جو مریخ برای انسان جو مریخ: فشار یا چگالی؟ امکان و مقیاس بازسازی اتمسفر

مریخ، چهارمین سیاره دورتر از خورشید، برای مدت طولانی مورد توجه علم جهان بوده است. این سیاره بسیار شبیه به زمین است، با یک استثنا کوچک اما سرنوشت ساز - جو مریخ بیش از یک درصد از حجم جو زمین را تشکیل نمی دهد. پوشش گازی هر سیاره عامل تعیین کننده ای است که ظاهر و شرایط آن را در سطح شکل می دهد. مشخص است که تمام جهان های سنگی منظومه شمسی تقریباً در شرایط مشابه در فاصله 240 میلیون کیلومتری از خورشید تشکیل شده اند. اگر شرایط شکل گیری زمین و مریخ تقریباً یکسان بود، پس چرا اکنون این سیارات اینقدر متفاوت هستند؟

همه چیز در مورد اندازه است - مریخ، که از همان ماده زمین تشکیل شده است، زمانی مانند سیاره ما دارای یک هسته فلزی مایع و داغ بود. دلیل آن آتشفشان های خاموش بسیاری است اما «سیاره سرخ» بسیار کوچکتر از زمین است. این بدان معنی است که سریعتر خنک می شود. هنگامی که هسته مایع در نهایت سرد و جامد شد، فرآیند همرفت به پایان رسید و با آن سپر مغناطیسی سیاره، مگنتوسفر، ناپدید شد. در نتیجه، سیاره در برابر انرژی مخرب خورشید بی دفاع ماند و جو مریخ تقریباً به طور کامل توسط باد خورشیدی (جریان عظیمی از ذرات یونیزه رادیواکتیو) منتقل شد. "سیاره سرخ" به بیابانی بی جان و کسل کننده تبدیل شده است...

اکنون جو مریخ یک پوسته گاز نازک و کمیاب است که قادر به مقاومت در برابر نفوذ گاز مرگباری است که سطح سیاره را می سوزاند. آرامش حرارتی مریخ چندین مرتبه کمتر از قدر، به عنوان مثال، زهره است که جو آن بسیار متراکم تر است. اتمسفر مریخ که ظرفیت گرمایی بسیار پایینی دارد، میانگین سرعت باد روزانه بارزتری تولید می کند.

ترکیب جو مریخ با محتوای بسیار بالا (95٪) مشخص می شود. جو همچنین حاوی نیتروژن (حدود 2.7٪)، آرگون (حدود 1.6٪) و مقدار کمی اکسیژن (بیش از 0.13٪) است. فشار اتمسفر مریخ 160 برابر بیشتر از سطح سیاره است. برخلاف جو زمین، پوسته گاز در اینجا ماهیت متغیر مشخصی دارد، به این دلیل که کلاهک های قطبی این سیاره، حاوی مقادیر زیادی دی اکسید کربن، در طی یک چرخه سالانه ذوب شده و منجمد می شوند.

بر اساس اطلاعات به دست آمده از فضاپیمای تحقیقاتی مارس اکسپرس، جو مریخ حاوی مقداری متان است. ویژگی این گاز تجزیه سریع آن است. این بدان معنی است که در جایی از کره زمین باید منبعی برای پر کردن متان وجود داشته باشد. در اینجا فقط دو گزینه می تواند وجود داشته باشد - یا فعالیت زمین شناسی، که هنوز آثاری از آن کشف نشده است، یا فعالیت حیاتی میکروارگانیسم ها، که می تواند درک ما را از حضور مراکز حیات در منظومه شمسی تغییر دهد.

یکی از اثرات مشخص جو مریخ طوفان های گرد و غبار است که می تواند ماه ها خشمگین باشد. این پوشش هوای متراکم سیاره عمدتاً از دی اکسید کربن با اجزاء جزئی اکسیژن و بخار آب تشکیل شده است. این اثر ماندگار به دلیل گرانش بسیار کم مریخ است که حتی به یک جو بسیار کمیاب اجازه می دهد تا میلیاردها تن گرد و غبار را از سطح زمین بلند کند و برای مدت طولانی در خود نگه دارد.

امروزه نه تنها نویسندگان داستان های علمی تخیلی، بلکه دانشمندان، بازرگانان و سیاستمداران واقعی نیز در مورد پرواز به مریخ و استعمار احتمالی آن صحبت می کنند. کاوشگرها و مریخ نوردها پاسخ هایی در مورد ویژگی های زمین شناسی ارائه کرده اند. با این حال، برای مأموریت‌های سرنشین‌دار باید فهمید که آیا مریخ جو دارد و ساختار آن چیست.

اطلاعات کلی

مریخ اتمسفر خاص خود را دارد، اما تنها 1 درصد از جو زمین است. مانند زهره، عمدتاً از دی اکسید کربن تشکیل شده است، اما باز هم بسیار نازکتر. لایه نسبتاً متراکم 100 کیلومتر است (برای مقایسه، طبق برآوردهای مختلف، زمین 500 - 1000 کیلومتر دارد). به همین دلیل، هیچ حفاظتی در برابر تابش خورشیدی وجود ندارد و رژیم دما عملاً تنظیم نمی شود. هیچ هوایی در مریخ آنطور که ما می شناسیم وجود ندارد.

دانشمندان ترکیب دقیق را تعیین کرده اند:

• دی اکسید کربن - 96٪.
• آرگون - 2.1٪.
• نیتروژن - 1.9٪.

متان در سال 2003 کشف شد. این کشف علاقه به سیاره سرخ را برانگیخت و بسیاری از کشورها برنامه های اکتشافی را آغاز کردند که منجر به صحبت از پرواز و استعمار شد.

