Зелёный свет для красной планеты. что происходит в атмосфере марса?

Состав и структура поверхности и атмосферы Марса

Состав атмосферы Марса 

Атмосфера Марса примерно в 100 раз тоньше земной. По данным НАСА, она состоит из 95,32 % углекислого газа, 2,7 % азота, на 1,6 % аргона, 0,13 % кислорода, 0,08 % окиси углерода, а также незначительного количества воды, азота, неона, тяжелого водорода, криптона и ксенона.

Магнитное поле Марса 

В настоящее время на Марсе нет глобального планетарного магнитного поля, но есть локальные участки поверхности, где магнитное поле не уступает, а то и превосходит земное. Эти “островки” – остатки древнего планетарного магнитного поля, существовавшего 4,5-3,5 млрд. лет назад..

Химический состав недр Марса 

Марс, скорее всего, имеет твердое ядро, состоящее из железа, никеля и серы. Мантия Марса по составу похожа на земную и включает различные соединения кремния, кислорода, железа и магния. Кора планеты представлена вулканическими базальтовыми породами, которые также широко распространены в земной и лунной коре. Впрочем, состав земной и марсианской коры не идентичен – если на Марсе основной элемент коры – базальт, то на Земле это кремнезем.

Научное оборудование

Магнитометр для зонда MAVEN

На аппарате MAVEN установлено 8 приборов, входящих в три набора инструментов.

Particles and Fields Package («Набор для изучения частиц и полей») — содержит 6 инструментов для исследования характеристик солнечного ветра и ионосферы планеты. Создан в лаборатории космических исследований университета Беркли, штат Калифорния. Четыре инструмента построены в самой лаборатории; один создан совместно с лабораторией атмосферной и внеатмосферной физики колорадского университета в Боулдере; ещё один — магнитометр — изготовлен в космическом центре Годдарда.

Список инструментов, входящих в PFP:

• SEP (Solar Energetic Particle — cолнечные высокоэнергетические частицы)
• SWIA (Solar Wind Ion Analyzer — Анализатор ионов солнечного ветра)
• SWEA (Solar Wind Electron Analyzer — Анализатор электронов солнечного ветра)
• STATIC (SupraThermal and Thermal Ion Composition — Сверхгорячий и горячий ионный состав)
• LPW (Langmuir Probe and Waves — Датчик ленгмюровских волн)
• MAG (Magnetometer — Магнитометр) — пара индукционных магнитометров.

Remote Sensing Package (RSP, «Набор дистанционной регистрации»), построенный в лаборатории атмосферной и внеатмосферной физики колорадского университета в Боулдере, направлен на определение общих характеристик верхних слоёв атмосферы и ионосферы.

Список инструментов, входящих в RFP:

IUVS (Imaging Ultraviolet Spectrometer — Снимающий Ультрафиолетовый Спектрометр) предназначен для исследования газового состава нижних слоев атмосферы, в частности, для измерения концентрации углекислого газа.

Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS, «Нейтральный и ионный масс-спектрометр»), построенный в космическом центре Годдарда, предназначен для измерения соотношений концентраций ионов и нейтральных частиц, а также изучения изотопного состава атмосферы.

Радиокомплекс «Электра» обеспечит передачу данных между MAVEN и Землёй со скоростью от 1 Кбайт/c до 2 Мбайт/c.

Бортовым компьютером аппарата является одноплатный компьютер RAD750.

Непосредственным поиском следов жизни, которыми занят марсоход Curiosity, MAVEN заниматься не будет. В составе его оборудования отсутствует детектор, позволяющий обнаружить присутствие метана. Первоначально этот инструмент был запланирован, но сокращение бюджета заставило разработчиков отказаться от него.

Строение

Тонкое
покрытие меркурианского шара поделено на четыре слоя:

1. Нижний. Это жаркий участок, который
   нагревается от теплового излучения и от космических пылинок.
2. Средний. Здесь имеются потоки
   воздуха, аналогичные земным.
3. Верхний. Этот слой нагревается от
   потоков солнечного ветра. Температура воздуха превышает 410°.
4. Экзосфера. Завершающий слой, плавно
   переходящий от оболочки в открытый космос.

