Atmosfera de pe Marte pentru oameni. Atmosfera lui Marte: presiune sau densitate? Posibilitatea și amploarea reconstrucției atmosferice

Marte, a patra planetă cea mai îndepărtată de Soare, a fost multă vreme obiectul unei atenții deosebite a științei mondiale. Această planetă este foarte asemănătoare cu Pământul, cu o mică, dar fatală excepție - atmosfera lui Marte nu reprezintă mai mult de un procent din volumul atmosferei Pământului. Învelișul gazos al oricărei planete este factorul determinant care îi modelează aspectul și condițiile la suprafață. Se știe că toate lumile stâncoase ale Sistemului Solar s-au format în aproximativ aceleași condiții la o distanță de 240 de milioane de kilometri de Soare. Dacă condițiile pentru formarea Pământului și a lui Marte au fost aproape aceleași, atunci de ce sunt aceste planete atât de diferite acum?

Totul ține de dimensiune – Marte, format din același material ca și Pământul, avea cândva un miez de metal lichid și fierbinte, ca planeta noastră. Dovada sunt numeroșii vulcani dispăruți de pe Dar „planeta roșie” este mult mai mică decât Pământul. Asta înseamnă că s-a răcit mai repede. Când miezul lichid s-a răcit și s-a solidificat în cele din urmă, procesul de convecție s-a încheiat și, odată cu acesta, scutul magnetic al planetei, magnetosfera, a dispărut. Drept urmare, planeta a rămas fără apărare împotriva energiei distructive a Soarelui, iar atmosfera lui Marte a fost aproape complet dusă de vântul solar (un flux gigantic de particule ionizate radioactive). „Planeta roșie” s-a transformat într-un deșert lipsit de viață, plictisitor...

Acum, atmosfera de pe Marte este un înveliș de gaz subțire, rarefiat, incapabil să reziste la pătrunderea gazului mortal care arde suprafața planetei. Relaxarea termică a lui Marte este cu câteva ordine de mărime mai mică decât cea a, de exemplu, Venus, a cărei atmosferă este mult mai densă. Atmosfera lui Marte, care are o capacitate termică prea mică, produce viteze medii zilnice mai pronunțate ale vântului.

Compoziția atmosferei lui Marte se caracterizează printr-un conținut foarte ridicat (95%). Atmosfera mai conține azot (aproximativ 2,7%), argon (aproximativ 1,6%) și o cantitate mică de oxigen (nu mai mult de 0,13%). Presiunea atmosferică a lui Marte este de 160 de ori mai mare decât cea de la suprafața planetei. Spre deosebire de atmosfera Pământului, învelișul de gaz de aici are o natură variabilă pronunțată, datorită faptului că calotele polare ale planetei, care conțin cantități uriașe de dioxid de carbon, se topesc și îngheață pe parcursul unui ciclu anual.

Conform datelor obținute de la sonda spațială de cercetare Mars Express, atmosfera lui Marte conține puțin metan. Particularitatea acestui gaz este descompunerea lui rapidă. Aceasta înseamnă că undeva pe planetă trebuie să existe o sursă de reaprovizionare cu metan. Aici pot exista doar două opțiuni - fie activitate geologică, a cărei urme nu au fost încă descoperite, fie activitatea vitală a microorganismelor, care ne poate schimba înțelegerea despre prezența centrelor vieții în Sistemul Solar.

Un efect caracteristic al atmosferei marțiane sunt furtunile de praf care pot răvăși luni de zile. Această pătură densă de aer a planetei constă în principal din dioxid de carbon cu incluziuni minore de oxigen și vapori de apă. Acest efect persistent se datorează gravitației extrem de scăzute a lui Marte, care permite chiar și unei atmosfere super-rareficate să ridice miliarde de tone de praf de la suprafață și să rețină mult timp.

Astăzi, nu numai scriitorii de science fiction, ci și adevărații oameni de știință, oameni de afaceri și politicieni vorbesc despre zborurile către Marte și despre posibila colonizare a acestuia. Sondele și roverele au oferit răspunsuri despre caracteristicile geologice. Cu toate acestea, pentru misiunile cu echipaj este necesar să înțelegem dacă Marte are o atmosferă și care este structura ei.

Informații generale

Marte are propria sa atmosferă, dar este doar 1% din cea a Pământului. La fel ca Venus, constă în principal din dioxid de carbon, dar din nou, mult mai subțire. Stratul relativ dens este de 100 km (pentru comparație, Pământul are 500 - 1000 km, conform diverselor estimări). Din acest motiv, nu există protecție împotriva radiațiilor solare, iar regimul de temperatură practic nu este reglementat. Nu există aer pe Marte așa cum îl știm noi.

Oamenii de știință au stabilit compoziția exactă:

• Dioxid de carbon - 96%.
• Argon - 2,1%.
• Azot - 1,9%.

În 2003, a fost descoperit metanul. Descoperirea a stârnit interesul pentru Planeta Roșie, multe țări lansând programe de explorare care au dus la discuții despre zbor și colonizare.