به دلیل چگالی کم، رژیم دما تنظیم نمی شود، بنابراین میانگین تفاوت ها 100 0 درجه سانتیگراد است. در طول روز، شرایط نسبتاً راحت +30 0 C ایجاد می شود، و در شب دمای سطح به -80 0 C کاهش می یابد. فشار 0.6 کیلو پاسکال (1/110 از نشانگر زمین) است. در سیاره ما، شرایط مشابه در ارتفاع 35 کیلومتری رخ می دهد. این خطر اصلی برای یک فرد بدون محافظت است - این دما یا گاز نیست که او را می کشد، بلکه فشار است.

همیشه گرد و غبار در نزدیکی سطح وجود دارد. به دلیل گرانش کم، ابرها تا 50 کیلومتر بالا می روند. تغییرات شدید دما منجر به وزش بادهایی با سرعت 100 متر بر ثانیه می شود، بنابراین طوفان های گرد و غبار در مریخ رایج هستند. آنها به دلیل غلظت کم ذرات در توده های هوا، خطر جدی ایجاد نمی کنند.

جو مریخ از چه لایه هایی تشکیل شده است؟

نیروی گرانش کمتر از زمین است، بنابراین جو مریخ به وضوح بر اساس چگالی و فشار به لایه‌هایی تقسیم نمی‌شود. ترکیب همگن تا 11 کیلومتر باقی می ماند، سپس جو شروع به جدا شدن به لایه ها می کند. در بالای 100 کیلومتر، چگالی به حداقل مقادیر کاهش می یابد.

• تروپوسفر - تا 20 کیلومتر.
• استراتومزوسفر - تا 100 کیلومتر.
• ترموسفر - تا 200 کیلومتر.
• یونوسفر - تا 500 کیلومتر.

جو فوقانی حاوی گازهای سبک - هیدروژن، کربن است. اکسیژن در این لایه ها جمع می شود. ذرات منفرد هیدروژن اتمی در فواصل 20000 کیلومتری پخش می شوند و تاج هیدروژنی را تشکیل می دهند. هیچ تقسیم روشنی بین مناطق شدید و فضای بیرونی وجود ندارد.

جو فوقانی

در ارتفاع بیش از 20-30 کیلومتر، ترموسفر واقع شده است - مناطق بالایی. این ترکیب تا ارتفاع 200 کیلومتری ثابت می ماند. در اینجا مقدار زیادی اکسیژن اتمی وجود دارد. دما بسیار کم است - تا 200-300 K (از -70 تا -200 0 C). بعد یونوسفر می آید که در آن یون ها با عناصر خنثی واکنش می دهند.

جو پایین تر

بسته به زمان سال، مرز این لایه تغییر می کند و به این منطقه تروپاپوز می گویند. استراتوموسفر که دمای متوسط ​​آن 0-133 درجه سانتیگراد است، بیشتر گسترش می یابد. روی زمین، حاوی ازن است که از تشعشعات کیهانی محافظت می کند. در مریخ، در ارتفاع 50-60 کیلومتری جمع می شود و پس از آن عملا وجود ندارد.

ترکیب اتمسفر

اتمسفر زمین از نیتروژن (78%) و اکسیژن (20%)، آرگون، دی اکسید کربن، متان و غیره به مقدار کمی وجود دارد. چنین شرایطی برای ظهور حیات بهینه در نظر گرفته می شود. ترکیب هوا در مریخ به طور قابل توجهی متفاوت است. عنصر اصلی جو مریخ دی اکسید کربن است - حدود 95٪. نیتروژن 3 درصد و آرگون 1.6 درصد است. مقدار کل اکسیژن بیش از 0.14٪ نیست.

این ترکیب به دلیل گرانش ضعیف سیاره سرخ شکل گرفت. پایدارترین دی اکسید کربن سنگین بود که به طور مداوم در نتیجه فعالیت آتشفشانی دوباره پر می شود. گازهای سبک به دلیل گرانش کم و عدم وجود میدان مغناطیسی در فضا پراکنده می شوند. نیتروژن توسط گرانش به شکل یک مولکول دو اتمی نگه داشته می شود، اما تحت تأثیر تابش تقسیم می شود و به شکل اتم های منفرد به فضا پرواز می کند.

وضعیت در مورد اکسیژن نیز مشابه است، اما در لایه های بالایی با کربن و هیدروژن واکنش می دهد. با این حال، دانشمندان به طور کامل ویژگی های واکنش ها را درک نمی کنند. طبق محاسبات، مقدار مونوکسید کربن CO باید بیشتر باشد، اما در نهایت به دی اکسید کربن CO2 اکسید شده و به سطح فرو می رود. به طور جداگانه، اکسیژن مولکولی O2 تنها پس از تجزیه شیمیایی دی اکسید کربن و آب در لایه های بالایی تحت تأثیر فوتون ها ظاهر می شود. به موادی اشاره دارد که در مریخ متراکم نمی شوند.

دانشمندان بر این باورند که میلیون‌ها سال پیش میزان اکسیژن با سطح زمین قابل مقایسه بود - 15-20٪. هنوز دقیقاً مشخص نیست که چرا شرایط تغییر کرده است. با این حال، اتم های منفرد به طور فعال فرار نمی کنند و به دلیل وزن بیشتر، حتی انباشته می شوند. تا حدودی روند معکوس مشاهده می شود.

سایر عناصر مهم:

• ازن عملاً وجود ندارد، یک منطقه تجمع در فاصله 30-60 کیلومتری از سطح وجود دارد.
• محتوای آب 100-200 برابر کمتر از خشک ترین منطقه زمین است.
• متان - انتشارات با ماهیت ناشناخته مشاهده شده است و تا کنون بیشترین مورد بحث برای مریخ بوده است.

متان روی زمین به عنوان یک ماده مغذی طبقه بندی می شود، بنابراین می تواند به طور بالقوه با مواد آلی مرتبط باشد. ماهیت ظاهر و تخریب سریع هنوز توضیح داده نشده است، بنابراین دانشمندان به دنبال پاسخی برای این سؤالات هستند.

