приблизно за однакових умов з відривом 240 млн. кілометрів від Сонця. Якщо умови формування Землі та Марса були практично однаковими, то чому зараз ці планети настільки різні?

Вся річ у розмірах - Марс, сформований з того самого матеріалу, що й Земля, мав колись рідке та гаряче металеве ядро, як і наша планета. Доказ - безліч згаслих вулканів на Але "червона планета" набагато менше Землі. А значить, і остигала вона швидше. Коли рідке ядро ​​остаточно захололо і затверділо, завершився процес конвекції, а разом з ним зник і магнітний щит планети - магнітосфера. Внаслідок чого планета залишилася беззахисною перед згубною енергією Сонця, і атмосфера Марса була практично повністю віднесена сонячним вітром (гігантським потоком радіоактивних іонізованих частинок). «Червона планета» перетворилася на неживу сумну пустелю.

Зараз атмосфера на Марсі є тонкою розрядженою газовою оболонкою, не здатною протистояти проникненню вбивчої, яка випалює поверхню планети. Теплова релаксація Марса на кілька порядків менша, ніж аналогічний показник, наприклад, Венери, чия атмосфера набагато щільніша. Атмосфера Марса, що має дуже мале значення теплоємності, формує більш різко виражені середньодобові показники швидкості вітру.

Склад атмосфери Марсу характеризується дуже високим вмістом (95%). Також атмосфера містить азот (близько 2,7%), аргон (приблизно 1,6%) та незначну кількість кисню (не більше 0,13%). Атмосферний тиск Марса у 160 разів перевищує аналогічний показник у поверхні планети. На відміну від земної атмосфери, газова оболонка тут має яскраво виражений мінливий характер, зумовлений тим, що полярні шапки планети, що містять величезну кількість вуглекислого газу, тануть і намерзають протягом одного річного циклу.

За даними, отриманими з дослідницького космічного апарату Mars Express, атмосфера Марса містить деяку кількість метану. Особливість цього газу полягає у його швидкому розкладанні. Це означає, що десь на планеті має бути джерело поповнення метану. Варіанту тут може бути всього два - або геологічна активність, сліди якої поки що не виявлені, або життєдіяльність мікроорганізмів, що здатне перевернути наше уявлення про наявність осередків життя в Сонячній системі.

Характерним ефектом марсіанської атмосфери є пилові бурі, які можуть вирувати місяцями. Це щільне повітряне покривало планети складається переважно з вуглекислоти з незначними вкрапленнями кисню та водяної пари. Такий затяжний ефект зумовлений вкрай низькою гравітацією Марса, що дозволяє навіть надрозрядженій атмосфері піднімати з поверхні і тривалий час утримувати мільярди тонн пилу.

Характеристики:Атмосфера Марса більш розряджена, ніж повітряна оболонка Землі. За складом вона нагадує атмосферу Венери і на 95% складається із вуглекислого газу. Близько 4% посідає частку азоту і аргону. Кисню та водяної пари в марсіанській атмосфері менше 1% (точний склад см). Середній тиск атмосфери лише на рівні поверхні близько 6,1 мбар. Це в 15000 разів менше, ніж на Венері, і в 160 разів менше, ніж у Землі. У найглибших западинах тиск сягає 10 мбар.
Середня температура на Марсі значно нижча ніж на Землі, - близько -40 ° С. За найсприятливіших умов влітку на денній половині планети повітря прогрівається до 20 ° С - цілком прийнятна температура для жителів Землі. Але зимової ночі мороз може досягати до -125 ° С. При зимовій температурі навіть вуглекислота замерзає, перетворюючись на сухий лід. Такі різкі перепади температури спричинені тим, що розріджена атмосфера Марса не здатна довго утримувати тепло. Перші вимірювання температури Марса за допомогою термометра, вміщеного у фокусі телескопа-рефлектора, проводилися ще на початку 20-х років. Вимірювання В. Лампланда в 1922 дали середню температуру поверхні Марса -28°С, Е. Петтіт і С. Нікольсон отримали в 1924 -13°С. Нижче значення набули 1960г. У. Сінтон та Дж. Стронг: -43°С. Пізніше, у 50-ті та 60-ті рр. ХХ ст. були накопичені та узагальнені численні вимірювання температур у різних точках поверхні Марса, у різні сезони та пори доби. З цих вимірів випливало, що вдень на екваторі температура може сягати +27°С, але вже до ранку до -50°С.

