Пригоден ли Марс для жизни человека, какая температура на Красной планете, как ученые смогли получить там кислород и другие интересные факты об атмосфере Марса

Человечество всегда испытывало интерес к Красной планете. Близкое расположение к Земле и развитие астрономических технологий позволили воочию наблюдать происходящие события: изменение цвета планеты, пылевые бури, снежные полюса. Из чего же состоит атмосфера Марса и что на нее влияет, вы узнаете из этой статьи.

Общие сведения

Количество воздуха на Марсе в 100 раз меньше земного и в обычном понимании его не существует. Солнечные ветры увлекают за собой часть атмосферы. Причиной этого является отсутствие собственного магнитного поля. По своему составу и показателям марсианский воздух приближен к воздуху не Венере.

Из каких слоев состоит атмосфера Марса

У атмосферы Марса есть 2 основных составляющих: верхняя атмосфера и нижняя атмосфера.

Верхняя атмосфера состоит из следующих слоев:

• термосфера – простирается на высоте от 100 км до 200 км. Слой относительно стабилен. Средняя температура растет с высотой, затем значения остаются постоянными: от -70 °С до -190 °С;
• экзосфера – располагается свыше 200 км и граничит с космосом. Характеризуется повышенной ионизацией.

Составные слои нижней атмосферы:

• тропосфера – первый марсианский слой толщиной 20-30 км. Верхняя кромка непостоянна и претерпевает сезонные изменения. Температура понижается по мере подъема;
• стратомезосфера – начинается на высоте 100 км. Присутствует рваное озоновое кольцо (50 — 60 км от поверхности). Температурные показатели стабильны: -130°С.

Состав атмосферы

Воздух на Марсе существенно отличается от земного.

1. Основной его компонент – углекислый газ. Его содержание достигает 95%. Источником пополнения являются вулканические выбросы. Тяжелая газовая смесь удерживается за счет силы притяжения.
2. Азот, который в земной атмосфере составляет около 80%, на Марсе не превышает 3%. Он задерживается марсианской гравитацией, но радиация разделяет молекулы, которые по отдельности улетучиваются.
3. Кислород на Марсе образуется после реакции углекислого газа и воды в верхней атмосфере, затем перемещается в нижние слои. Концентрация O₂ непригодна для дыхания живых организмов и составляет всего 0,13%.
4. Замкнутое кольцо озона практически отсутствует.

Содержание метана в атмосфере

Самый загадочный газ Красной планеты. Метан выступает индикатором присутствия живых организмов.

Астробиологами зафиксировано не только наличие метана в составе оболочки Марса, но и регулярные всплески. Максимальная концентрация достигает 20 долей на миллиард по сравнению со средними земными значениями – 1800 миллиардных долей.

Не исключается теория вулканического происхождения. Газ просачивается на поверхность через поры грунта.

Погода на Марсе

Многочисленные научные эксперименты доказали, что планета обладает собственным климатом, следовательно, и погодой.

Температура

Разряженная атмосфера не задерживает тепло. Выявлены суточные и сезонные температурные колебания.

Среднегодовые показатели: -70°С. Днем экваториальная зона прогревается до +25°С, ночью грунт остывает до -90°С.

В зимний период шапки полюсов промерзают до -150°С.

Облака

Марс — космическая пустыня. Общая концентрация водяных паров эквивалентно земному испарению с площади 1,3 км³.

Основное местоположение облаков — экваториальная линия, которая более прогрета. Наблюдать за их возникновением можно круглогодично. Сезоны зарождения облаков — лето и весна, в период таяния ледяного панциря. Облака парят на высотах до 60 км от поверхности. Дождя никогда не бывает, но встречаются туманы.

Пыль

Планету лихорадят постоянные пылевые бури. Причина образования смерчей – различный нагрев почвы и смешение воздуха.

Оптический показатель атмосферы – 0,9. Это означает, что только 40% солнечного света достигают поверхности, 60% лучей не пробивается через пыль.

Российские и французские исследователи выявили две фракции взвеси:

• частицы льда средним размером 1,2 мкм и пыли 0,65 мкм;
• песчаные аэрозоли крупинок радиусом в несколько десятых и сотых долей микрометра.