چه اتفاقی برای جو مریخ در گذشته افتاده است؟

در طول میلیون ها سال از وجود این سیاره، جو در ترکیب و ساختار تغییر می کند. در نتیجه تحقیقات، شواهدی به دست آمده است که اقیانوس‌های مایع در گذشته روی سطح وجود داشته‌اند. با این حال، اکنون آب به مقدار کم به شکل بخار یا یخ باقی می ماند.

دلایل ناپدید شدن مایعات:

• فشار اتمسفر پایین قادر به نگه داشتن آب در حالت مایع برای مدت طولانی مانند زمین نیست.
• گرانش آنقدر قوی نیست که بتواند ابرهای بخار را نگه دارد.
• به دلیل عدم وجود میدان مغناطیسی، ماده توسط ذرات باد خورشیدی به فضا منتقل می شود.
• با تغییرات قابل توجه دما، آب فقط در حالت جامد قابل حفظ است.

به عبارت دیگر، اتمسفر مریخ آنقدر متراکم نیست که آب را به صورت مایع در خود نگه دارد و نیروی گرانش کوچک قادر به حفظ هیدروژن و اکسیژن نیست.
به گفته کارشناسان، شرایط مساعد برای زندگی در سیاره سرخ می تواند حدود 4 میلیارد سال پیش شکل گرفته باشد. شاید در آن زمان زندگی وجود داشت.

دلایل زیر برای تخریب ذکر شده است:

• عدم محافظت در برابر تشعشعات خورشیدی و کاهش تدریجی جو در طی میلیون ها سال.
• برخورد با یک شهاب سنگ یا جسم کیهانی دیگر که فورا جو را از بین برد.

دلیل اول در حال حاضر محتمل تر است، زیرا هنوز هیچ اثری از یک فاجعه جهانی پیدا نشده است. نتایج مشابهی به لطف مطالعه ایستگاه خودمختار کنجکاوی به دست آمد. مریخ نورد ترکیب دقیق هوا را تعیین کرد.

جو باستانی مریخ حاوی مقدار زیادی اکسیژن بود

امروزه دانشمندان تردید کمی دارند که قبلاً در سیاره سرخ آب وجود داشته است. در نماهای متعدد از خطوط اقیانوس ها. مشاهدات بصری توسط مطالعات خاص تایید می شود. مریخ نوردها آزمایش های خاک را در دره های دریاها و رودخانه های سابق انجام دادند و ترکیب شیمیایی فرضیات اولیه را تأیید کرد.

در شرایط فعلی، هر آب مایع روی سطح سیاره فوراً تبخیر می شود زیرا فشار بسیار کم است. با این حال، اگر اقیانوس ها و دریاچه ها در دوران باستان وجود داشته اند، شرایط متفاوت بوده است. یکی از فرضیات ترکیب متفاوت با کسر اکسیژن در حدود 15-20٪ و همچنین افزایش نسبت نیتروژن و آرگون است. در این شکل، مریخ تقریباً با سیاره اصلی ما یکسان می شود - با آب مایع، اکسیژن و نیتروژن.

دانشمندان دیگر وجود یک میدان مغناطیسی کامل را پیشنهاد کرده اند که می تواند در برابر باد خورشیدی محافظت کند. قدرت آن با قدرت زمین قابل مقایسه است و این عامل دیگری است که به نفع وجود شرایط برای پیدایش و توسعه حیات است.

علل تخریب جو

اوج توسعه در دوران هسپریا (3.5-2.5 میلیارد سال پیش) رخ داد. در دشت یک اقیانوس شور وجود داشت که از نظر اندازه با اقیانوس منجمد شمالی قابل مقایسه بود. دما در سطح به 40-50 0 C رسید و فشار حدود 1 atm بود. احتمال وجود موجودات زنده در آن دوره بسیار زیاد است. با این حال، دوره "شکوفایی" به اندازه کافی طولانی نبود که زندگی پیچیده و بسیار کمتر هوشمندانه ای بوجود آید.

یکی از دلایل اصلی کوچک بودن سیاره است. مریخ کوچکتر از زمین است، بنابراین گرانش و میدان مغناطیسی ضعیف تر هستند. در نتیجه باد خورشیدی به طور فعال ذرات را از بین می برد و به معنای واقعی کلمه لایه به لایه پوسته را قطع می کرد. ترکیب جو در طی یک میلیارد سال شروع به تغییر کرد و پس از آن تغییرات آب و هوایی فاجعه بار شد. کاهش فشار منجر به تبخیر مایع و تغییرات دما شد.

اشتباه رایجی که معمولاً در ارزیابی شرایط آب و هوایی یک سیاره خاص مرتکب می‌شود، اشتباه گرفتن فشار با چگالی است. اگرچه از نقطه نظر تئوری همه ما تفاوت بین فشار و چگالی را می دانیم، اما در واقع بدون احتیاط، فشار اتمسفر روی زمین را با فشار اتمسفر یک سیاره معین مقایسه می کنیم.

در هر آزمایشگاه زمینی، که گرانش تقریباً یکسان است، این احتیاط مورد نیاز نیست و اغلب از فشار به عنوان مترادف برای چگالی استفاده می شود. برخی از پدیده ها از نظر مقدار "فشار/دما" به طور ایمن مدیریت می شوند، مانند نمودارهای چهره (یا نمودارهای حالت)، که در واقعیت صحبت از "ضریب چگالی- دما" یا "تحت فشار/دما" صحیح تر است. در غیر این صورت ما وجود آب مایع را در غیاب جاذبه (و سپس بی وزنی) در فضاپیماهای در حال گردش در فضا درک نمی کنیم!