Datorită densității scăzute, regimul de temperatură nu este reglat, astfel că diferențele sunt în medie de 100 0 C. În timpul zilei se stabilesc condiții destul de confortabile de +30 0 C, iar noaptea temperatura la suprafață scade la -80 0 C. presiunea este de 0,6 kPa (1 /110 de la indicatorul pământului). Pe planeta noastră, condiții similare apar la o altitudine de 35 km. Acesta este principalul pericol pentru o persoană fără protecție - nu temperatura sau gazele îl vor ucide, ci presiunea.

Întotdeauna există praf lângă suprafață. Datorită gravitației scăzute, norii se ridică până la 50 km. Schimbările puternice de temperatură duc la vânturi cu rafale de până la 100 m/s, astfel încât furtunile de praf sunt frecvente pe Marte. Ele nu reprezintă o amenințare serioasă din cauza concentrației scăzute de particule în masele de aer.

Din ce straturi este formată atmosfera lui Marte?

Forța gravitației este mai mică decât cea a Pământului, așa că atmosfera lui Marte nu este atât de clar împărțită în straturi în funcție de densitate și presiune. Compoziția omogenă rămâne până la marcajul de 11 km, apoi atmosfera începe să se separe în straturi. Peste 100 km densitatea scade la valori minime.

• Troposfera - până la 20 km.
• Stratomesosfera - până la 100 km.
• Termosferă - până la 200 km.
• Ionosfera - până la 500 km.

Atmosfera superioară conține gaze ușoare - hidrogen, carbon. Oxigenul se acumulează în aceste straturi. Particulele individuale de hidrogen atomic se răspândesc pe distanțe de până la 20.000 km, formând o coroană de hidrogen. Nu există o divizare clară între regiunile extreme și spațiul cosmic.

Atmosfera superioara

La o altitudine de peste 20-30 km, se află termosfera - regiunile superioare. Compoziția rămâne stabilă până la o altitudine de 200 km. Există un conținut ridicat de oxigen atomic aici. Temperatura este destul de scăzută - până la 200-300 K (de la -70 la -200 0 C). Urmează ionosfera, în care ionii reacţionează cu elemente neutre.

Atmosfera inferioară

În funcție de perioada anului, limita acestui strat se schimbă, iar această zonă se numește tropopauză. Se extinde și mai mult stratomezosfera, a cărei temperatură medie este de -133 0 C. Pe Pământ, conține ozon, care protejează de radiațiile cosmice. Pe Marte se acumulează la o altitudine de 50-60 km și apoi practic lipsește.

Compoziția atmosferică

Atmosfera terestră este formată din azot (78%) și oxigen (20%), argon, dioxid de carbon, metan etc. sunt prezente în cantități mici. Astfel de condiții sunt considerate optime pentru apariția vieții. Compoziția aerului de pe Marte este semnificativ diferită. Elementul principal al atmosferei marțiane este dioxidul de carbon - aproximativ 95%. Azotul reprezintă 3%, iar argonul 1,6%. Cantitatea totală de oxigen nu este mai mare de 0,14%.

Această compoziție s-a format din cauza gravitației slabe a Planetei Roșii. Cel mai stabil a fost dioxidul de carbon greu, care este completat în mod constant ca urmare a activității vulcanice. Gazele ușoare sunt dispersate în spațiu datorită gravitației scăzute și absenței unui câmp magnetic. Azotul este reținut de gravitație sub forma unei molecule diatomice, dar este divizat sub influența radiațiilor și zboară în spațiu sub formă de atomi unici.

Situația este similară cu oxigenul, dar în straturile superioare reacționează cu carbonul și hidrogenul. Cu toate acestea, oamenii de știință nu înțeleg pe deplin specificul reacțiilor. Conform calculelor, cantitatea de monoxid de carbon CO ar trebui să fie mai mare, dar în final se oxidează în dioxid de carbon CO2 și se scufundă la suprafață. Separat, oxigenul molecular O2 apare numai după descompunerea chimică a dioxidului de carbon și a apei din straturile superioare sub influența fotonilor. Se referă la substanțe care nu se condensează pe Marte.

Oamenii de știință cred că acum milioane de ani cantitatea de oxigen era comparabilă cu cea de pe Pământ - 15-20%. Nu se știe încă exact de ce s-au schimbat condițiile. Cu toate acestea, atomii individuali nu scapă la fel de activ și, datorită greutății mai mari, chiar se acumulează. Într-o oarecare măsură, se observă procesul invers.

Alte elemente importante:

• Ozonul este practic absent, există o zonă de acumulare la 30-60 km de suprafață.
• Conținutul de apă este de 100-200 de ori mai mic decât în ​​cea mai uscată regiune a Pământului.
• Metan - se observă emisii de natură necunoscută, iar până acum cea mai discutată substanță pentru Marte.

Metanul de pe Pământ este clasificat ca un nutrient, așa că ar putea fi asociat cu materia organică. Natura apariției și a distrugerii rapide nu a fost încă explicată, așa că oamenii de știință caută răspunsuri la aceste întrebări.

Ce s-a întâmplat cu atmosfera lui Marte în trecut?

