Атмосфера марса будущее атмосферы земли


Атмосфера планеты Земля истончается

По сообщению на веб-сайте ted.com, астрофизик Гарвардского университета, Анджали Трипатхи (Anjali Tripathi) заявил, что бегство с Земли атмосферы вызовет огромные изменения в ее составе. Это приведет планету в конечном счете к такому состоянию, когда жизнь на ней не сможет больше существовать и Земля станет бесплодной.

Земля будет в конечном итоге бесплодной, безжизненной планетой, как Марс, предположил астрофизик Анджали Трипатхи

Трипатхи добавил, что атмосфера, окружающая нашу планету тонким разреженным слоем, позволяет процветать на ней жизни… И это такое удивительное явление, что факт ее исчезновения должен пугать, по крайней мере, немного.

Потеряв атмосферу, наша Земля обречена стать бесплодной красной планетой, напоминающей Марс.

Исчезновение атмосферы превратит Землю в конечном итоге в безжизненную красную планету, как Марс. Анджали Трипатхи сообщил, что с каждым мгновением в Космос с Земли вылетает 400 фунтов (181,44 кг) водорода и около 6,6 фунтов (2,99 кг) гелия.

Почему Марс приобрел красный цвет


Астрофизик полагает, что на Марсе, который сейчас является безжизненной планетой, была такая же система погоды, как на Земле. Это указывает на возможное присутствие там когда-то жизни. Тем не менее, планета пережила процесс сильного атмосферного давления и потеряла водород. Впоследствии оставшийся кислород за счет окисления поверхности придал планете красный цвет.

Анджали Трипатхи предположил, что с Землей происходит тот же процесс. И он в будущем, когда Солнце, поглотив большую часть Солнечной системы, станет ярче, будет протекать более быстрыми темпами. Но еще задолго до этого Земля начнет походить Марс.

Однако у Земли еще есть некоторое время, чтобы подготовиться к своему апокалипсису, поскольку до этого должно пройти еще несколько миллиардов лет.

Глава 2. Главная проблема

Одно из главенствующих мест экологической проблемы занимает парниковый эффект. Парниковый эффект – это повышение температуры поверхности Земли по причине нагрева нижних слоев атмосферы скоплением парниковых газов. В результате температура воздуха больше, чем должна быть, а это приводит к таким необратимым последствиям, как климатические изменения и глобальное потепление. Несколько веков назад эта экологическая проблема существовала, но не была такой явной. С развитием технологий с каждым годом увеличивается количество источников, которые обеспечивают парниковый эффект в атмосфере.

Причины парникового эффекта


Чтобы понять механизм действия этого явления, нужно определить его причины, обсудить последствия и решить, как можно бороться с данной экологической проблемой, пока не поздно. Причины парникового эффекта следующие:

Источник: www.prodlenka.org

Из чего состоит атмосфера Марса?

Ныне климат Марса суров и отвергает даже возможность обитания здесь живых существ. Марсианская погода формируется множеством факторов, среди которых цикличный рост и таяние ледяных шапок, водяные пары в атмосфере и сезонные пылевых бури. Порой, гигантские пылевые бури охватывают сразу всю планету и могут длиться месяцами, окрашивая небо в густой красный цвет.

Атмосфера Марса примерно в 100 раз тоньше, чем у Земли, а на 95 процентов состоит углекислого газа. Точный состав марсианской атмосферы таков:

  • Углекислый газ: 95,32 %
  • Азот: 2,7 %
  • Аргон: 1,6 %
  • Кислород: 0,13 %
  • Окись углерода: 0,08 %

Кроме того, в незначительных количествах встречаются: вода, оксиды азота, неон, тяжелый водород, криптон и ксенон.

Как возникла атмосфера Марса? Так же, как и на Земле — в результате дегазации — выхода газов из недр планеты. Однако сила тяжести на Марсе значительно меньше, чем на Земле, поэтому большая часть газов улетучивается в мировое пространство, и лишь незначительная их часть способна удержаться вокруг планеты.

Что случилось с атмосферой Марса в прошлом?