Космический ветер поднимает пылевое облако на высоту до 20-30 км и перемещает со скоростью 40-50 км/ч. Плотность микрочастиц меняется с высотой.

Парниковый эффект

Ученые склонны считать, что в «молодости» планета обладала воздушным защитным слоем. Водород выделялся вулканическими породами. Существующая атмосфера удерживала тепло и согрела землю до такого состояния, при котором лед перешел в жидкую форму. Возможно существовали реки и океаны. Красивая гипотеза насчитывает немало сторонников и оппонентов. Споры о причинах исчезновения воздушной оболочки не окончены. Также доказано наличие молекул воды в составе грунта бывших каналов.

Атмосферное давление

Меньше земного в 100-160 раз и зависит от высот рельефа. Нахождение человека без скафандра невозможно.

Существуют участки с таким низким давлением, где вода бы закипела при нормальной температуре тела человека – 36,8°С.

Радиация, пылевые бури и другие особенности атмосферы Марса

Активные исследования радиационной обстановки Красной планеты начались в 2000 г.

Итогом изучения стал вывод: уровень радиации превышает показатель внутри космической станции в 2,5 раза.

Марс подвергается облучению двумя основными источниками:

• солнечным ветром, проникающим сквозь тонкую защиту атмосферы. Происходит потемнение металла марсоходов, корпуса МКС и разрушение солнечных батарей;
• галактическими космическими лучами сверхновых звезд Млечного пути и, возможно, других галактик, которые распространяются почти со скоростью света и обладают большой энергией. Это вызывает трудности технического экранирования.

Скорость ветра на Марсе может достигать 100 км/ч. Такой вихрь отрывает от почвы более крупные частички. Так формируются песчаные и пылевые бури. Повышенная концентрация оксида железа в грунте, придает красный фон пылевым завесам. Буря может бушевать 1,5-3 месяца. Закрученный столб фракций достигает в ширину сотни метров и возвышается на километры. Развивает скорость до 30 км/ч и обладает большой разрушительной силой.

Интересное явление было запечатлено в 1979 г. во время экспедиции НАСА марсоходом «Викинг-2». В районе базирования аппарата выпал тонкий слой снега. Он продержался 1,5 месяца.

Что случилось с атмосферой Марса в прошлом

Климат Марса менялся в течение 4 млрд. лет. Предполагается, что условия были приближены к земным. На планете были реки и океаны. Это означало, что существовала атмосфера, способная удерживать тепло и поглощать космическое излучение.

Но случилось то, что случилось. И мы видим Марс пустынным и замерзшим. Незначительный пояс облаков говорит о низком проценте содержания воды в твердом состоянии.

Древняя атмосфера Марса

С высокой долей вероятности можно утверждать, что в древности атмосфера планеты насыщалась кислородом. Концентрация была достаточной для образования жидкой воды.

Гипотезу подтверждают многочисленные фотографии с орбит исследовательских станций. Видимые запасы льда на полюсах, характерные очертания каналов и океанских впадин, не могли стать следствием современных атмосферных процессов. Расчеты показали, что подобные условия могли существовать при доле кислорода в воздухе не менее 15-20%.

Причины истощения атмосферы

Смоделированные варианты эволюции планеты предполагают, что 2,5-3 млрд. лет назад, Марс «процветал».

Площадь жидкого океана была сравнима с нашим Северным Ледовитым. Температурные показатели находились в пределах: 35-50°С.

Возможные причины исчезновения воздуха.

1. Марс по диаметру меньше Земли почти в 2 раза, поэтому обладает меньшей силой притяжения.
2. Слабая гравитация не смогла развить собственное магнитное поле.
3. Ослаблению магнитных полюсов способствовал солнечный ветер, и ничем не удерживаемая атмосфера постепенно улетучивалась в космическое пространство.

По расчетам ученых, Марс потерял 66% общих запасов воздуха.

Интересно, что существует версия глобальной внешней катастрофы – столкновения с огромным метеоритом, который значительно повлиял на исчезновение атмосферы. Но направленные на подтверждение гипотезы исследования, не обнаружили следов вселенского катаклизма.

