Оцените величину атмосферного давления у поверхности марса


1. Сириус, Солнце, Алголь, альфа Центавра, Альбирео. Найдите в этом списке лишний объект и объясните свое решение. Решение: Лишний объект – Солнце. Все остальные звезды являются двойными или кратными. Можно также отметить, что Солнце – единственная в списке звезда, около которой обнаружены планеты. 2. Оцените величину атмосферного давления у поверхности Марса, если известно, что масса его атмосферы в 300 раз меньше, чем масса атмосферы Земли, а радиус Марса примерно в 2 раза меньше радиуса Земли. Решение: Простую, но достаточно точную оценку можно получить, если считать, что вся атмосфера Марса собрана в приповерхностном слое постоянной плотности, равной плотности у поверхности. Тогда давление можно вычислить по известной формуле $ p = rho g h $, где $ rho $ – плотность атмосферы у поверхности Марса, – ускорение свободного падения на поверхности,


$ h $ – высота такой однородной атмосферы. Такая атмосфера получится достаточно тонкой, поэтому изменением с высотой можно пренебречь. По той же причине массу атмосферы можно представить как $displaystyle m = rho cdot 4pi R^2 cdot h, $ где $ R $ – радиус планеты. Так как $displaystyle g = frac{G M}{R^2}, $ где $ M $ – масса планеты, – ее радиус, $ G $ – гравитационная постоянная, выражение для давления можно записать в виде $displaystyle p = frac{m}{4pi R^2} cdot frac{GM}{R^2} = frac{G}{4pi} cdot frac{m cdot M}{R^4}. $ Отношение $ M/R^3 $ пропорционально плотности планеты $ rho_text{пл} $, поэтому давление на поверхности получается пропорциональным
$ m rho_text{пл}/R $. Очевидно, что те же самые рассуждения можно применить и к Земле. Так как средние плотности Земли и Марса – двух планет земной группы – близки, зависимостью от средней плотности планеты можно пренебречь. Радиус Марса примерно в 2 раза меньше радиуса Земли, поэтому атмосферное давление на поверхности Марса можно оценить как $ 1/150 $ земного, т.е. около $ 0.7 $ кПа (на самом деле оно составляет около $ 0.6 $ кПа). 3. Известно, что угловая скорость вращения Земли вокруг оси уменьшается со временем. Почему? Решение: Из-за существования лунных и солнечных приливов (в океане, атмосфере и литосфере). Приливные горбы перемещаются по поверхности Земли в направлении, противоположном направлению ее вращения вокруг оси. Так как перемещение приливных горбов по поверхности Земли не может происходить без трения, то приливные горбы тормозят вращение Земли. 4. Где длиннее день 21 марта: в Петербурге или Магадане? Почему? Широта Магадана равна $ 60^circ $. Решение: Продолжительность дня определяется средним склонением Солнца в течение дня. В окрестности 21 марта склонение Солнца увеличивается со временем, поэтому день будет длиннее там, где 21 марта наступит позже. Магадан находится восточнее Петербурга, поэтому продолжительность дня 21 марта в Петербурге будет больше. 5. В ядре галактики M87 находится черная дыра с массой
$ 5 cdot 10^9 $ масс Солнца. Найдите гравитационный радиус черной дыры (расстояние от центра, на котором вторая космическая скорость равна скорости света), а также среднюю плотность вещества в пределах гравитационного радиуса. Решение: Вторую космическую скорость (она же скорость убегания или параболическая скорость) для любого космического тела можно расчитать по формуле: $displaystyle v_{II} = sqrt{frac{2 G M}{R}}, $ где – масса и – радиус этого тела. Масса черной дыры равна $ M = 5 cdot 10^9 cdot 2 cdot 10^{30} = 10^{40} $ кг (масса Солнца равна $ 2 cdot 10^{30} $ кг). Если Вы не помните массу Солнца, ее легко можно оценить, воспользовавшись данными о радиусе земной орбиты вокруг Солнца и продолжительности года. Полагая для черной дыры