در واقع، از نظر فنی، فشار اتمسفر «وزنی» است که مقدار معینی از گاز بالای سر ما بر هر چیزی که در زیر آن قرار دارد وارد می‌کند. با این حال، مشکل واقعی این است که وزن تنها ناشی از چگالی نیست، بلکه به وضوح توسط گرانش ایجاد می شود. اگر مثلاً گرانش زمین را 1/3 کاهش دهیم، بدیهی است که همان مقدار گازی که بالای سر ما قرار دارد یک سوم وزن اولیه خود را خواهد داشت، با وجود اینکه مقدار گاز دقیقاً یکسان می ماند. بنابراین، در مقایسه شرایط آب و هوایی بین دو سیاره، صحبت از چگالی به جای فشار صحیح تر است.

ما با تجزیه و تحلیل عملکرد فشارسنج Torricelli، اولین سندی که فشار اتمسفر زمین را اندازه گیری کرد، این اصل را به خوبی درک می کنیم. اگر یک طرف لوله بسته را با جیوه پر کنیم و آن را به صورت عمودی قرار دهیم و انتهای باز آن را در مخزن پر از جیوه نیز غوطه ور کنیم، متوجه تشکیل یک محفظه خلاء در بالای نی خواهید شد. توریچلی در واقع اشاره کرد که فشار خارجی اعمال شده در نی برای تحمل یک ستون جیوه بالا تقریباً 76 سانتی متر است. با محاسبه حاصلضرب خاص جیوه، شتاب گرانشی زمین و ارتفاع ستون جیوه می توان وزن بالای جو را محاسبه کرد. محاسبه شد.

از ویکی پدیا در: http:///Wiki/Tubo_di_Torricelli it.wikipedia.org

این سیستم که در زمان خود درخشان بود، با این حال محدودیت‌های شدیدی در مورد زمینی‌ها داشت. در واقع، مانند گرانش واقعی در دو عامل از سه عامل فرمول، هر تفاوت در گرانش، یک تفاوت درجه دوم در پاسخ فشارسنج ایجاد می کند، سپس، همان ستون هوا، در سیاره ای با 1/3 از مقدار اولیه. گرانش، برای فشارسنج، Torricelli، تحت فشار 1/9 مقدار اولیه تولید می کند.
واضح است که جدا از مصنوعات ابزاری، این واقعیت باقی است: همان ستون هوا دارای وزنی متناسب با گرانش سیاراتی خواهد بود که هر از چند گاهی آن را چنان ساده خواهیم داشت که فشار هوا نشانگر مطلق چگالی نیست!
این تأثیر به طور سیستماتیک در تجزیه و تحلیل جو مریخ نادیده گرفته می شود. ما به راحتی در مورد فشار در hPa صحبت می کنیم و مستقیماً از زمین سر و کار داریم و به طور کامل فشار hPa را نادیده می گیریم، یعنی گرانش مریخ حدود 1/3 گرانش زمین است (با دقت 38٪). همان اشتباهاتی که با نگاه کردن به نمودارهای جلوی آب مرتکب شدید تا نشان دهید که در مریخ، آب نمی تواند به صورت مایع وجود داشته باشد. به طور خاص، نقطه سه گانه آب، روی زمین 6.1 hPa است، اما در مریخ، که گرانش آن 38٪ گرانش زمین است. 0.88 hPa). با این حال، به نظر من، همیشه از این تحلیل به طور سیستماتیک اجتناب می شود، و نامگذاری را به همان معانی زمین باز می گرداند. همان نشانه 5-7 GPA برای فشار اتمسفر مریخ به وضوح نشان داده نمی شود، چه از نظر گرانش زمینی یا مریخ.
در واقع، 7 hPa در مریخ باید چگالی گازی روی زمین داشته باشد که حدود 18.4 hPa باشد. در تمام مطالعات مدرن، در نیمه دوم سال 60 به طور مطلق از این امر اجتناب شده است، در حالی که قبلاً به شدت بیان شده بود که فشار یک دهم زمین اما با چگالی 1/3 است. از نقطه نظر علمی صرفاً وزن واقعی ستون هوا در نظر گرفته شد که نتیجه آن 1/3 وزن واقعی آن بر روی زمین است، اما در واقع چگالی آن با 1/3 چگالی زمین قابل مقایسه بود. چگونه مطالعات اخیر نشان می دهد که این تفاوت وجود دارد؟

شاید به این دلیل که صحبت از عدم امکان حفظ فاز مایع آب راحت تر است؟
سرنخ های دیگری برای این تز وجود دارد: هر اتمسفر در واقع پراکندگی نور (پراکندگی) را عمدتاً به رنگ آبی ایجاد می کند که حتی در مورد مریخ نیز به راحتی قابل تجزیه و تحلیل است. اگرچه جو مریخ انبوهی از غبار است که آن را مایل به قرمز می کند، با جداسازی جزء رنگ آبی تصویر پانوراما از مریخ، می توانید ایده ای از چگالی جو مریخ به دست آورید. اگر تصاویری از آسمان زمین را که در ارتفاعات مختلف گرفته شده و سپس با درجات چگالی متفاوت مقایسه کنیم، متوجه می شویم که اندازه اسمی که در آن باید 7 hPa را پیدا کنیم، یعنی. 35000 متر، آسمان کاملا سیاه است، سالوو فیر یک نوار افقی است که در واقع ما هنوز در لایه های جو خود می بینیم.

سمت چپ: عکسبرداری از منظره مریخ توسط کاوشگر Pathfinder در 22 ژوئن 1999. منبع: http://photojournal.JPL. nasa.gov/catalog/PIA01546 سمت راست: شکل کانال آبی در کنار آن؛ به شدت آسمان توجه کنید!

سمت چپ: سیدنی - شهری در جنوب شرقی استرالیا، مرکز ایالت نیو ساوت ولز، در 6 متری. سمت راست: نقاشی کانال آبی بعدی.

سمت چپ: سیدنی، اما همیشه در هنگام طوفان شن. سمت راست: طراحی کانال آبی در کنار آن؛ همانطور که می بینید، گرد و غبار معلق بر خلاف آنچه در مورد مریخ ناسا ادعا می شود، روشنایی آسمان را کاهش می دهد نه افزایش آن!