На Марсі існують і температурні оази, в районах "озера" Фенікс (плато Сонця) і землі Ноя перепад температур становить від -53 ° С до +22 ° С влітку і від -103 ° С до -43 ° С взимку. Отже, Марс - дуже холодний світ, проте клімат там не набагато суворіший, ніж в Антарктиді. Коли перші фотографії з поверхні Марса, зроблені "Вікінгом", були передані на Землю, вчені були дуже здивовані, побачивши, що Марсіанське небо не чорне, як передбачалося, а рожеве. Виявилося, що пил, що висить у повітрі, поглинає 40% сонячного кольору, що надходить, створюючи кольоровий ефект.
Пилові бурі:Одним із проявів перепаду температур є вітри. Над поверхнею планети часто дмуть сильні вітри, швидкість яких сягає 100 м/с. Мала сила тяжіння дозволяє навіть розрідженим потокам повітря піднімати величезні хмари пилу. Іноді досить великі області Марсі бувають охоплені грандіозними пиловими бурями. Найчастіше вони з'являються поблизу полярних шапок. Глобальна пилова буря на Марсі завадила фотографуванню поверхні з борту зонда "Марінер-9". Вона вирувала з вересня 1971 до січня 1972 р., піднявши в атмосферу на висоті понад 10 км близько мільярда тонн пилу. Пилові бурі найчастіше бувають у періоди великих протистоянь, коли літо у південній півкулі збігається з проходженням Марса через перигелій. Тривалість бур може досягати 50-100 діб. (Раніше мінливий колір поверхні пояснювався зростанням марсіанських рослин).
Пилові дияволи:Пилові смерчі - ще один приклад процесів на Марсі, пов'язаних із температурою. Такі смерчі дуже часті прояви на Марсі. Вони піднімають в атмосферу пилюку і виникають через різниці температур. Причина: вдень поверхня Марса досить нагрівається (іноді й до позитивних температур), але на висоті до 2х метрів від поверхні атмосфера залишається такою ж холодною. Такий перепад викликає нестабільність, піднімаючи повітря пил - утворюються пилові дияволи.
Водяна пара:Водяної пари в марсіанській атмосфері зовсім небагато, але при низьких тиску і температурі він знаходиться в стані, близькому до насичення, і часто збирається у хмари. Марсіанські хмари досить невиразні порівняно із земними. У телескоп видно лише найбільші з них, але спостереження з космічних кораблів показали, що на Марсі зустрічаються хмари найрізноманітніших форм і видів: перисті, хвилясті, підвітряні (поблизу великих гір і під схилами великих кратерів, у місцях, захищених від вітру). Над низинами - каньйонами, долинами - і дні кратерів в холодну пору доби часто стоять тумани. Взимку 1979 р. у районі посадки "Вікінга-2" випав тонкий шар снігу, який пролежав кілька місяців.
Пори року:На сьогоднішній момент відомо, що з усіх планет Сонячної системи Марс найбільш подібний до Землі. Він сформувався приблизно 4,5 млрд років тому. Вісь обертання Марса нахилена до його орбітальної площини приблизно на 23,9°, що можна порівняти з нахилом земної осі, що становить 23,4°, тому там, як і Землі, відбувається зміна сезонів. Найяскравіше сезонні зміни виявляються у полярних областях. Взимку полярні шапки займають значну площу. Кордон північної полярної шапки може відійти від полюса на третину відстані до екватора, а межа південної шапки долає половину цієї відстані. Така різниця викликана тим, що у північній півкулі зима настає, коли Марс проходить через перигелій своєї орбіти, а у південній – коли через афелій. Через це зима у південній півкулі холодніше, ніж у північній. І тривалість кожного з чотирьох марсіанських сезонів відрізняється залежно від його віддалення від Сонця. А тому в марсіанській північній півкулі зима коротка і відносно помірна, а літо довге, але прохолодне. У південному ж навпаки – літо коротке та відносно тепле, а зима довга та холодна.
З настанням весни полярна шапка починає "з'їжджуватися", залишаючи за собою острівці льоду, що поступово зникають. У той самий час від полюсів до екватора поширюється так звана хвиля потемніння. Сучасні теорії пояснюють її тим, що весняні вітри переносять вздовж меридіанів великі маси ґрунту з різними відбивними властивостями.