$ v_{II} = c $ ($ c $ – скорость света в вакууме), найдем ее гравитационный радиус: $displaystyle R_g = frac{2 G M}{c^2} = frac{2 cdot 7 cdot 10^{-11} cdot 10^{40}}{(3 cdot 10^8)^2} approx 2 cdot 10^{13},text{м.} $ Средняя плотность вещества в пределах гравитационного радиуса $displaystyle rho_text{ср} = frac{M}{frac{4}{3} pi R_g^3} = frac{10^{40}}{frac{4}{3} cdot 3.14 cdot (2 cdot 10^{13})^3} approx 0.3,text{кг/м}^3. $ Такая малая плотность – это нормально. Так как радиус черной дыры растет пропорционально ее массе, то средняя плотность оказывается обратно пропорциональной квадрату массы черной дыры и для массивных черных дыр оказывается малой.

Источник: school.astro.spbu.ru

пример выполенной работы


Действия

Наблюдения, рисунки, выводы

1. Рассмотрите раковину беззубки. Найдите передний широкий, округлый) и задний (узкий) края, спинную и брюшную стороны. Какую окраску имеет наружная сторона раковины беззубки?

Наружная сторона раковины темно-коричневая, видны кольца.

2. Обратите внимание на выступающую наружную часть раковины (верхушку) и на окружающие её слои годовых приростов. Установите по числу годовых слоев возраст раковины

7 лет.

3. Соскребите пинцетом в каком -либо месте раковины наружный (окрашенный) слой. Какой цвет имеет обнажившийся фарфоровый слой?

Почти белый.

4. Рассмотрите внутреннюю сторону створки раковины. Чем отличается внутренний слой от других слоев раковины?

Есть перламутровый блеск. Ровная гладкая поверхность

5. Возьмите в руку двустворчатую раковину беззубки, сблизьте её створки, а затем слабо нажмите пальцем. Найдите соединяющую створки упругую спинную связку, действующую наподобие пружины

Рассмотрел связку. Она очень упругая

Зарисуйте раковину беззубки

Лабораторная работа Строение раковин моллюсков Цел

ВЫВОД: Овальная раковина беззубки имеет длину около 10 см. Передний конец раковины закруглен, задний слегка заострен. Раковина состоит из двух сим­метричных створок — правой и левой.
ллюсков, обла­дающих раковиной из двух половинок-створок, как у без­зубки, называют двустворчатыми. Обе створки при помощи упругой гибкой связки и двух мускулов-замыкателей со­единены между собой на спинной стороне. На брюшной стороне они могут раскрываться, и в образующуюся щель высовывается нога моллюска. Головы у беззубки нет. Нога у беззубки, в отличие от прудовика, не с широкой плоской подошвой, а в виде мускулистого, направленного вперед клина. При передвижении беззубка выдвигает ногу вперед и закрепляется ею в грунте, а затем подтягивает тело. Таким образом беззубка делает как бы маленькие шаги, по 1—2 см каждый, передвигаясь за час всего на 20—30 см. Потревоженная беззубка втягивает ногу в раковину и плотно замыкает створки при помощи мышц-замыкателей. Когда мышцы расслаблены, створки снизу раздвигаются под действием пружинящей связки.

Источник: 0tvet.com

Общие сведения об атмосфере Марса

Атмосфера у Марса значительно тоньше, чем у Земли. Ее высота равна 11 км, что составляет примерно 9-10% от земной. Это вызвано слабой силой притяжения на планете, неспособной удержать более широкий слой газа. Малая толщина и плотность атмосферы вызывает такие воздушные явления, каких нельзя застать на Земле.

Химически атмосфера состоит в основном из углекислого газа.

Плотность атмосферы также очень мала: более чем в 61 раз меньше средней плотности на Земле.

Из-за своих свойств атмосфера постоянно подвергается воздействию солнечного ветра, теряя вещество и рассеиваясь быстрее, чем на других планетах. Этот процесс называется диссипацией. Это связано с тем, что у планеты Марс нет магнитного поля.