На заре существования Солнечной системы, то есть 4,5-3,5 миллиарда лет назад, Марс обладал достаточно плотной атмосферой, благодаря чему на его поверхности вода могла находится  в жидком виде. Орбитальные фотографии показывают контуры обширных речных долин, очертания древнего океана на поверхности красной планеты, а марсоходы уже не однократно находили образцы химических соединений, которые доказывают нам, что глаза не врут – все эти привычные человеческому глазу детали рельефа на Марсе, сформировались в таких же условиях, как и на Земле.

Вода на Марсе была без сомнений, вопросов здесь нет. Вопрос только в том, почему она в итоге исчезла?

Основная теория на этот счет выглядит примерно так: когда-то давно у Марса было планетарное магнитное поле, эффективно отражающее солнечную радиацию, однако со временем оно начало слабеть и около 3,5 млрд. лет назад практически сошло на нет (отдельные локальные очаги магнитного поля, причем по мощности вполне сравнимого с земным, есть на Марсе и сейчас). Так как размеры Марса почти вдвое меньше земных, его гравитация значительно слабее, чем у нашей планеты. Сочетание этих двух факторов (потеря магнитного поля и слабая гравитация) привели к тому. что солнечный ветер стал “выбивать” легкие молекулы из атмосферы планеты, постепенно истончая её. Так, в считанные миллионы лет, Марс оказался в роли яблока, с которого ножом аккуратно срезали кожицу.


Ослабевшее магнитное поле уже не могло эффективно “гасить” космическую радиацию, и солнце из источника жизни превратилось для Марса в убийцу. А истонченная атмосфера не могла уже удерживать тепло, поэтому температура на поверхности планеты упала до среднего значения в -60 градусов по Цельсию, лишь летним днем на экваторе, достигая +20 градусов.

Хотя атмосфера Марса сейчас примерно в 100 раз тоньше земной, она все еще достаточно толстая, чтобы на красной планете активно проистекали процессы погодообразования, выпадали осадки, возникали тучи и ветры.

Радиация, пыльные бури и другие особенности Марса

Радиация у поверхности планеты представляет опасность, однако по данным НАСА, полученным из сбора анализов марсоходом “Curiosity”, следует, что даже за 500-дневный период прибывания на Марсе (+360 дней в пути), астронавты (с учетом защитного снаряжения) получили бы “дозу” радиации равную 1 зиверту (~100 рентген). Эта доза опасна, однако безусловно не убьет взрослого человека “на месте”. Считается, что полученный 1 зиверт облучения, на 5% увеличивает риск астронавта на развитие рака. По мнению ученых, ради науки можно пойти и на большие лишения, тем более, первый шаг на Марс, даже если он и сулит проблемы со здоровьем в будущем… Это определенно шаг в бессмертие!


На поверхности Марса, сезонно, бушуют сотни  пылевых дьяволов (торнадо) поднимающие в атмосферу пыль из железных окислов (ржавчину, по простому) которая обильно покрывает марсианские пустоши. Марсианская пыль очень мелкая, что в сочетании с малой силой тяжести приводит к тому, что в атмосфере всегда присутствует её значительно количество, достигающее особенно больших концентраций осенью и зимой в северном, и весной и летом – в южном полушариях планеты.

Пылевые бури на Марсе – крупнейшие в солнечной системе, способные покрывать всю поверхность планеты и порой идти месяцами. Основные сезоны пылевых бурь на Марсе – весна и лето.

Механизм таких мощных погодных явлений изучены не до конца, но с большой долей вероятности объясняется следующей теорией: когда большое число частичек пыли поднимается в атмосферу, это приводит к её резкому прогреву на большую высоту. Теплые массы газов устремляются в сторону холодных областей планеты, порождая ветер. Марсианская пыль, как уже отмечалось, очень легкая, поэтому сильный ветер поднимает в верх ещё больше пыли, что в свою очередь ещё сильнее нагревает атмосферу и порождает ещё более сильные ветры, которые в свою очередь поднимают ещё больше пыли… ну и так далее!