بدیهی است که عکس‌های آسمان مریخ، که توسط نوار آبی فیلتر شده‌اند، بسیار روشن‌تر هستند و تقریباً با تصاویر گرفته شده در کوه اورست، درست زیر 9000 متر، قابل مقایسه هستند، در صورتی که فشار اتمسفر 1/3 فشار معمولی سطح دریا باشد.

شواهد بیشتری از مزایای جدی تراکم جوی مریخ بالاتر از آنچه که تبلیغ می شود توسط پدیده شیاطین گرد و غبار ارائه شده است. این "مینی گردبادها" قادر به بلند کردن ستون های شنی تا چندین کیلومتر هستند. ولی چطور این ممکن است؟
خود ناسا سعی کرد آنها را در یک محفظه خلاء شبیه سازی فشار مریخ 7 hPa شبیه سازی کند و آنها قادر به شبیه سازی این پدیده نبودند مگر اینکه فشار حداقل 11 بار افزایش یابد! فشار اولیه حتی در هنگام استفاده از یک فن بسیار قدرتمند هم نتوانست چیزی را حذف کند!
در واقع، 7 گیگا پاسکال بسیار ساده است، با توجه به این واقعیت که علاوه بر بالا رفتن از سطح دریا، بلافاصله برای مقادیر کسری به سرعت کاهش می یابد. اما پس از آن همه پدیده ها در نزدیکی کوه المپ مشاهده می شوند، یعنی 17 کیلومتر ارتفاع، چگونه ممکن خواهد بود؟

از مشاهدات تلسکوپی مشخص است که مریخ جو بسیار فعالی دارد، به ویژه با توجه به تشکیل ابرها و مه ها، نه فقط طوفان های شن. رصد مریخ از طریق تلسکوپ در واقع، با قرار دادن یک فیلتر آبی، می توانید تمام این پدیده های جوی را برجسته کنید. در صبح و عصر مه وجود داشت، ابرهای کوه نگاری، ابرهای قطبی همیشه در یک تلسکوپ با قدرت رسانه ای متوسط ​​مشاهده می شد. هرکسی می تواند مثلا با یک برنامه گرافیکی معمولی سه سطح قرمز، سبز، آبی تصویر مریخ را جدا کرده و نحوه عملکرد آن را بررسی کند. تصویر مربوط به کانال قرمز نقشه توپوگرافی خوبی به ما می دهد در حالی که کانال آبی کلاهک های یخی قطبی و ابرها را نشان می دهد. همچنین در تصاویر به‌دست‌آمده از تلسکوپ فضایی، متوجه مرز آبی ناشی از جو می‌شوید که پس از آن آبی و قرمز به نظر می‌رسد که در محل تصویر نشان داده نشده است.

تصاویر معمولی از مریخ که توسط تلسکوپ فضایی هابل گرفته شده است. منبع: http://Science.NASA.gov/Science-News/Science-at-NASA/1999/ast23apr99_1/

کانال قرمز (چپ)، کانال سبز (مرکز) و کانال آبی (راست)؛ به ابر استوایی توجه کنید.

نکته جالب دیگر تجزیه و تحلیل نهشته های قطبی است. با تقاطع داده های ارتفاعی و گرانش سنجی، تعیین اینکه نهشته های قطبی از نظر فصلی تقریباً 1.5 متر در قطب شمال و 2.5 متر در قطب جنوب متفاوت است، با میانگین تراکم جمعیت در زمان حداکثر ارتفاع تقریباً 0.5 گرم متفاوت است. /cm 3.

در این حالت، چگالی 1 میلی متر برف در CO 2 فشار 0.04903325 hPa را ایجاد می کند. حال، حتی اگر خوشبینانه ترین فشار مریخ، یعنی 18.4 hPa بالا را فرض کنیم، با نادیده گرفتن این واقعیت که CO 2 نشان دهنده 95٪ و نه 100٪ اتمسفر مریخ است، اگر همه ما اتمسفر زمین را متراکم کنیم، یک لایه 37.5 بدست می آوریم. سانتی متر ضخامت!
از سوی دیگر، 1.5 فوت برف دی اکسید کربن با چگالی 0.5 گرم بر سانتی متر مکعب، فشاری معادل 73.5 hPa و 2.5 متر به جای 122.6 hPa تولید می کند!

فشار اتمسفر سطح تکامل زمان، ثبت دو فرودگر وایکینگ 1 و 2 (او در کیهان کریس 1 در 22.48 درجه شمالی، 49.97 درجه طول جغرافیایی غربی، 1.5 کیلومتر کمتر از میانگین فرود آمد. وایکینگ لندر 2 او در کیهان آرمانشهر در 47 درجه و 97 درجه سانتیگراد فرود آمد. 225.74 درجه طول جغرافیایی غربی، 3 کیلومتر کمتر از سطح متوسط)، در طول سه سال اول مأموریت مریخ: سال اول (نقطه)، سال دوم (خط توپر) و 3 سال (خط چین) در یک ستون قرار می گیرند. منبع Tillman and Guest (1987) (همچنین به Tillman 1989 مراجعه کنید).

همچنین در نظر بگیرید که اگر توده فصلی یخ خشک بین دو نیمکره مشابه بود، نباید باعث تغییرات فصلی در فشار جوی جهانی شود، زیرا فروریختن کلاهک قطبی همیشه با تراکم در کف در نیمکره دیگر جبران می‌شود.

اما می دانیم که مسطح شدن مدار مریخ باعث ایجاد اختلاف تقریباً 20 درجه سانتی گراد در میانگین دمای دو نیمکره می شود، از راس تا 30 درجه سانتی گراد به نفع عرض جغرافیایی -30 درجه ~. به خاطر داشته باشید که 7 گیگا پاسکال CO 2 ICES -123 درجه سانتیگراد (~150 درجه کلوین)، اگرچه در 18.4 hPa (مقدار صحیح برای گرانش مریخ) تا 116-~ درجه سانتیگراد (~157 درجه کلوین) یخ می کند.