Структура атмосферы


Даже будучи тонкой, марсианская атмосфера неоднородна и имеет слоистую структуру. Ее строение выглядит так:

● Ниже всех слоев находится тропосфера. Она занимает все пространство от поверхности до 20-30 км. Температура здесь равномерно уменьшается по мере подъема. Верхняя граница тропосферы не фиксирована, и изменяет свое положение на протяжении года.

● Выше находится стратомезосфера. Температура в этой части примерно одинакова и равна –133 °C. Она продолжается вплоть до высоты в 100 км над поверхностью, где вместе с ней заканчивается вся нижняя атмосфера.

● Все, что расположено выше (до границы, где начинается космос) называется верхней атмосферой. Другое название этого слоя – термосфера, а его средняя температура – от 200 до 350 К.

● Внутри нее выделяется ионосфера, для которой, как видно из названия, характерен высокий уровень ионизации, возникающий из-за солнечного излучения. Она начинается примерно там же, где и вся верхняя часть и имеет протяженность примерно в 400 км.

● На высоте около 230 км термосфера заканчивается. Ее последний слой называется экобаза.

● Далее начинается экзосфера.

● Не принадлежащей ни к нижней, ни к верхней атмосфере определяют хемосферу, в которой происходят химические реакции, инициируемые светом. Из-за отсутствия у Марса какого-либо аналога земного Озонового слоя, этот слой начинается на уровне поверхности. А заканчивается он на высоте в 120 км.


Итак, поверхность Марса покрыта достаточно тонкой и разреженной атмосферой, которая, впрочем, имеет относительно сложную структуру. Всего атмосфера Марса состоит из семи слоев, однако это число в разных источниках может меняться, так как ученые еще не пришли к согласию относительно природы некоторых слоев.

Не стоит думать, что слоистая структура указывает на статичность. Атмосфера Марса также склонна к изменениям, как и земная: в ней присутствует и общая циркуляция, и частные перемещения потоков воздуха.

Состав атмосферы

Химический состав атмосферы Марса сильно отличается от земного. Воздух на Марсе состоит из следующих газов:

● Основу атмосферы планеты Марс составляет углекислый газ. Он занимает примерно 95% от её объёма. Это единственный тяжелый газ, который способна удержать планета.

● Большую часть углекислого газа составляет CO2, однако долю от него занимает и оксид углерода CO. Эта доля необычно мала и заставляет ученых строить теории о том, почему CO не накапливается.

● Азот N2. Он составляет очень малую часть атмосферы – всего 2,7%. Однако задержаться в атмосфере он может только в виде двойной молекулы. Излучение Солнца постоянно расщепляет атмосферный азот на атомы, после чего он рассеивается.


● Аргон занимает 1,6% и представлен в основном тяжелым изотопом аргон-40.

● Кислород на Марсе также есть, но содержится в основном в верхней атмосфере и появляется при разложении других веществ, откуда затем переходит и в нижние слои. Из-за этого на высоте примерно 110 км и выше содержится в 3-4 раза больше O2, нежели ниже этого уровня. Дышать им нельзя.

● Озон – наиболее неопределенный газ в марсианской атмосфере. Его содержание зависит от температуры воздуха, а значит от времени года, широты и полушария.

● Метан на Марсе, несмотря на малое содержание в атмосфере, – один из самых загадочных газов планеты. Он может иметь несколько источников, но наиболее актуальных два: влияние температур (например, в вулканах) и переработка веществ бактериями и жвачными животными, после чего образуется бактериальный метан. Последний представляет особый интерес для астробиологии – именно его ищут на потенциально населенных планетах, чтобы доказать что на них есть жизнь. На что может указывать метан, появляющийся на Марсе всплесками – неизвестно.

● Органические соединения, такие как H2CO, HCl и SO2, тоже есть в составе атмосферы Марса. Они могут прояснить вопрос, о котором говорилось выше, так как их наличие говорит об отсутствии вулканической активности – а значит и термогенного метана.