De-a lungul a milioane de ani de existență a planetei, atmosfera se modifică în compoziție și structură. Ca rezultat al cercetărilor, au apărut dovezi că oceanele lichide au existat la suprafață în trecut. Cu toate acestea, acum apa rămâne în cantități mici sub formă de abur sau gheață.

Motive pentru dispariția lichidului:

• Presiunea atmosferică scăzută nu este capabilă să mențină apa în stare lichidă pentru o perioadă lungă de timp, așa cum o face pe Pământ.
• Gravitația nu este suficient de puternică pentru a reține norii de vapori.
• Din cauza absenței unui câmp magnetic, materia este transportată de particulele vântului solar în spațiu.
• Cu schimbări semnificative de temperatură, apa poate fi păstrată doar în stare solidă.

Cu alte cuvinte, atmosfera lui Marte nu este suficient de densă pentru a reține apa ca lichid, iar forța mică de gravitație nu este capabilă să rețină hidrogenul și oxigenul.
Potrivit experților, condițiile favorabile pentru viață pe Planeta Roșie s-ar fi putut forma acum aproximativ 4 miliarde de ani. Poate că era viață pe vremea aceea.

Următoarele motive pentru distrugere sunt denumite:

• Lipsa protecției împotriva radiațiilor solare și epuizarea treptată a atmosferei de-a lungul a milioane de ani.
• O coliziune cu un meteorit sau alt corp cosmic care a distrus instantaneu atmosfera.

Primul motiv este în prezent mai probabil, deoarece încă nu au fost găsite urme ale unei catastrofe globale. Concluzii similare au fost trase datorită studiului stației autonome Curiosity. Roverul Marte a determinat compoziția exactă a aerului.

Atmosfera antică a lui Marte conținea mult oxigen

Astăzi, oamenii de știință nu au nicio îndoială că pe Planeta Roșie a fost apă. Pe numeroase vederi ale contururilor oceanelor. Observațiile vizuale sunt confirmate de studii specifice. Roverele au făcut teste de sol în văile fostelor mări și râuri, iar compoziția chimică a confirmat ipotezele inițiale.

În condițiile actuale, orice apă lichidă de pe suprafața planetei se va evapora instantaneu, deoarece presiunea este prea scăzută. Cu toate acestea, dacă oceanele și lacurile au existat în vremuri străvechi, condițiile erau diferite. Una dintre ipoteze este o compoziție diferită cu o fracție de oxigen de aproximativ 15-20%, precum și o proporție crescută de azot și argon. În această formă, Marte devine aproape identic cu planeta noastră natală - cu apă lichidă, oxigen și azot.

Alți oameni de știință au sugerat existența unui câmp magnetic cu drepturi depline care poate proteja împotriva vântului solar. Puterea sa este comparabilă cu cea a Pământului, iar acesta este un alt factor care vorbește în favoarea prezenței condițiilor pentru originea și dezvoltarea vieții.

Cauzele epuizării atmosferei

Apogeul dezvoltării a avut loc în epoca Hesperia (acum 3,5-2,5 miliarde de ani). Pe câmpie era un ocean sărat comparabil ca mărime cu Oceanul Arctic. Temperatura la suprafață a ajuns la 40-50 0 C, iar presiunea a fost de aproximativ 1 atm. Există o mare probabilitate de existență a organismelor vii în acea perioadă. Cu toate acestea, perioada de „prosperitate” nu a fost suficient de lungă pentru a apărea o viață complexă, cu atât mai puțin inteligentă.

Unul dintre motivele principale este dimensiunea mică a planetei. Marte este mai mic decât Pământul, așa că gravitația și câmpul magnetic sunt mai slabe. Ca rezultat, vântul solar a eliminat în mod activ particulele și a tăiat literalmente strat cu strat. Compoziția atmosferei a început să se schimbe pe parcursul a 1 miliard de ani, după care schimbările climatice au devenit catastrofale. Scăderea presiunii a dus la evaporarea lichidului și la schimbări de temperatură.

O greșeală comună făcută în mod obișnuit în evaluarea condițiilor climatice ale unei anumite planete este aceea de a confunda presiunea cu densitatea. Deși din punct de vedere teoretic cunoaștem cu toții diferența dintre presiune și densitate, în realitate se face să comparăm presiunea atmosferică de pe pământ cu presiunea atmosferică a unei planete date fără precauții.

În orice laborator terestru, unde gravitația este aproximativ aceeași, această precauție nu este necesară și adesea folosește presiunea ca „sinonim” pentru densitate. Unele fenomene sunt tratate în siguranță în ceea ce privește valoarea „presiunii/temperaturii”, precum diagramele feței (sau diagramele de stare), unde în realitate ar fi mai corect să vorbim despre „coeficient densitate-temperatură” sau „sub presiune/temperatură”, în Altfel nu înțelegem prezența apei lichide în absența gravitației (și apoi a imponderabilității) în navele spațiale care orbitează în spațiu!