مقایسه داده های جمع آوری شده توسط ماموریت Mariner 9 در طول بهار شمالی (Ls = 43 - 54 °). به عنوان یک خط جامد در نمودار بالاتر از دمای (بر حسب کلوین) که توسط آزمایش IRIS کشف شد نشان داده شده است. منحنی های نقطه تیره بادهای محلی (بر حسب متر بر ثانیه) را که از تعادل حرارتی باد بدست می آید نشان می دهد (Pollack et. 1981). نمودار میانی دمای شبیه‌سازی‌شده (K) را برای همان فصل نشان می‌دهد، در حالی که نمودار پایینی بادهای شبیه‌سازی شده (بر حسب متر بر ثانیه) را نشان می‌دهد. منبع: "تغییرات هواشناسی و چرخه فشار سطح سالانه در مریخ" فردریک هوردین، لو ون فو، فرانسوا فورجت، اولیویه تالاگراند (1993)

بر اساس داده های مارینر 9، تنها در قطب جنوب شرایط آب و هوایی لازم را پیدا می کنیم، اگرچه با توجه به آسیب های نقشه بردار جهانی (MGS) مرتبط با زمین، حضور در هر دو نیمکره امکان پذیر است.

حداقل دما بر حسب درجه سانتیگراد خاک مریخ، از طیف‌سنج حرارتی (TES) در نقشه‌بردار جهانی مریخ (MGS) گرفته شده است. در عرض جغرافیایی افقی و عمودی طول جغرافیایی خورشید (Ls). قسمت آبی جدول حداقل دما، میانگین حداکثر سالانه و همیشه با اشاره به حداقل دماهای روزانه را نشان می دهد.

سپس ، به طور خلاصه ، به نظر می رسد که جو به حداقل دمای -123 درجه سانتیگراد تا صفر -132 درجه سانتیگراد می رسد. توجه داشته باشید که در -132 ° 2 فشار نباید از 1.4 GPa بدون یخ تجاوز کند!

نمودار فشار بخار دی اکسید کربن؛ در میان دیگر کاربردهای این نمودار، می‌توانید حداکثر فشاری را که CO2 می‌تواند قبل از چگالش (در این مورد روی یخ) در دمای معین به آن برسد، تعیین کنید.

اما اجازه دهید به رسوبات فصلی قطبی بازگردیم. همانطور که قبلاً دیدیم، حداقل در شب، در عرض جغرافیایی 60 درجه، به نظر می رسد شرایط برای تشکیل یخ خشک وجود دارد، اما در واقع در طول شب قطبی چه اتفاقی می افتد؟

بیایید با دو حالت کاملاً متفاوت شروع کنیم: تراکم از یک سطح برای خنک کردن توده هوا یا "سرما".

برای اولین مورد ، فرض کنید که دمای خاک زیر حد انجماد دی اکسید کربن کاهش می یابد. خاک بیشتر و بیشتر با لایه ای از یخ پوشیده می شود تا زمانی که عایق حرارتی ناشی از خود یخ برای متوقف کردن روند کافی باشد. در مورد یخ خشک، اگرچه عایق حرارتی خوبی است، اما به سادگی بسیار کوچک است، بنابراین خود این پدیده به اندازه کافی برای توجیه تجمعات یخ مشاهده شده موثر نیست! به عنوان اثبات این امر ، قطب شمال و قطب جنوبی دارای رکورد -132 درجه سانتیگراد است ، که در آن حداقل -130 درجه سانتیگراد است (مطابق TES MGS). من همچنین علاقه مند هستم که تشخیص -132 درجه سانتیگراد از مدار مریخ و مسیر طیف سنجی چقدر قابل اعتماد است، زیرا در این دما خود خاک باید از فرآیند تراکم پنهان باشد!

در حالت دوم، اگر یک توده هوا (در این مورد تقریباً CO 2 خالص) به نقطه شبنم برسد، به محض کاهش دما، فشار آن از حد تعیین شده توسط "فشار بخار" برای آن گاز در آن دما تجاوز نمی کند. ، ایجاد تراکم فوری جرم هر گاز اضافی! در حقیقت ، اثربخشی این فرایند واقعاً چشمگیر است. اگر بخواهیم یک رویداد مشابه را در مریخ شبیه سازی کنیم ، باید زنجیره ای از وقایع ایجاد شده را نیز در نظر بگیریم.

ما دمای قطب جنوبی را کاهش می دهیم ، به عنوان مثال تا -130 درجه سانتیگراد ، فشار اولیه 7 hPa. فشار رسیدن باید ~ 2 گیگا پاسکال باشد، که باعث بارش برف یخ خشک به ضخامت ~ 50 سانتی متر (0.1 گری بر سانتی متر مربع) می شود. البته، چنین اختلاف فشاری با تأثیر فشار و دمای کمتر (زنجیره‌ای) از نواحی مجاور، فوراً هوا را از مناطق اطراف می‌گیرد، اما چگالش سهم همه افراد در برف است. خود این فرآیند همچنین تمایل دارد انرژی حرارتی (سپس دما را افزایش دهد) همزمان، اما اگر دما در -130 درجه سانتیگراد باقی بماند، فرآیند تراکم تنها زمانی متوقف می شود که تمام سیارات به فشار تعادلی 2 hPa برسند!