● Вода. Пусть ее содержание в несколько сотен раз меньше чем в самых сухих районах Земли, она все же присутствует.

● Стоит также упомянуть, что атмосфера Марса наполнена мельчайшими пылевыми частицами (преимущественно — оксид железа). Они делают атмосферу красновато-оранжевой со стороны, и они же отвечают за цвета неба, обратные земным: дневные небеса на Марсе желто-коричневые, на закате и рассвете они становятся розовыми, а вокруг Солнца – голубыми.

Облака


Атмосфера Красной планеты способна формировать те же явления, что и земная. К примеру, на Марсе есть облака.

Парообразной воды в атмосфере планеты Марс крайне мало, но все же достаточно для появления облаков. Чаще всего они находятся на высоте от одного до трех десятков километров над поверхностью. Концентрированный водяной пар собирается в облака преимущественно на экваторе – там их можно наблюдать весь год.

Помимо этого, облако на Марсе может образовывать и CO2. Обычно оно находится выше водяных (на высоте примерно 20 км).

Также на Марсе бывают и туманы. Чаще всего – в низинах и кратерах, ночью.

Однажды на снимке марсианской атмосферы обнаружили вихревидные системы из облаков. Это было свидетельством более сложного климатического явления – циклона. На Земле это привычное явление, но на других планетах – достаточно необычное. Больше о марсианских циклонах пока ничего не известно.

На Марсе не бывает обычных дождей, но в числе природных явлений иногда наблюдается вирга – капли или снег, которые испаряются в воздухе, не долетая до земли.

Парниковый эффект

Речь о парниковом эффекте на Марсе всегда заходит в контексте обсуждения когда-то существовавшей на нем жидкой воды. Об этом уже говорят “реки” на поверхности, но этого ученым оказалось недостаточно, и они решили найти то, что позволило жидкой H2O появиться.
Когда Марс был молодой планетой, вулканы на нем были крайне активны. Каждый вулканический взрыв на Марсе выделял углекислый газ и метан, который разлагался под действием солнечных лучей, производя водород и создавая “водородный парниковый эффект”. В какой-то момент концентрация последнего газа увеличилась настолько, что позволила существование озер, рек и даже целых океанов воды. Однако со временем атмосфера планеты истончилась и больше не смогла обеспечивать условия, в которых вода оставалась бы жидкой. Сейчас на Марсе можно найти только водяной пар или лед. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит при помощи сублимации, минуя жидкую стадию. Это можно назвать уникальной особенностью в истории атмосферы Марса, так как подобного не происходило пока что ни на одной другой планете. Впрочем, это только научная теория.

Давление

В среднем атмосферное давление на Марсе равно 4,5 мм ртутного столба или 600 Паскалям. Это составляет одну 169-ую часть от среднего давления на Земле. Такое давление делает невозможным выживание человека на поверхности без скафандра. Людям, попавшим на открытую поверхность планеты Марс без защиты, грозит мгновенная смерть. Причиной тому существование так называемого лимита Армстронга – уровня давления, при котором вода закипает при обычной температуре тела человека. Давление атмосферы на поверхности Марса значительно ниже этого предела.

Пылевые смерчи

Пылевые бури, регулярно происходящие на Марсе – особенность этой планеты. Их причина – бури на Марсе, скорость ветра в которых достигает 100 км/ч. Воздух собирает висящую в атмосфере пыль на высоту до 50 км. Это порождает на Марсе те самые пылевые бури. Чаще всего они возникают в полярных регионах и бушуют на протяжении 1,5 – 3 месяцев. Похожим образом на Марсе возникают и песчаные бури. Отличие лишь в том, что на этот раз в воздух поднимаются более крупные частицы, осевшие на поверхность – песок.