De fapt, din punct de vedere tehnic, presiunea atmosferică este „greutatea” pe care o anumită cantitate de gaz deasupra capului nostru o exercită asupra a tot ce se află dedesubt. Cu toate acestea, adevărata problemă este că greutatea nu este cauzată doar de densitate, ci, evident, de gravitație. Dacă, de exemplu, reducem gravitația Pământului cu 1/3, Evident, aceeași cantitate de gaz care se află deasupra noastră va avea o treime din greutatea sa inițială, În ciuda faptului că cantitatea de gaz rămâne exact aceeași. Deci, atunci când comparăm condițiile climatice dintre cele două planete, ar fi mai corect să vorbim mai degrabă de densitate decât de presiune.

Înțelegem foarte bine acest principiu analizând funcționarea barometrului Torricelli, primul document care a măsurat presiunea atmosferică a pământului. Dacă umplem un tub închis cu mercur pe o parte și îl așezăm vertical cu capătul deschis scufundat într-un rezervor plin și cu mercur, veți observa formarea unei camere de vid în partea de sus a paiului. Torricelli a remarcat de fapt că presiunea externă exercitată în paie urma să susțină o coloană mare de mercur, de aproximativ 76 cm. Prin calcularea produsului specific al mercurului, accelerația gravitațională a Pământului și înălțimea coloanei de mercur, greutatea deasupra atmosferei poate fi calculat.

De pe Wikipedia la: http:///Wiki/Tubo_di_Torricelli it.wikipedia.org

Acest sistem, genial pentru vremea sa, a avut totuși limite puternice atunci când a fost aplicat pământenilor. De fapt, la fel ca gravitația reală în doi dintre cei trei factori ai formulei, orice diferență de gravitație produce o diferență pătratică în răspunsul barometrului, apoi, aceeași coloană de aer, pe o planetă cu 1/3 din originalul. gravitația, va produce, pentru barometru, Torricelli, sub presiune 1/9 din valoarea inițială.
În mod clar, în afară de artefacte instrumentale, adevărul rămâne: aceeași coloană de aer va avea o greutate proporțională cu gravitația planetelor pe care din când în când o vom avea atât de simplu încât presiunea barometrică nu este un indicator absolut al densității!
Acest efect este ignorat sistematic în analizele atmosferei marțiane. Vorbim cu ușurință despre presiunea în hPa și ne ocupăm direct de la pământ, ignorând complet presiunea în hPa, adică gravitația pe Marte este de aproximativ 1/3 din cea a pământului (pentru o precizie de 38%). Aceleași greșeli pe care le-ați făcut când vă uitați la diagramele din față ale apei pentru a demonstra că pe Marte apa nu poate exista sub formă lichidă. În special, punctul triplu al apei, pe pământ este de 6,1 hPa, dar pe Marte, unde gravitația este de 38% cea a pământului.Dacă faci în hPa, ar fi absolut 6,1, dar pentru 2,318 hPa (deși barometrul îl va marca pe Torricelli 0,88 hPa). Această analiză, însă, este întotdeauna, după părerea mea, evitată în mod fraudulos, sistematic, restabilind desemnarea la aceleași semnificații ale pământului. Aceeași indicație de 5-7 GPA pentru presiunea atmosferică marțiană nu este în mod clar indicată, fie din perspectiva gravitației terestre sau a lui Marte.
De fapt, 7 hPa pe Marte ar trebui să aibă o densitate de gaz pe pământ care ar măsura aproximativ 18,4 hPa. Acest lucru este absolut evitat în toate studiile moderne, să zicem, în a doua jumătate a anului 60. În plus, în timp ce anterior s-a afirmat strict că presiunea era o zecime din pământ, dar cu o densitate de 1/3. Din punct de vedere pur științific, s-a luat în considerare greutatea reală a coloanei de aer, ceea ce rezultă în 1/3 din greutatea sa reală pe sol, dar că în realitate densitatea era comparabilă cu 1/3 din cea a pământului. Cum sugerează studiile recente că există această diferență?

Poate pentru că este mai ușor să vorbim despre imposibilitatea conservării fazei lichide a apei?
Există și alte indicii pentru această teză: Fiecare atmosferă produce de fapt împrăștiere (împrăștiere) luminii predominant în albastru, care chiar și în cazul lui Marte poate fi ușor analizată. Deși atmosfera lui Marte este un morman de praf care o face roșiatică, separând componenta de culoare albastră a imaginii panoramice a lui Marte, vă puteți face o idee despre densitatea atmosferei lui Marte. Dacă comparăm imagini ale cerului pământului luate la diferite înălțimi și apoi cu diferite grade de densitate, înțelegem că dimensiunea nominală în care ar trebui să găsim 7 hPa, i.e. 35.000 m, cerul este complet negru, Salvo Fair este o fâșie de orizont unde de fapt mai vedem în straturile atmosferei noastre.

Stânga: Fotografierea peisajului marțian realizat de sonda Pathfinder 22 iunie 1999. Sursa: http://photojournal.JPL. nasa.gov/catalog/PIA01546 dreapta: canal albastru de lângă el; Observați intensitatea cerului!

Stânga: Sydney - un oraș din Australia de Sud-Est, capitala statului New South Wales, la 6 m. Dreapta: Urmează desenul canalului albastru.