Сильные ветра разрушают поверхность планеты. Почему же меркурианский шар все еще сохраняется?
Сберечь форму небесного тела помогает магнитосфера. Она сдерживает сильные
ветра в то время, как за счет гравитации притягиваются газы и космическая пыль.

Исследования на пригодность для жизни

В апреле 2012 года были опубликованы исследования учёных Германского Аэрокосмического центра (DLR), в ходе которых исследовалась возможность выживания земных организмов в марсианских условиях.
Лишайники и сине-зелёные водоросли, собранные в Альпах (на высоте до 3500 метров) и Антарктиде, были помещены в атмосферу, имеющую марсианский состав. В специальной модельной камере ученые воспроизвели существующие на поверхности Марса состав атмосферы, грунт, давление, температуру и солнечное излучение.
Эксперимент длился 34 дня, за это время лишайники и сине-зелёные водоросли не только выжили, но и продолжали фотосинтезировать. Эксперимент подтвердил, что у живых существ есть шанс выжить на Марсе в трещинах скал и маленьких пещерах (для защиты от ультрафиолетового излучения), даже пробыв там в течение длительного периода.

С одной стороны, это означает, что на Марсе могла бы существовать внеземная жизнь. С другой — подтверждает риск возможного загрязнения поверхности Марса организмами с Земли во время будущих контактов.

В конце 2012 года российские и американские биологи опубликовали результаты исследований штаммов бактерий-экстремофилов, найденных ими в 40-метровых скважинах на полуострове Таймыр. Анализ структуры рибосомной РНК бактерий показал, что все они относятся к так называемым .
После их размножения учёные поместили их в искусственно воссозданные марсианские условия. Шесть штаммов бактерий выжили и продолжали расти и размножаться, хотя и с очень низкой скоростью. По словам биологов, данные бактерии способны расти при нулевых или отрицательных температурах, а также выносить давление, которое в 144 раза ниже нормального значения для атмосферы Земли. Один из видов микробов, условно названный WN 1359, лучше чувствовал себя в марсианских условиях, чем при земных температурах, давлении и количестве кислорода. Остальные пять штаммов бактерий, как и некоторые другие карнобактерии, тоже способны переносить заморозку и низкое давление, но не так хорошо, как WN 1359.

В 2017 году учёными Эдинбургского университета Чарльзом Кокеллем и Джениффер Вадсворт были опубликованы сведения о непригодности Марса для существования микроорганизмов из-за наличия на поверхности планеты перхлоратов.

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.

Можно ли добыть кислород на Марсе?

Наконец, самым амбиционным экспериментом станет попытка, извлечь кислород из воздуха Марса. Для этого будет использоваться специальное устройство Мокси, созданное для преобразования атмосферного углекислого газа Красной планеты в пригодный для дыхания кислород.

Мокси устроено довольно сложно – устройству предстоит отделять атомы кислорода из существующих молекул углекислого газа, в результате чего образуется монооксид углерода, кислород и другие побочные продукты.

Атмосфера Марса состоит примерно на 95% из углекислого газа, поэтому его количества достаточно для того, чтобы превратить его в кислород. К сожалению, Мокси вырабатывает лишь небольшое количество кислорода – около шести граммов в час – а это ровно столько, чтобы сохранить жизнь маленькой собаке. Но если эксперимент выйдет успешным, в дальнейшем на Марс можно будет отправить более продвинутые устройства, которые позволят производить там кислород в нужных для человека объемах.

Желтым обозначено Мокси — устройство для изготовления кислорода

Людям требуется около 20 граммов кислорода в час, чтобы выжить. Таким образом, технология должна быть значительно улучшена, прежде чем она сможет обеспечить достаточное количество кислорода для дыхания астронавтов, не говоря уже о том, чтобы использовать его для производства ракетного топлива на Марсе.

Благодаря таким миссиям, как «Настойчивость», идея людских колоний Марсе кажется не такой уж сумасшедшей, как раньше.

Однако Мокси — это нечто больше, чем просто тест на производство кислорода. Это проверка того, сможем ли мы использовать силу электрохимии Земли на другой планете. Если астронавты в конечном итоге получат доступ к воде на Марсе, обеспечив себя надежным источником водорода — ученые смогут изменить основную технологию Мокси для создания более сложных продуктов.