Очевидно, жодна з шапок не зникає повністю. На початок досліджень Марса з допомогою міжпланетних зондів передбачалося, що його полярні області покриті застиглою водою. Точніші сучасні наземні та космічні виміри виявили у складі марсіанського льоду також замерзлий вуглекислий газ. Влітку він випаровується і надходить до атмосфери. Вітри переносять його до протилежної полярної шапки, де він знову замерзає. Цим кругообігом вуглекислого газу та різними розмірами полярних шапок пояснюється мінливість тиску марсіанської атмосфери.
Марсіанський день, званий сол, становить 24,6 години, а його рік – 669 сол.
Вплив клімату:Перші спроби розшукати в марсіанському ґрунті прямі свідчення наявності основи для життя - рідкої води та таких елементів, як азот та сірка, не принесли успіху. Екзобіологічний експеримент, проведений на Марсі в 1976 після посадки на його поверхню американської міжпланетної станції «Вікінг», що несла на своєму борту автоматичну біологічну лабораторію (АБЛ), не приніс доказів існування життя. Відсутність органічних молекул на вивченій поверхні могла бути викликана інтенсивним ультрафіолетовим випромінюванням Сонця, оскільки Марс не має захисного озонового шару, і окислюючим складом грунту. Тому верхній шар марсіанської поверхні (товщиною близько кількох сантиметрів) - безплідний, хоча існує припущення, що в глибших, підповерхневих шарах збереглися умови, які були мільярди років тому. Певним підтвердженням цих припущень стали нещодавно виявлені Землі на глибині 200 м мікроорганізми - метаногени, які живляться воднем і дихають вуглекислим газом. Спеціально проведений вченими експеримент довів, що подібні мікроорганізми могли б вижити і в суворих марсіанських умовах. Гіпотеза про теплішому стародавньому Марсі з відкритими водоймищами - річками, озерами, а може, і морями, а також з більш щільною атмосферою - обговорюється вже більше двох десятиліть, тому що «обживати» таку негостинну планету, та ще за відсутності води, було б дуже складно. Для того, щоб на Марсі могла існувати рідка вода, його атмосфера мала б дуже відрізнятися від нинішньої.

ізвіс атмосфера Червоної планети нагадує атмосферу Венери. Включаєт вона в себе, в основному, вуглекислий газ, але атмосфера тонша за венеріанська я. У 2003 р. виявили, що у атмосфері Марса присутній метан. Представлене відкриття вразило вчених і змусило здійснювати нові пошуки. Наявність метану побічно підтверджує існування життя Марсі. Але не можна скидати з рахунків і той факт, що воно може виникнути і через вулканічну діяльність планети.

Відомо, що у атмосфері Червоної планети присутні: азот – близько 2%, двоокис вуглецю – понад 90%, аргон – понад 2%. Також у ній присутні – водяна пара, кисень та інші елементи. Чому ж тоді життя на об'єкті відсутнє? Справа в тому, що вміст вуглекислого газу на ньому в 23 рази вищий, ніж на Землі.

Це означає, що існування звичної нам форми життя – людина і тварина на планеті неможливе. Але це не свідчить, що на червоній планеті не можуть жити інопланетяни.

Інформація про склад марсіанської атмосфери.

Зміст марсіанської атмосфери та вага планети можуть змінюватися. У зимовий час атмосфера постає розрядженою, оскільки вуглекислий газ збирається на шапках гір. Влітку він випаровується, а атмосфера стає щільною.

Але це ще півбіди. Атмосфера космічного тіла не здатна згладжувати зміни температур протягом доби. Ось і виходить, що вдень температура повітря може сягати +30, а вночі – до -80. На полюсах різниця відчувається гостріше – нічні температури там можуть сягати -150 градусів.

Атмосферний тиск на червоній планеті набагато більший, ніж на Землі – 600 Па, для порівняння, на нашій планеті він – 101 Паскаль. На найвищій точці Марса вулкані атмосферний тиск дорівнює 30 Паскаль. Найнижча точка має тиск, що дорівнює більше 1000 Па.