Дождей на Марсе нет, да и откуда им взяться на морозе в -60 градусов? А вот снег иногда идет. Правда состоит такой снег не из воды, а из кристалликов углекислого газа, да и по свойствам больше напоминает туман, а не снег (слишком малы “снежинки”), однако будьте уверены – это самый настоящий снег! Просто с местной спецификой.


Вообще, “снег” идет почти по всей территории Марса, причем процесс этот цикличный – ночью углекислый газ замерзает и превращается в кристаллы, выпадая на поверхность, а днем оттаивает и снова возвращается в атмосферу. Однако на северном и южном полюсах планеты, в зимний период, царит мороз до -125 градусов, поэтому единожды выпав в виде кристаллов, газ уже не испаряется, и лежит пластом до весны. Учитывая размер снежных шапок Марса, надо ли говорить, что зимой концентрация углекислого газа в атмосфере падает на десятки процентов? Атмосфера становится ещё более разреженной, и как следствие задерживает ещё меньше тепла… Марс погружается в зиму.

Спустя несколько месяцев, планета оказывается ближе к солнцу, начинается процесс активного таяния снеговых шапок, атмосфера насыщается углекислым газом, становится плотнее, и тогда наступает настоящее марсианское лето!

Южная шапка Марса не истаивает полностью даже в самые “жаркие” годы, а вот северная полярная шапка летом может растаять совсем, обнажая под толщей “сухого льда” (углекислого) настоящий водяной лед.

Источник: starcatalog.ru

По задумке Грина, источник магнитного поля между Солнцем и Марсом «спрячет» планету в хвосте магнитосферы. Иллюстрация: NASA/J.Green

Средняя температура на Марсе — минус 60 градусов по Цельсию (может варьироваться от минус 125 градусов на полюсах до 20 градусов на экваторе в полдень). Чтобы растопить сухой лед на полюсах Марса, средняя температура должна подняться на четыре градуса. Особенно Грина с этой точки зрения интересует северный полюс, где под шапкой сухого льда скрывается обычный водяной лед. Испарение углекислого газа благодаря парниковому эффекту должно еще повысить температуру и привести к таянию водяного льда и частичному восстановлению марсианского океана.

Это, конечно, еще не сделает Марс похожим на комфортную для нас Землю. Основной компонент марсианской атмосферы — углекислый газ, также в небольших количествах присутствуют азот, аргон, кислород, угарный газ и другие газы.

«Мне как астроному эта идея кажется фантастической, поскольку затрата энергии на создание магнитного поля приемлемой напряженности в объеме планеты чудовищно велика. Если все же это удастся сделать, то атмосфера Марса действительно может стать более благоприятной для человека в смысле давления и влажности. Но кислород в ней все равно не появится сам по себе. Впрочем, если „на Марсе будут яблони цвести“, то в конце концов появится и кислород», — пояснил Владимир Сурдин, старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ.

Как можно было бы осуществить такой проект, Грин пишет весьма расплывчато. Он считает, что возможны конструкции, которые будут генерировать магнитное поле с индукцией 1−2 тесла (для сравнения: индукция магнитного поля Земли измеряется в микротесла).


«В принципе можно фантазировать на тему о том, как сделать очень легкий и очень большой (планетарных масштабов) проводящий (металлический) экран, развернутый вблизи Марса, снабдить его мощными атомными электростанциями, организовать систему токов по этому экрану так, чтобы они генерировали магнитное поле подходящей структуры, как сделать так, чтобы этот экран был устойчив, потратить на это чертову уйму денег и усилий, вместо того чтобы решать задачи, реально стоящие перед человечеством», — считает Дмитрий Соколов, профессор кафедры математики физфака МГУ.

В русскоязычных новостях об идее Грина написали в духе «NASA предлагает/решило создать у Марса искусственное магнитное поле». Но надо отметить, что на конференции Planetary Science Vision 2050 Workshop, где был прочитан доклад Грина, обсуждались лишь предположения о том, как исследование Солнечной системы могло бы выглядеть в будущем.