Stânga: Sydney, dar întotdeauna în timpul unei furtuni de nisip. Dreapta: desen al canalului albastru lângă el; dupa cum vedeti, praful in suspensie reduce luminozitatea cerului, nu o mareste, contrar a ceea ce se sustine in cazul NASA Mars!

Evident, fotografiile cu cerul marțian, filtrate de banda albastră, sunt mult mai luminoase, aproape comparabile cu imaginile realizate la Muntele Everest, puțin sub 9.000 m, unde să ne uităm dacă presiunea atmosferică este 1/3 din presiunea normală la nivelul mării.

O dovadă suplimentară a beneficiului serios al unei densități atmosferice marțiane mai mare decât cea anunțată a fost oferită de fenomenul diavolilor de praf. Aceste „mini Tornade” sunt capabile să ridice coloane de nisip până la câțiva kilometri; Dar cum este posibil acest lucru?
NASA însăși a încercat să le simuleze, într-o cameră cu vid, simulând presiunea marțiană de 7 hPa, și nu au putut să simuleze fenomenul decât dacă presiunea a fost crescută de cel puțin 11 ori! Presiunea inițială, chiar și atunci când se folosește un ventilator foarte puternic, nu a putut elimina nimic!
De fapt, 7 GPa este cu adevărat simplu, dat fiind faptul că pe lângă ridicarea deasupra nivelului mării scade rapid imediat pentru valori fracționate; dar apoi se observă toate fenomenele lângă Muntele Olimp, ceea ce înseamnă 17 km înălțime, Cum va fi posibil?

Din observațiile telescopice se știe că Marte are o atmosferă foarte activă, mai ales în ceea ce privește formarea de nori și ceață, nu doar furtunile de nisip. Observând Marte printr-un telescop de fapt, inserând un filtru albastru, puteți evidenția toate aceste fenomene atmosferice este departe de a fi nesemnificativă. Dimineața și seara a fost ceață, nori orografici, nori polari s-au observat mereu la un telescop cu putere medie medie. Oricine poate, de exemplu, cu un program de grafică obișnuit, să separe cele trei niveluri de roșu, verde și albastru ale imaginii lui Marte și să verifice cum funcționează. Imaginea corespunzătoare canalului roșu ne va oferi o hartă topografică bună, în timp ce canalul albastru va arăta calotele polare și norii. De asemenea, în imaginile obținute de la telescopul spațial, observați o limită albastră cauzată de atmosferă, care apoi apare albastru și roșu nu așa cum se arată în locația imaginii.

Imagini tipice ale lui Marte luate de telescopul spațial Hubble. Sursa: http://Science.NASA.gov/Science-News/Science-at-NASA/1999/ast23apr99_1/

Canal roșu (stânga), canal verde (centru) și canal albastru (dreapta); Observați norul ecuatorial.

Un alt punct interesant este analiza depozitelor polare; intersectia datelor altitudinale si gravitometrici, a fost imposibil de stabilit ca depozitele polare difera sezonier cu aproximativ 1,5 metri la Polul Nord si 2,5 metri la Polul Sud, cu o densitate medie a populatiei la momentul unei inaltime maxima de aproximativ 0,5 g. /cm3.

În acest caz, densitatea de 1 mm de zăpadă în CO 2 produce o presiune de 0,04903325 hPa; Acum, chiar dacă ne asumăm cea mai optimistă presiune marțiană, cea de mai sus 18,4 hPa, ignorând faptul că CO 2 reprezintă 95% și nu 100% din atmosfera lui Marte, dacă am condensa cu toții atmosfera de pe pământ am obține un strat de 37,5 cm grosime!
Pe de altă parte, 1,5 picioare de zăpadă cu dioxid de carbon cu o densitate de 0,5 g/cm 3 produce o presiune de 73,5 hPa și 2,5 metri în loc de 122,6 hPa!

Evoluția timpului presiunea atmosferică de suprafață, a înregistrat două Viking Lander 1 și 2 (Viking Lander 1 El a aterizat în cosmismul Chrys la 22,48° n, 49,97° longitudine vestică, 1,5 Km sub medie. Viking Lander 2 A aterizat în cosmismul Utopia la 47,97° n , 225,74° Longitudine vestică, 3 Km sub nivelul mediu), în primii trei ani ai misiunii pe Marte: anul 1 (puncte), anul 2 (linie continuă) și 3 ani (linie întreruptă) se încadrează în aceeași coloană. Sursa Tillman and Guest (1987) (Vezi și Tillman 1989).

Luați în considerare, de asemenea, că, dacă masa sezonieră de gheață carbonică ar fi similară între cele două emisfere, aceasta nu ar trebui să provoace variații sezoniere ale presiunii atmosferice globale, deoarece prăbușirea calotei polare va fi întotdeauna compensată de condens pe podeaua din cealaltă emisferă.