این شبیه سازی کوچک برای درک رابطه بین حداقل دما و تغییرات فشار اتمسفر استفاده می شود و توضیح می دهد که چرا حداقل دما و فشار با هم مرتبط هستند. از نمودارهای فشار اتمسفر ارائه شده ثبت شده توسط دو فرودگر وایکینگ، می دانیم که فشار برای وایکینگ 1 از حداقل 6.8 گیگا پاسکال و حداکثر 9.0 hPa با مقدار متوسط ​​7.9 متغیر است. برای وایکینگ ها 2 مقادیر قابل قبول از 7.4 HPa به 10.1 GPa با میانگین 8.75 HPa است. ما همچنین می دانیم که VL 1 1.5 کیلومتر و VL 2 3 کیلومتر فرود آمد ، هر دو زیر سطح متوسط ​​مریخ. با توجه به اینکه سطح متوسط ​​مریخ 6.1 hPa است (از نقطه سه گانه آب می آید!)، اگر مقادیر بالا را به میانگین 6.1 hPa مقیاس کنیم، هر دو از کمتر از 0.05 ± 5.2 hPa و حداکثر متغیر هستند. 7 ± 0.05 hPa. در حالی که حداقل مقدار 5.2 GPa ، درجه حرارت پایین است ، ما -125 درجه سانتیگراد (148 درجه سانتیگراد) دریافت می کنیم ، در حال حاضر با داده های شما اختلاف نظر دارد. اکنون، در حالی که افت فشار از 7 HPA به 5.2 HPA به ضخامت 18.4 سانتی متر (0.1 گری بر سانتی متر مربع) رسوب می کند، اگر به 0.5 گری بر سانتی متر مربع فشرده شود، ضخامت آن 3.7 سانتی متر است و سطح کلاهک قطب جنوب 1 ~ است. / 20 سطح کل مریخ (قطعاً به طور پیش فرض نزدیک می شود!)، 3.7 سانتی متر X 20 = 74 سانتی متر، این مقدار بسیار کوچکتر در ذخایر قطبی کشف شده است!

بنابراین ، بین داده های حرارتی و داده های آب و هوا تضاد آشکار وجود دارد ، مگر اینکه یکی از دیگری پشتیبانی کند! چنین دمای پایین منجر به نوسانات فشار قوی (حتی بین روز و شب!) یا حتی فشار کلی پایین تر خواهد شد! با این حال، از سوی دیگر، 7 برای توضیح پدیده‌هایی مانند HPA اسمی گرد و غبار شیاطین، خندق‌ها، انتشار نور آسمان یا بزرگی رسوبات قطبی انتقالی کاملاً ناکافی است، که بهتر از فشار اتمسفر 7 hPa توضیح دادید.

تاکنون تنها جنبه‌های مربوط به دی‌اکسید کربن که یکی از اجزای اصلی اتمسفر محسوب می‌شود (~95%) در نظر گرفته شده است. اما اگر حتی آب را وارد این تحلیل کنیم، تعیین 7 گیگا پاسکال کاملاً مضحک می شود!
به عنوان مثال، آثار باقی مانده از جریان آب مایع (به دهانه نیوتن مراجعه کنید) که در آن آب فقط باید حالت بخار داشته باشد، با توجه به فشار بسیار کم و دمای تا حدود 27 درجه سانتیگراد!
در چنین شرایطی به جرات می توان گفت که فشار (در شرایط زمین) نمی تواند کمتر از 35 hPa باشد!

دی اکسید کربن	95,32 %
نیتروژن	2,7 %
آرگون	1,6 %
اکسیژن	0,13 %
مونوکسید کربن	0,07 %
بخار آب	0,03 %
اکسید نیتریک (II)	0,013 %
نئون	0,00025 %
کریپتون	0,00003 %
زنون	0,000008 %
ازن	0,000003 %
فرمالدئید	0,0000013 %

جو مریخ- پوسته گازی که سیاره مریخ را احاطه کرده است. این به طور قابل توجهی با جو زمین هم در ترکیب شیمیایی و هم از نظر پارامترهای فیزیکی متفاوت است. فشار در سطح 0.7-1.155 کیلو پاسکال (1/110 زمین یا برابر با زمین در ارتفاع بیش از سی کیلومتری از سطح زمین) است. ضخامت تقریبی جو 110 کیلومتر است. جرم تقریبی جو 2.5 10 16 کیلوگرم است. مریخ میدان مغناطیسی بسیار ضعیفی دارد (در مقایسه با زمین) و در نتیجه باد خورشیدی باعث پراکنده شدن گازهای جوی به فضا با سرعت 200±300 تن در روز می شود (بسته به فعالیت فعلی خورشید و فاصله از خورشید. ).

ترکیب شیمیایی

4 میلیارد سال پیش، اتمسفر مریخ حاوی مقداری اکسیژن بود که با سهم آن در زمین جوان قابل مقایسه بود.

نوسانات دما

از آنجایی که جو مریخ بسیار نادر است، نوسانات روزانه دمای سطح را برطرف نمی کند. دما در خط استوا از +30 درجه سانتیگراد در روز تا 80- درجه سانتیگراد در شب متغیر است. در قطب ها، دما می تواند تا -143 درجه سانتیگراد کاهش یابد. با این حال، نوسانات دمای روزانه به اندازه ماه بدون جو و عطارد قابل توجه نیست. چگالی کم جو از تشکیل طوفان های گرد و غبار در مقیاس بزرگ و گردبادها، بادها، مه ها، ابرها و تأثیر بر آب و هوا و سطح سیاره جلوگیری نمی کند.

اولین اندازه گیری دمای مریخ با استفاده از یک دماسنج قرار داده شده در کانون تلسکوپ بازتابی در اوایل دهه 1920 انجام شد. اندازه گیری های W. Lampland در سال 1922 میانگین دمای سطح مریخ را 245 (-28 درجه سانتیگراد) نشان داد، E. Pettit و S. Nicholson در سال 1924 260 K (13- درجه سانتیگراد) را به دست آوردند. مقدار کمتری در سال 1960 توسط W. Sinton و J. Strong بدست آمد: 230 K (43- درجه سانتیگراد).

چرخه سالانه

جرم جو در طول سال به دلیل تراکم حجم زیادی از دی اکسید کربن در کلاهک های قطبی در زمستان و تبخیر در تابستان به شدت تغییر می کند.