Незважаючи на розрідженість атмосфери, на відстані 1,5 кілометра від поверхні ґрунту на Марсі завжди запорошено. Тому небо часто пофарбоване в оранжевий чи коричневий колір. Вся справа в низькому тиску, через нього пил падає дуже повільно.

Зміна параметрів атмосфери.

Є думка, що марсіанська атмосфера видозмінювалася з часом. Вчені гадають, що раніше на об'єкті у великій кількості була вода. Але потім клімат змінився, і тепер вона може бути лише у вигляді пари чи льоду. Так як середня температура на космічному тілі дорівнює -63 градуси, не дивно, що вода на ній у твердому вигляді. Відомо, що утримувати вологу через низький тиск планета може лише у нижніх точках.

Раніше на планеті були набагато м'якіші умови. Приблизно 4 млрд. років тому він був наповнений киснем. Але потім атмосфера збідніла. Чому це сталось? Виділяється кілька причин:

• Низька гравітація планети, яка дозволяє утримати атмосферу;
• Вплив сонячних променів;
• Зіткнення з метеоритом та подальша катастрофа.

Чи зможемо ми колись жити на Марсі.

Поки що колонізація Марса виглядає як щось із галузі фантастики. Але, якщо приручити атмосферу планети, все можливо… Головне вирішувати проблеми поступово, по одній. Спочатку вирішити питання про гравітацію, потім про кисень, далі про температуру, і життя на Марсі людей стане реальністю.

Реакцію Сабатьє давно і активно використовують, наприклад, на станціях, розташованих у космосі, де є потреба у переробці вуглекислого газу для космонавтів. Якщо застосувати подібну схему практично на червоній планеті, природна атмосфера планети нас не зупинить. Ми самі зможемо виробляти достатню кількість кисню для життя, а після цього, може, і температура на поверхні червоної планети вирівняється. Залишається вирішити питання з гравітацією і можна заселяти нове місце для проживання.

математичне моделювання та порівняли отримані результати зі складом стародавньої марсіанської атмосфери, замкненої у старому метеориті. Вони дійшли висновку, що 4 мільярди років тому мав щільну атмосферу, поверхневий тиск якої перевищував 0,5 бар (50 000 Па).

Це говорить про те, що процес зникнення атмосфери Марса був викликаний, найімовірніше, сонячним вітром. Саме він несе відповідальність за перетворення Марса на світ холодних пустель, яким ми знаємо його сьогодні.

При вивченні даних, отриманих в результаті роботи дослідницьких експедицій до Червоної планети, вчені припустили, що Марс колись мав теплий клімат, який підтримував існування океанів на його поверхні. Для цього потрібно щільна атмосфера з досить вираженим парниковим ефектом. Проте, сучасний Марс має тонку атмосферу, поверхневий тиск якої становить лише 0,006 бар. Це спричиняє існування в даний час на планеті дуже холодного клімату в порівнянні з . Залишалося великою загадкою, коли і як Марс втратив свою щільну атмосферу.

Метод дослідження

Старий метеорит, що знаходиться в розпорядженні вчених, містить частинки древньої марсіанської атмосфери. Дослідники змоделювали процеси зміни марсіанської атмосфери протягом його історії у різних умовах. Порівнюючи результати з ізотопним складом отриманого з метеориту газу, дослідники вирахували, наскільки атмосфера Марса була щільною в той час, коли газ потрапив у пастку в метеориті.

Огляд результатів досліджень

Дослідницька група дійшла висновку, що Марс близько чотирьох мільярдів років тому мав щільну атмосферу. Тиск повітря біля поверхні планети на той час становив не менше 0,5 бар і, можливо, навіть вище. Марс мав своє магнітне поле, але близько 4 мільярдів років тому він втратив його. Результат дослідження показує, що за перетворення Марса з теплого мокрого світу на холодний світ пустелі відповідає, яка почала руйнувати атмосферу планети.

Перспективи досліджень

Космічний апарат NASA MAVEN знаходиться на орбіті навколо Марса і продовжує досліджувати процеси, які знищили атмосферу Червоної планети. Японська агенція аерокосмічних досліджень (JAXA) планує продовжити спостереження за цими процесами за допомогою космічного апарату Martian Moons eXploration (MMX). Ці місії зможуть пояснити, як все ж таки щільна атмосфера древнього Марса, передбачена в цьому, була втрачена з часом.