Впрочем, если на Марсе есть ветер, то должны быть и опасные воздушные явления, которые он вызывает. К примеру, смерчи. Они, так же как и бури, поднимают в воздух песок и пыль, но простираются на сотни метров в ширину и километры в высоту и представляются куда более опасными (даже несмотря на то, что их скорость втрое ниже, чем у бурь – только 30 км/ч). Из-за все той же малой плотности атмосферы смерчи на Марсе больше похожи на торнадо. Второе их название – пылевые дьяволы. С орбиты видно, как они оставляют черные вихрящиеся следы на светло-песчаной поверхности.

Радиация

Радиация на Марсе представляет для людей не меньшую опасность чем пыль или низкое давление. Причины тому две: слабость и разреженность атмосферы и отсутствие магнитосферы у планеты Марс. Воздушная часть не способна защитить его поверхность от радиационного космического излучения. Именно поэтому за несколько дней, проведенных на планете без защиты, космонавт получит годовую дозу облучения.

Терраформирование

Несмотря на все это, люди по-прежнему мечтают подчинить себе Марс и даже сделать его обитаемым. Атмосфера Марса – одно из главных препятствий на этом пути. Однако терраформирование Марса предлагают провести не только обеспечив его кислородом и плотной атмосферой, но и создав при этом крупный источник космического топлива. Предлагается химически разлагать углекислый газ на кислород и CO, которым можно будет обеспечивать колонию и заправлять транспорт, чтобы наладить связь с Землей.

Источник: oplanetah.ru

2014-06-01   comment
Известно, что атмосферное давление на Марсе составляет 1/200 часть от атмосферного давления на Земле. Диаметр Марса примерно вдвое меньше земного, и если средняя плотность Земли равна $\rho_{з} = 5.5 \cdot 10^{3} кг/м^{3}$, то Марса $\rho_{м} = 4 \cdot10^{3} кг/м^{3}$.
Определите, во сколько раз масса марсианской атмосферы меньше, чем земной.


Решение:

Сила притяжения тела массой $m$ к Марсу на его поверхности в соответствии с законом всемирного тяготения равна $G \frac{M_{М}m}{R^{2}_{М}}$, где $M_{М}$ — масса Марса, а $R_{М}$ — его радиус. Это значит, что ускорение свободного падения на поверхности Марса равно $g_{М} = GM_{М}/R^{2}_{М}$. Если масса марсианской атмосферы равна $m_{М}$, го она притягивается к поверхности с силой $m_{М}g_{М}$, которая и представляет собой силу давления атмосферы, т. е. давление на поверхности Марса равно $p_{М}=m_{М}g_{М}/ (4 \pi R^{2}_{М})$. Аналогично для соответствующих параметров на Земле $p_{З}=m_{З}g_{З}/(4 \pi R^{2}_{З})$. Отношение масс атмосфер Марса и Земли равно
$\frac{m_{М}}{m_{З}} = \frac{p_{М} \cdot 4 \pi R^{2}_{М}g_{З}}{ p_{З} \cdot 4 \pi R^{2}_{З}g_{М}}$;
учитывая, что $M_{М} = (4/3) \pi R^{2}_{М} \rho_{М}$ (и аналогично для Земли), получаем, подставляя данные из условия,
$\frac{m_{М}}{m_{З}} = \frac{p_{М}}{p_{З}} \frac{R_{М}}{R_{З}} \frac{\rho_{З}}{\rho_{М}} \approx 3,4 \cdot 10^{-3}$.
Отмстим, что при решении задачи мы фактически считали атмосферу расположенной вблизи поверхности планеты. Это действительно так: высота атмосферы много меньше радиуса планет (например, на Земле на высоте 10 км уже печем дышать, а радиус Земли равен $R_{З} \approx 6400 км$!).

Источник: earthz.ru

Общие сведения о Марсе

Марс – это четвертая по удаленности от Солнца планета (четвертая планета Солнечной системы).

Марс относится к планетам земной группы и назван в честь древнеримского бога войны, аналога древнегреческому Аресу.

У Марса есть два естественных спутника – Фобос и Деймос (обозначают «страх» и «ужас»). Имена даны лунам в честь персонажей греческой мифологии, сыновей Ареса.