«Цель конференции — собрать экспертов в области планетных исследований Солнечной системы и смежных дисциплин вместе со специалистами в области космических технологий, чтобы определить потенциальные научные цели и технологические возможности, которые могут быть реализованы к концу 2040-х годов и поддержат следующую стадию исследований Солнечной системы», — говорится в описании мероприятия.

Иными словами, идея Грина обсуждается на стыке науки и научной фантастики и смотрится уместно в контексте других далеких от практики идей по колонизации Марса.

 Екатерина Боровикова

Источник: tass.ru

Общие сведения


Атмосфера Марса открыта была еще до полета автоматических межпланетных станции к планете. Благодаря противостояниям планеты, которые случаются раз в три года и спектральному анализу, астрономы уже в 19 веке знали, что она имеет весьма однородный состав, более 95% которого составляет CO2.

Цвет марсианского неба с посадочного модуля Viking Lander 1

Цвет марсианского неба с посадочного модуля Viking Lander 1. На 1742 сол (марсианский день) видна пылевая буря.

В 20 веке, благодаря межпланетным зондам мы узнали, что атмосфера Марса и его температура сильно взаимосвязаны, ведь благодаря переносу мельчайших частичек оксида железа возникают огромные пылевые бури, которые могут охватить половину планеты, попутно подняв ее температуру.


Примерный состав

Газовая оболочка планеты состоит из состоит из 95% углекислого газа, 3% азота, 1,6% аргона, и следовых количеств кислорода, водяного пара и других газов. Кроме того, она очень сильно наполнена мелкими частицами пыли (в основном из оксида железа), которые придают ей красноватый оттенок. Благодаря сведениям о частичках оксида железа, ответить на вопрос какого цвета атмосфера, совсем не трудно.

Углекислый газ

Темные дюны

Темные дюны — результат сублимации замерзшей углекислоты, которая весной растаяла и вырвалась в разряженную атмосферу, оставив после себя вот такие следы.

Почему атмосфера красной планеты состоит из углекислого газа? На планете нет тектоники плит вот уже в течение миллиардов лет. Отсутствие движения плит позволило вулканическим точкам извергать магму на поверхность миллионы лет подряд. Углекислый газ также является продуктом извержения и это единственный газ, которым постоянно пополняется атмосфера, собственно это фактически единственная причина, почему она существует. К тому же планета лишилась своего магнитного поля, что способствовало тому, что более легкие газы уносились солнечным ветром. Из-за непрерывных извержений, появилось множество больших вулканических гор. Гора Олимп, является крупнейшей горой в Солнечной системе.

Заход Солнца, снято марсоходом Curiosity

Заход Солнца, снято марсоходом Curiosity

Ученые считают, что Марс растерял всю свою атмосферу, из-за того, что потерял свою магнитосферу около 4 миллиардов лет назад. Когда-то газовая оболочка планеты была плотнее и магнитосфера защищала от солнечного ветра планету. Солнечный ветер, атмосфера и магнитосфера сильно взаимосвязаны. Солнечные частицы взаимодействует с ионосферой и уносит из нее молекулы, снижая плотность. Это и является разгадкой на вопрос куда делась атмосфера. Эти ионизированные частицы были обнаружены космическими аппаратами, в пространстве позади Марса. Это приводит к тому, что на поверхности давление в среднем 600 Па, по сравнению со средним давлением на Земле 101300 Па.

Метан

Относительно большое количество метана было обнаружено сравнительно недавно. Эта неожиданная находка показала, что атмосфера содержит метан в пропорции 30 частей на миллиард. Этот газ появляется из разных районов планеты. Данные позволяют предположить, что существует два основных источника метана.

Закат Солнца

Закат Солнца, голубой цвет неба обусловлен, отчасти, наличием метана

Считается, что Марс производит около 270 тонн метана в год. В соответствии с условиями на планете метан разрушается быстро, примерно за 6 месяцев. Для того, чтобы метан существовал в обнаруженных количествах, должны быть активные источники под поверхностью. Вулканическая активность и серпентинизация являются наиболее вероятными причинами образования метана.

Кстати, метан это одна из причин почему атмосфера планеты голубая на закате. Метан лучше рассеивает голубой цвет, нежели другие цвета.