Dar știm că aplatizarea orbitei marțiane creează o diferență de aproape 20° C în temperatura medie a celor două emisfere, de la vârf la 30° C în favoarea Latitudinii -30° ~. Rețineți că 7 GPa CO 2 ICES -123°C (~150°K), Deși la 18,4 hPa (valoarea corectă pentru gravitația lui Marte) ICES până la ~-116°C (~157°K).

Comparația datelor colectate de misiunea Mariner 9 în timpul primăverii boreale (Ls = 43 – 54°). Afișat ca o linie continuă pe graficul deasupra temperaturii (în Kelvin) descoperită de experimentul IRIS. Curbele liniuță-punct arată vânturile locale (în m s-1) așa cum sunt derivate din balanța termică a vântului (Pollack et. 1981). Graficul din mijloc arată temperatura simulată (K) pentru același sezon, în timp ce graficul de jos reprezintă vânturile simulate (în m s-1). Sursa: „Variabilitatea meteorologică și ciclul anual de presiune de suprafață pe Marte” Frederic Hourdin, Le Van Fu, François Forget, Olivier Talagrand (1993)

Potrivit datelor Mariner 9, doar la Polul Sud găsim condițiile meteorologice necesare, Deși conform pagubelor inspectorului global (MGS) asociate cu pământul, prezența în ambele emisfere este posibilă.

Temperaturi minime în grade Celsius ale solului de pe Marte, luate de la Thermal Spectrometer (TES) de la bordul Mars Global Surveyor (MGS). În orizontală și verticală Latitudine Longitudine a soarelui (Ls). Partea albastră a tabelului arată temperatura minimă, maxima medie anuală și întotdeauna cu referire la temperaturile minime zilnice.

Apoi, pentru a rezuma, atmosfera pare să atingă o temperatură minimă de -123 °C până la zero -132 °C; Observ că la -132°2 presiunea nu trebuie să depășească 1,4 GPa fără gheață!

Graficul presiunii vaporilor de dioxid de carbon; Printre alte utilități ale acestui grafic, puteți determina presiunea maximă pe care o poate atinge CO2 înainte de condensare (în acest caz pe gheață) la o anumită temperatură.

Dar să revenim la depozitele polare sezoniere; După cum am văzut deja, cel puțin noaptea, la 60° latitudine, par să existe condiții pentru formarea gheții carbonizate, dar ce se întâmplă de fapt în timpul nopții polare?

Să începem cu două stări complet diferite: condensarea de la o suprafață pentru a răci o masă de aer, sau „rece”.

Pentru primul caz, presupunem că temperatura solului scade sub limita de îngheț a dioxidului de carbon; Solul va începe să se acopere cu un strat de gheață din ce în ce mai mult până când izolația termică cauzată de gheața în sine va fi suficientă pentru a opri procesul. În cazul gheții carbonizate, deși este un bun izolator termic, este pur și simplu foarte mic, așa că acest fenomen în sine nu este suficient de eficient pentru a justifica acumulările de gheață observate! Ca dovadă în acest sens, Polul Nord și Polul Sud au un record de -132°C, unde minima este -130°C (Conform TES MGS). De asemenea, sunt interesat de cât de fiabilă este detectarea a -132°c de pe orbita marțiană și calea spectroscopică, deoarece la această temperatură solul în sine ar trebui să fie acoperit de procesul de condensare!

În al doilea caz, dacă o masă de aer (în acest caz CO 2 aproape pur) atinge punctul de rouă, de îndată ce temperatura scade, presiunea sa nu depășește limita stabilită de „presiunea de vapori” pentru acel gaz la acea temperatură. , provocând condensarea imediată a masei oricărui gaz în exces! De fapt, eficacitatea acestui proces este cu adevărat dramatică; Dacă ar fi să simulăm un eveniment similar pe Marte, ar trebui să luăm în considerare și lanțul de evenimente care ar crea.

Coborâm temperatura Polului Sud, de exemplu la -130°C, presiunea inițială 7 hPa; presiunea de sosire ar trebui să fie de ~ 2 GPa, provocând precipitații de zăpadă de gheață uscată cu o grosime de ~ 50 cm (0,1 Gy/cm 2) Dacă este comprimată la 0,5 Gy/cm 2 se potrivește ~ 10 cm grosime. Desigur, o astfel de diferență de presiune va provoca prompt aerul din zonele înconjurătoare, cu efectul presiunii (în lanț) și temperaturii mai scăzute din zonele învecinate, dar condensul este contribuția tuturor celor aflați în zăpadă. Procesul în sine tinde, de asemenea, să producă energie termică (apoi creșterea temperaturii) în același timp, dar dacă temperatura rămâne la -130 ° C, procesul de condensare se va opri numai atunci când toate planetele ating o presiune de echilibru de 2 hPa!