Марс известен людям с древних времен, когда люди наблюдали за перемещением по небосводу красной звезды, предвестника войн и катаклизмов.

Марс обладает разреженной атмосферой.

Соседями Марса являются Земля и Юпитер, который отделен от Красной планеты поясом астероидов.

Модели предполагают, что Марс состоит из коры со средней толщиной 50 километров (максимальная оценка – не более 125 километров), силикатной мантии и ядра радиусом от 1480 до 1800 километров.

Основными особенностями поверхностного рельефа Марса считаются ударные кратеры, вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки. Самая высокая гора на планетах Солнечной системы Олимп – это потухший марсианский вулкан.

У Марса обнаружено слабое магнитное поле.

Орбита Марса

Среднее расстояние от Марса до Солнца 228 миллионов километров (1,52 астрономической единицы).

Перигелий (ближайшая к Солнцу точка орбиты): 206,655 миллиона километров (1,381 астрономической единицы).

Афелий (самая далекая от Солнца точка орбиты): 249,232 миллиона километров (1,666 астрономической единицы).

Средняя скорость движения Марса по орбите составляет около 24 километров в секунду.

Один оборот вокруг Солнца планета совершает за 799,94 земных суток.

Продолжительность суток на Марсе составляет 24 часа 37 минут 22,7 секунды. Одни марсианские сутки называются солом.

Марсианский год состоит из 668,6 марсианских солнечных суток (солов).

Расстояние от Марса до Земли варьируется в пределах от 55,76 до 401 миллиона километров.

Направление вращения Марса соответствует направлению вращения всех (кроме Венеры и Урана) планет Солнечной системы.

Физические характеристики Марса

Марс – седьмая по размеру планета в Солнечной системе.

Температура на поверхности Марса колеблется в пределах от -153 до +35°C.

Радиус Марса составляет 3389 километров (53% радиуса Земли).

Площадь поверхности Марса составляет 144,37 миллиона квадратных километров (28,3% поверхности Земли).

Средняя плотность Марса составляет 3930 килограмм на кубический метр (71,3% земной плотности).

Ускорение свободного падения на Марсе равно 3,711 метра на секунду в квадрате (0,378 g).

Масса Марса равна 6,4171 х 1023килограмма, что составляет около 10,7% от массы Земли.

Атмосфера и климат Марса

Атмосферное давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного.

Атмосфера Марса в основном состоит из углекислого газа (95,32%), также в составе присутствуют азот, аргон, кислород, водяной пар, угарный газ и другие компоненты.

Среднее атмосферное давление на Марсе составляет 0,4-0,87 кПа.

Климат на Марсе, как и на нашей планете, носит сезонный характер из-за угла наклона оси 25,2 градуса.

Для северного полушария Марса характерны мягкая зима и прохладное лето, при этом в южном полушарии зима более холодная, а лето более жаркое.

Северная и южная полярные шапки Марса состоят из двух компонентов: сезонного углекислого газа и векового водяного льда.

Для Марса характерны пыльные бури, в том числе охватывающие планету целиком, как в 2018 году.

Исследование Марса

Марс является наиболее исследованной (после Земли) планетой Солнечной системы.

Советские исследования Марса включали в себя программу «Марс», в рамках которой с 1962 по 1973 год были запущены автоматические межпланетные станции четырех поколений, а также программу «Фобос» – две автоматические межпланетные станции, предназначенные для исследования Марса и его спутника Фобоса.

«ExoMars» (Экзомарс) – это совместная программа Европейского космического агентства (ESA) и российской госкорпорации «Роскосмос» по исследованию Красной планеты, основной целью которой является поиск доказательств существования в прошлом и настоящем жизни на Марсе.

В настоящее время на поверхности Марса работают марсоходы NASA «Opportunity» и «Curiosity», исследовательский посадочный модуль «InSight», а на орбите непрерывно трудится несколько орбитальных аппаратов различных космических агентств.

Источник: zen.yandex.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.