مریخ مانند زهره سیاراتی شبیه زمین هستند. آنها اشتراکات زیادی دارند، اما تفاوت هایی نیز وجود دارد. دانشمندان امید خود را برای یافتن حیات در مریخ و همچنین شکل دادن به این "بستگان" زمین، هرچند در آینده ای دور، از دست نمی دهند. برای سیاره سرخ این کار ساده تر از زهره به نظر می رسد. متأسفانه مریخ میدان مغناطیسی بسیار ضعیفی دارد که شرایط را پیچیده می کند. واقعیت این است که به دلیل فقدان تقریباً کامل میدان مغناطیسی، باد خورشیدی تأثیر بسیار قوی بر جو سیاره دارد. باعث پراکندگی گازهای جوی می شود به طوری که روزانه حدود 300 تن گاز اتمسفر به فضا می رود.

به گفته کارشناسان، این باد خورشیدی بود که باعث پراکندگی حدود 90 درصد جو مریخ در طول میلیاردها سال شد. در نتیجه، فشار در سطح مریخ 0.7-1.155 کیلو پاسکال است (1/110 فشار زمین، چنین فشاری روی زمین را می توان با بالا رفتن از ارتفاع سی کیلومتری از سطح مشاهده کرد).

اتمسفر مریخ عمدتاً از دی اکسید کربن (95٪) با مخلوط های کوچک نیتروژن، آرگون، اکسیژن و برخی گازهای دیگر تشکیل شده است. متاسفانه فشار و ترکیب جو در سیاره سرخ باعث می شود که موجودات زنده زمینی نتوانند در سیاره سرخ تنفس کنند. احتمالاً برخی از موجودات میکروسکوپی قادر به ادامه حیات خواهند بود، اما در چنین شرایطی نمی توانند احساس راحتی کنند.

ترکیب اتمسفر آنچنان مشکلی ندارد. اگر فشار اتمسفر در مریخ نصف یا یک سوم فشار اتمسفر زمین باشد، مستعمره‌نشینان یا مارسونوردها می‌توانند در زمان‌های خاصی از روز و سال بدون لباس فضایی و تنها با استفاده از دستگاه تنفسی روی سطح سیاره باشند. بسیاری از موجودات زمینی در مریخ احساس راحتی بیشتری می کنند.

ناسا معتقد است که می توان با محافظت از مریخ در برابر بادهای خورشیدی، فشار اتمسفر روی همسایه زمین را افزایش داد. این حفاظت توسط یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود. بر روی زمین به لطف مکانیزم دینامو هیدرودینامیکی به اصطلاح وجود دارد. در هسته مایع سیاره، جریان هایی از ماده رسانای الکتریکی (آهن مذاب) به طور مداوم در گردش است که به دلیل آن جریان های الکتریکی تحریک می شوند که میدان های مغناطیسی ایجاد می کنند. جریان های داخلی در هسته زمین نامتقارن هستند که باعث افزایش میدان مغناطیسی می شود. مگنتوسفر زمین به طور قابل اعتمادی از جو در برابر بادهای خورشیدی محافظت می کند.

این دوقطبی، طبق محاسبات نویسندگان پروژه ایجاد یک سپر مغناطیسی برای مریخ، میدان مغناطیسی به اندازه کافی قوی ایجاد می کند که اجازه نمی دهد باد خورشیدی به سیاره برسد.

متأسفانه برای انسان، هیچ میدان مغناطیسی قوی ثابتی در مریخ (و زهره) وجود ندارد، فقط آثار ضعیفی ثبت شده است. به لطف نقشه‌بردار جهانی مریخ، امکان شناسایی ماده مغناطیسی در زیر پوسته مریخ وجود داشت. ناسا معتقد است که این ناهنجاری ها تحت تأثیر یک هسته مغناطیسی تشکیل شده اند و خواص مغناطیسی خود را حتی پس از از دست دادن میدان خود سیاره حفظ کرده اند.

از کجا می توان یک سپر مغناطیسی تهیه کرد

جیم گرین، مدیر علمی ناسا، معتقد است که میدان مغناطیسی طبیعی مریخ حداقل در حال حاضر یا حتی در آینده ای بسیار دور قابل بازیابی نیست. اما امکان ایجاد یک میدان مصنوعی وجود دارد. درست است، نه در خود مریخ، بلکه در کنار آن. گرین در کارگاه آموزشی Planetary Science Vision 2050 با عنوان "آینده محیط زیست مریخ برای اکتشاف و علم"، ایجاد یک سپر مغناطیسی را پیشنهاد کرد. این سپر، مریخ L1، به گفته نویسندگان پروژه، مریخ را از باد خورشیدی می بندد و سیاره شروع به احیای جو خود می کند. قرار است سپر بین مریخ و خورشید قرار گیرد، جایی که در مداری پایدار قرار گیرد. برنامه ریزی شده است که میدان را با استفاده از یک دوقطبی بزرگ یا دو آهنربای مساوی و با بار مخالف ایجاد کنیم.

نمودار ناسا نشان می دهد که چگونه یک سپر مغناطیسی مریخ را از باد خورشیدی محافظت می کند

نویسندگان این ایده چندین مدل شبیه سازی ایجاد کردند که هر کدام نشان می داد که پس از پرتاب سپر مغناطیسی، فشار روی مریخ به نصف فشار زمین خواهد رسید. به طور خاص، دی اکسید کربن در قطب های مریخ تبخیر شده و از فاز جامد به گاز تبدیل می شود. با گذشت زمان، اثر گلخانه ای خود را نشان می دهد، مریخ شروع به گرم شدن می کند، یخی که در بسیاری از نقاط به سطح سیاره نزدیک است ذوب می شود و سیاره با آب پوشانده می شود. اعتقاد بر این است که چنین شرایطی در حدود 3.5 میلیارد سال پیش در مریخ وجود داشته است.

البته، این پروژه امروزی نیست، اما شاید در قرن آینده مردم بتوانند این ایده را تحقق بخشند و مریخ را به صورت زمینی شکل دهند و خانه دومی برای خود بسازند.