И когда вы прочитаете на нашем сайте или в нашем , что «Настойчивость» достигла поверхности Марса, имейте в виду, что этот марсоход не просто ищет древнюю инопланетную жизнь

hi-news.ru

Изменения со временем

Изменение угла наклона оси вращения Марса, эксцентриситета его орбиты и поступающего на его поверхность солнечного излучения за последние 10 млн лет.

Как и на Земле, климат Марса претерпевал долгосрочные изменения и на ранних этапах эволюции планеты сильно отличался от нынешнего. Различие состоит в том, что главную роль в циклических изменениях климата Земли играют изменение эксцентриситета орбиты и прецессия оси вращения, притом что наклон оси вращения остаётся примерно постоянным благодаря стабилизирующему воздействию Луны, тогда как Марс, не имея такого большого спутника, может претерпевать существенные изменения наклона оси его вращения. Расчёты показали, что наклон оси вращения Марса, составляющий сейчас 25° — примерно ту же величину, что и у Земли, — в недавнем прошлом был равен 45°, а в масштабе миллионов лет мог колебаться от 10° до 50°.

Марс в ледниковый период 2,1 млн — 400 тыс. лет назад, когда ось его вращения предположительно была сильно наклонена к плоскости орбиты. Полярные шапки разрастаются до низких широт порядка 30°.

Историю изменений климата на Марсе можно проследить путём анализа слоистых отложений в полярных шапках, на участках, где они доступны для наблюдения в разломах и трещинах. Полагая, что светлые слои образованы отложением льда, а тёмные — отложением пыли, по их числу и толщине (если знать время нарастания) можно судить о циклических вариациях климата и их корреляции с изменением угла наклона оси вращения и эксцентриситета орбиты Марса. Расчёты показывают, что циклы изменения этих параметров длятся всего 2,5 млн лет.

При сильном (около 45°) наклоне оси вращения планеты на полярные области попадает больше солнечного излучения, и они становятся самыми тёплыми участками. Вода и CO₂ в полярных шапках из твёрдого состояния переходят в виде газа в атмосферу, становящуюся таким образом более плотной и потому более тёплой и влажной, а атмосферное давление увеличивается до значений, необходимых для существования воды на поверхности Марса в жидкой фазе. Запускается круговорот воды, подобный происходящему на Земле. Водяной пар из атмосферы конденсируется в лёд и снег в низких широтах, где теперь холодно, проникает в почву и замерзает там. Когда же наклон оси вращения уменьшается, в полярных областях снова становится холоднее, а в экваториальных — теплее; вода, замёрзшая в приповерхностных слоях, возвращается в атмосферу в виде пара, перемещается к полюсам и снова конденсируется в ледяные полярные шапки. Большая часть углекислого газа также возвращается в полярные шапки, тем самым делая атмосферу очень разреженной. Такие изменения происходят в масштабах сотен тысяч и даже миллионов лет. По результатам некоторых расчётов, за последние 5 миллионов лет водяной лёд переместился с полюсов к экватору и обратно более 40 раз.

Судя по обнаруженному в кратерах льду на довольно низких (около 40°) широтах, где температуры по идее слишком высоки для того, чтобы он был стабилен в течение долгого времени, последний ледниковый период ещё не завершился.

Измерения соотношений изотопов аргона, подтверждающие потерю значительной части атмосферы Марса.

Итак, климат раннего Марса сильно отличался от наблюдаемого сегодня. Присутствие жидкой воды, подтверждённое многочисленными свидетельствами, предполагает существование достаточно плотной атмосферы. Со временем бо́льшая её часть рассеялась — скорее всего, посредством нетермального механизма ионного распыления частицами солнечного ветра, происходящего из-за отсутствия у планеты магнитного поля. Это подтверждается измерениями соотношений изотопов аргона, проведёнными аппаратами «Викинг» в 1976 году, «Curiosity» в 2013 году и «MAVEN» в 2017 году, с этим согласуются и данные изучения марсианских метеоритов.