Метан является побочным продуктом жизни, а также является результатом вулканизма, геотермальных процессов, и гидротермальной деятельности. Метан является неустойчивым газом, поэтому на планете должен быть источник, который постоянно пополняет его. Он должен быть очень активным, потому что исследования показали, что метан разрушается меньше чем за год.

Количественный состав

Циркуляция газов в марсианской атмосфере

Циркуляция газов в марсианской атмосфере

Химический состав атмосферы: она состоит из более 95% углекислого газа, 95,32%, если быть точным. Газы распределены следующим образом:

Диоксид углерода 95,32%
Азот 2,7%
Аргон 1,6%
Кислород 0,13%
Окись углерода 0,07%
Водяной пар 0,03%
Оксид азота 0,0013%

Строение

Атмосфера делится на четыре основных слоя: нижний, средний, верхний и экзосфера. Нижние слои это теплая область (температура около 210 К). Она нагревается от пыли в воздухе (пыль 1,5 мкм в поперечнике) и теплового излучения от поверхности.

Следует учесть, что, несмотря на очень большую разрежённость, концентрация углекислого газа, в газовой оболочке планеты, примерно в 23 раза больше, чем в нашей. Поэтому, не такая уж и дружелюбная атмосфера Марса, нельзя дышать в ней не только людям, но и другим земным организмам.

Атмосфера планеты, рисунок

Атмосфера планеты, рисунок

Средняя — похожа на Земную. Верхние слои атмосферы нагревается от солнечного ветра и там температура гораздо выше, чем на поверхности. Это тепло заставляет газ покидать газовую оболочку. Экзосфера начинается примерно в 200 км от поверхности и не имеет четкой границы. Как видите, распределение температуры по высоте, достаточно предсказуемо для планеты земной группы.

Погода на Марсе

Прогноз на Марсе, как правило, очень плохой. Посмотреть прогноз погоды на Марсе можно тут. Погода меняется каждый день и иногда даже каждый час. Это кажется необычным для планеты, которая имеет атмосферу составляющую всего 1% от Земной. Несмотря на это, климат Марса и общая температура планеты так же сильно влияют друг на друга как и на Земле.

Температура

Летом дневная температура на экваторе может доходить до 20 °С. Ночью, температура может опускаться до -90 С. 110 градусов разницы в один день, может создать пылевые смерчи и пылевые бури, которые охватывают собой всю планету на несколько недель. Зимние температуры крайне низки -140 C. Углекислый газ замерзает и превращается в сухой лед. Марсианский Северный полюс имеет метровый слой сухого льда в зимнее время, в то время как Южный полюс покрыт постоянно восемью метрами сухого льда.

Облака

Анимация движения облаков в атмосфере, полученная зондом Curiosity

Анимация движения облаков в атмосфере, полученная зондом Curiosity

Так как излучение Солнца и солнечного ветра постоянно бомбардируют планету, жидкая вода не может существовать, поэтому дождя на Марсе нет. Иногда, однако, появляются облака и начинает падать снег. Облака на Марсе очень маленькие и тонкие.

Curiosity снял облака на фоне роботизированной мачты

Curiosity снял облака на фоне роботизированной мачты

Ученые считают, что некоторые из них состоят из мелких частиц воды. Атмосфера содержит водяной пар  в незначительных количествах. С первого взгляда может показаться, что облака не могут существовать на планете.

Анимация движения облаков, фотографии с аппарата Феникс

Анимация движения облаков, фотографии с аппарата Феникс

И все же на Марсе, есть условия для формирования облаков. На планете так холодно, что вода в этих облаках никогда не выпадает в виде дождя, но идет в виде снега в верхних слоях атмосферы. Ученые наблюдали это несколько раз, и нет никаких доказательств, что снег не достигает поверхности.

Пыль

Пыль осевшая на марсоходе

Пыль осевшая на марсоходе

Как влияет атмосфера на температурный режим увидеть довольно легко. Наиболее показательным событием являются пылевые бури, которые локально нагревают планету. Они происходят из-за перепада температур на планете, а поверхность покрыта легкой пылью, которую поднимает даже такой слабый ветер.