Această mică simulare este folosită pentru a înțelege relația dintre temperaturile minime și modificările presiunii atmosferice, explicând de ce temperatura minimă și presiunea sunt legate. Din graficele de presiune atmosferică prezentate înregistrate de doi Viking Landeri, știm că pentru Vikings 1 presiunea variază de la un minim de 6,8 GPa și un maxim de 9,0 hPa, cu o valoare medie de 7,9. Pentru Vikings 2 Valorile acceptabile sunt de la 7,4 HPA la 10,1 GPa cu o medie de 8,75 hPa. De asemenea, știm că VL 1 a aterizat la 1,5 Km și VL 2 3 Km, ambele sub nivelul mediu al lui Marte. Având în vedere că nivelul mediu al lui Marte este de 6,1 hPa (venit din punctul triplu al apei!), dacă scalam valorile de mai sus la o medie de 6,1 hPa, atunci ambele variază de la mai puțin de 5,2 ± 0,05 hPa și un maxim de 7 ± 0,05 hPa. În timp ce valoarea minimă este de 5,2 GPa, temperatură scăzută, obținem ~-125 ° C (~ 148 ° K), deja în dezacord clar cu datele dvs. Acum, în timp ce scăderea de presiune de la 7 HPA la 5,2 HPA este depusă cu o grosime de 18,4 cm (0,1 Gy/cm 2 ), dacă este comprimată la 0,5 Gy/cm 2, se potrivește ~ 3,7 cm grosime și suprafața calotei polare de sud este de ~ 1 / 20 Suprafața totală a lui Marte (cu siguranță se apropie implicit!), 3,7 cm X 20 = 74 cm, Aceasta este o valoare mult mai mică în cadrul depozitelor polare descoperite!

Prin urmare, există o contradicție evidentă între datele termice și datele meteo, cu excepția cazului în care una o susține pe cealaltă! O astfel de temperatură scăzută va duce la fluctuații puternice de presiune (chiar și între zi și noapte!) sau chiar o presiune generală mai mică! Pe de altă parte, totuși, 7 este absolut insuficient pentru a ține cont de fenomene precum HPA nominală a prafului Diavolului, rigole, răspândirea luminii cerului sau magnitudinea depozitelor polare de tranziție, pe care le-ați explicat mai bine cu mult peste presiunea atmosferică de 7 hPa.

Până acum au fost luate în considerare doar aspectele legate de dioxidul de carbon, considerat unul dintre componentele principale ale atmosferei (~95%); Dar dacă introducem chiar și apă în această analiză, denumirea de 7 GPa devine complet ridicolă!
De exemplu, urme lăsate de curgerea apei lichide (vezi craterul Newton) unde apa ar trebui să fie doar în stare de vapori, având în vedere presiune foarte scăzută și temperaturi de până la aproximativ 27 ° C!
Într-o astfel de situație, putem spune cu siguranță că presiunea (în condiții de sol) nu poate fi mai mică de 35 hPa!

Dioxid de carbon	95,32 %
Azot	2,7 %
Argon	1,6 %
Oxigen	0,13 %
Monoxid de carbon	0,07 %
vapor de apă	0,03 %
oxid nitric (II)	0,013 %
Neon	0,00025 %
Krypton	0,00003 %
Xenon	0,000008 %
Ozon	0,000003 %
Formaldehidă	0,0000013 %

Atmosfera lui Marte- carcasă de gaz care înconjoară planeta Marte. Diferă semnificativ de atmosfera pământului atât prin compoziția chimică, cât și prin parametrii fizici. Presiunea la suprafață este de 0,7-1,155 kPa (1/110 din cea a Pământului, sau egală cu cea a Pământului la o altitudine de peste treizeci de kilometri de suprafața Pământului). Grosimea aproximativă a atmosferei este de 110 km. Masa aproximativă a atmosferei este de 2,5 10 16 kg. Marte are un câmp magnetic foarte slab (comparativ cu cel al Pământului) și, ca urmare, vântul solar provoacă disiparea gazelor atmosferice în spațiu cu o rată de 300±200 de tone pe zi (în funcție de activitatea solară actuală și de distanța de la Soare). ).

Compoziție chimică

Cu 4 miliarde de ani în urmă, atmosfera lui Marte conținea o cantitate de oxigen comparabilă cu ponderea pe care o avea pe Pământul tânăr.

Fluctuațiile de temperatură

Deoarece atmosfera lui Marte este foarte rarefiată, nu atenuează fluctuațiile zilnice ale temperaturii suprafeței. Temperaturile la ecuator variază de la +30°C în timpul zilei până la -80°C noaptea. La poli, temperaturile pot scădea până la -143°C. Cu toate acestea, fluctuațiile zilnice ale temperaturii nu sunt la fel de semnificative ca pe Luna și Mercur fără atmosferă. Densitatea scăzută nu împiedică atmosfera să formeze furtuni de praf la scară largă și tornade, vânturi, ceață, nori și să influențeze clima și suprafața planetei.

Primele măsurători ale temperaturii lui Marte cu ajutorul unui termometru plasat în focarul unui telescop reflectorizant au fost efectuate la începutul anilor 1920. Măsurătorile efectuate de W. Lampland în 1922 au dat o temperatură medie a suprafeței lui Marte de 245 (−28°C), E. Pettit și S. Nicholson în 1924 au obținut 260 K (−13°C). O valoare mai mică a fost obținută în 1960 de W. Sinton și J. Strong: 230 K (−43°C).