Поверхность планеты, очищенная щеткой марсохода от пыли

Поверхность планеты, очищенная щеткой марсохода от пыли

Эти бури запыляют панели солнечных батарей, что делает невозможным долгосрочное исследование планеты. К счастью, бури чередуются с ветром, который сдувает накопленную пыль с панелей. Но атмосфера Куриосити помешать не в состоянии, передовой американский марсоход оснащен ядерным термогенератором и ему, перебои с солнечным светом не страшны, в отличие от другого марсохода Opportunity, работающего на солнечных батареях.

Автопортрет марсохода

Такому марсоходу не страшны никакие пылевые бури

Углекислый газ

Как уже говорилось, газовая оболочка красной планеты на 95 состоит из углекислого газа. Он может замерзать и выпадать на поверхность. Примерно 25% атмосферного углекислого газа конденсируется в полярных шапках в виде твердого льда (сухой лед). Это происходит из-за того, что Марсианские полюса не подвергаются воздействию солнечного света в течение зимнего периода.

Когда на полюса вновь падает солнечный свет, лед переходит в газообразную форму и испаряется обратно. Таким образом, происходит значительное изменение давления за год.

Пылевые смерчи

Пылевой смерч высотой 12 километров

Пылевой смерч высотой 12 километров и 200 метров в диаметре

Если вы когда-либо были в пустынной местности, то видели крошечные пылевые смерчи, которые, как будто возникают из ниоткуда. Пылевые смерчи на Марсе немного более зловещи, чем на Земле. В сравнении с нашей, атмосфера краснйо планеты имеет плотность в 100 раз меньшую. Поэтому, смерчи больше похожи на торнадо, возвышающиеся на несколько километров в воздухе и имеющие сотни метров в поперечнике. Это отчасти объясняет то, что в сравнении с нашей планетой, атмосфера красная – пылевые бури и мелкодисперсная пыль из оксида железа. Также цвет газовой оболочки планеты может менять и на закате, когда садится Солнце, метан рассеивает голубую часть света сильнее чем остальные, поэтому закат на планете голубой.

Возникновение

Летом на Марсе температура может колебаться от -90°С ночью до 20°С днем. 110 градусов разницы создают условия, необходимые для возникновения пылевых смерчей. Смешение теплого и холодного воздуха основное условие, необходимое для формирования торнадо, происходят именно вблизи поверхности. Основным отличием является то, что атмосферное давление на Марсе значительно ниже, что позволяет буре развиваться более быстро и вырасти больше. Атмосфера днём сильнее прогревается, особенно на экваторе, но, не смотря на это, она не пригодна для жизни, в первую очередь из-за состава, а потом из-за низкого давления.

Формирование бурь


Формирование бури в атмосфере, по данным зонда NASA Mars Reconnaissance Orbiter

Давайте взглянем на то, что ученые думают об условиях внутри одной из этих бурь. Буря формируется быстро, и внезапно вы окажетесь не в состоянии видеть больше, чем несколько сантиметров перед собой. Ветер достигает 30 м/с, в кратчайшие сроки поднимает огромное количество оксида железа. Что еще хуже — трение пыли в воздухе создает электричество.

Поскольку не существует эрозии на поверхности Марса, Марсоходам удалось сфотографировать следы на поверхности планеты, которые были оставлены предыдущими смерчами.

Пылевые смерчи на Марсе будут серьезной проблемой для астронавтов, которым придется с ними столкнуться по прибытии на планету.

Пылевой смерч в кратера Гусева

Пылевой смерч в кратера Гусева

Газовая оболочка создает большое количество препятствий для освоения человеком планеты. Это невозможность существования жидкой воды на поверхности и высокие уровни радиации.


Замечательно видео о пылевых смерчах

Будущие исследования

Несмотря на большой объем знаний, нам еще много предстоит узнать об атмосфера планеты, для ее детального исследования 18 ноября 2013 года был запущен космический аппарат MAVEN основной задачей которого будет детальное изучение газовой оболочки и протекающих в ней процессов.

Источник

Источник: hikosmos.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.