Ciclul anual

Masa atmosferei se modifică foarte mult pe parcursul anului datorită condensării unor volume mari de dioxid de carbon în calotele polare iarna și evaporării vara.

Marte, ca și Venus, sunt planete asemănătoare Pământului. Au multe în comun, dar există și diferențe. Oamenii de știință nu își pierd speranța de a găsi viață pe Marte, precum și de a terraforma această „rudă” a Pământului, deși într-un viitor îndepărtat. Pentru Planeta Roșie această sarcină pare mai simplă decât pentru Venus. Din păcate, Marte are un câmp magnetic foarte slab, ceea ce complică situația. Cert este că, din cauza absenței aproape complete a câmpului magnetic, vântul solar are un efect foarte puternic asupra atmosferei planetei. Determină disiparea gazelor atmosferice, astfel încât aproximativ 300 de tone de gaze atmosferice scapă în spațiu pe zi.

Potrivit experților, vântul solar a fost cel care a provocat dispersarea a aproximativ 90% din atmosfera marțiană de-a lungul a miliarde de ani. Ca rezultat, presiunea la suprafața lui Marte este de 0,7-1,155 kPa (1/110 din cea a Pământului, o astfel de presiune pe Pământ poate fi văzută ridicându-se la o înălțime de treizeci de kilometri de la suprafață).

Atmosfera de pe Marte constă în principal din dioxid de carbon (95%) cu mici amestecuri de azot, argon, oxigen și alte câteva gaze. Din păcate, presiunea și compoziția atmosferei de pe Planeta Roșie face imposibil ca organismele vii terestre să respire pe Planeta Roșie. Probabil, unele organisme microscopice vor putea supraviețui, dar nu se vor putea simți confortabil în astfel de condiții.

Compoziția atmosferei nu este o astfel de problemă. Dacă presiunea atmosferică de pe Marte ar fi jumătate sau o treime din cea de pe Pământ, atunci coloniștii sau marsonauții ar putea fi pe suprafața planetei în anumite momente ale zilei și ale anului fără costume spațiale, folosind doar un aparat de respirație. Multe organisme terestre s-ar simți mai confortabil pe Marte.

NASA consideră că este posibilă creșterea presiunii atmosferice asupra vecinului Pământului prin protejarea lui Marte de vântul solar. Această protecție este asigurată de un câmp magnetic. Pe Pământ există datorită așa-numitului mecanism dinam hidrodinamic. În miezul lichid al planetei circulă constant fluxuri de substanță conductoare electric (fier topit), datorită cărora sunt excitați curenți electrici, care creează câmpuri magnetice. Fluxurile interne din miezul pământului sunt asimetrice, ceea ce determină o creștere a câmpului magnetic. Magnetosfera Pământului protejează în mod fiabil atmosfera de a fi suflată de vântul solar.

Dipolul, conform calculelor autorilor proiectului de creare a unui scut magnetic pentru Marte, va genera un câmp magnetic suficient de puternic care nu va permite vântului solar să ajungă pe planetă.

Din păcate pentru oameni, nu există un câmp magnetic puternic constant pe Marte (și Venus), doar urme slabe sunt înregistrate. Datorită Mars Global Surveyor, a fost posibilă detectarea substanței magnetice sub crusta lui Marte. NASA consideră că aceste anomalii s-au format sub influența unui miez magnetic cândva și și-au păstrat proprietățile magnetice chiar și după ce planeta însăși și-a pierdut câmpul.

De unde să obțineți un scut magnetic

Directorul științific al NASA, Jim Green, consideră că câmpul magnetic natural al lui Marte nu poate fi restabilit, cel puțin nu acum și nici măcar într-un viitor foarte îndepărtat. Dar este posibil să se creeze un câmp artificial. Adevărat, nu pe Marte în sine, ci lângă el. Vorbind la Atelierul Planetary Science Vision 2050 despre „Viitorul mediului Marte pentru explorare și știință”, Green a propus crearea unui scut magnetic. Acest scut, Mars L1, conform autorilor proiectului, va închide Marte de vântul solar, iar planeta va începe să-și refacă atmosfera. Se plănuiește plasarea scutului între Marte și Soare, unde ar fi pe o orbită stabilă. Este planificat să se creeze câmpul folosind un dipol uriaș sau doi magneți egali și încărcați opus.

Diagrama NASA arată cum un scut magnetic ar proteja Marte de vântul solar

Autorii ideii au creat mai multe modele de simulare, fiecare dintre acestea arătând că după lansarea scutului magnetic, presiunea pe Marte va ajunge la jumătate din cea a Pământului. În special, dioxidul de carbon de la polii lui Marte se va evapora, transformându-se în gaz din faza solidă. În timp, efectul de seră se va manifesta, Marte va începe să se încălzească, gheața care este aproape de suprafața planetei în multe locuri se va topi și planeta va fi acoperită cu apă. Se crede că astfel de condiții au existat pe Marte acum aproximativ 3,5 miliarde de ani.

Desigur, acesta nu este un proiect de astăzi, dar poate că în secolul următor oamenii vor putea realiza această idee și vor terraforma Marte, creându-și o a doua casă.