Как можно получить кислород на Марсе

Мечты о колонизации Красной планеты давно волнуют человечество. Создано множество научных и художественных трактатов, фильмов. Но только реальные полеты марсоходов и проведенные исследования атмосферы и поверхности Марса, дали предварительные ответы на волнующие вопросы. Основной из продолжительного списка – чем дышать.

Основываясь на результаты космических экспериментов, ученые выдвинули не только теоретические предположения, но и наработали научно-практическую базу.

Бактерии для создания кислорода

Какой биологический организм выживет в сложных условиях Марса. Что может помочь древней планете?

Оказывается, на Земле существуют не менее древние природные механизмы. И существует гипотеза, что именно они способствовали появлению не только кислорода, но и дальнейшей жизни. Речь идет о синезеленых водорослях – цианобактериях. Под воздействием солнечного света они производят кислород, как продукт жизнедеятельности. Форма существования водорослей – живые колонии.

Теория была подтверждена практикой в лабораториях Германии. Но в условиях Марса, бактерии погибнут из-за низкого атмосферного давления.

В Берне были проведены эксперименты в рамках проекта Atmos. Биологическая масса помещалась внутрь камер, в которых были воссозданы приближенные к марсианским условия, включая химический состав почвы.

При значениях в одну десятую давления Земли, синезеленые бактерии успешно существовали и производили кислород. Для этого необходимы: углекислый газ, азот и вода. Все составляющие присутствуют на Красной планете, а значит, изыскания имеют практическую направленность.

Но безобидные на вид микроорганизмы могут нанести вред здоровью человека. При попадании на кожу возможны раздражение и зуд. Нахождение внутри желудочно-кишечного тракта вызывает серьезные отравления, нарушение функционирования печени, повышение температуры тела.

Британскими учеными также проводятся эксперименты по воссозданию кислорода. За основу взята почва Марса. Изучено, что в грунте присутствует 1% вещества перхлорат — сильно окисленная форма хлора. Соль, которая встречается и на Земле крайне токсична для человека. В рамках исследований были выращены бактерии, которые с солевым составом помещались в биореактор. В результате реакции, удалось получить молекулы кислорода, хлорида и побочные строительные белки.

Эксперимент moxie

По программе исследований НАСА с марта 2020 г. проводится эксперимент по возможности извлечения кислорода из газовых смесей атмосферы Марса. Проект получил название MOXIE. Он представлен роботом размером с тостер, начиненный различными программами.

Через два месяца пребывания на Марсе и подготовительных мероприятий, впервые было получено 5,4 г внеземного кислорода. Незначительный объем смог бы обеспечить дыханием одного человека в течение 10 минут в условиях МКС. Производительность экспериментальной установки: 6 г/ч.

Забор марсианского воздуха проводится насосом. Затем он поступает в специальную камеру. Электрохимический процесс разделяет молекулы кислорода и углекислого газа. Отработанные продукты реакций вновь наполняют марсианскую атмосферу.

Для успешного результата необходима температура +800°С. Важные детали конструкции выполнены из термостойких сплавов, а сам робот Perseverance покрыт золотым напылением. Также необходима защита от солнечного излучения.

Плазменная технология для производства кислорода

В Лиссабонском университете предложили использовать углекислый газ в качестве сырьевого ресурса, практически единственного на Марсе.

Найден метод, разделяющий формулу CO₂ на отдельные элементы – использование низкотемпературных плазменных технологий.

Если пропустить ток через углекислый газ, то его разделение в марсианских условиях произойдет легче, чем на Земле. Для производства кислорода по предложенному методу, необходима низкая температура окружающей среды: -63°С.

Подобная плазменная установка на Марсе исключит дополнительные элементы – дорогостоящее вакуумное оборудование, мощные насосы. Теоретические расчеты показывают, что для производства 8-16 кг кислорода за марсианские сутки (24 ч 37 мин 23 сек) потребуется от 150 до 200 Вт.

Кроме того, побочный продукт разложения, монооксид углерода, может применяться в качестве ракетного топлива. Это придаст автономность космическим полетам.

Человек настойчиво и последовательно готовится к пилотируемым полетам на Марс. Благодаря научным исследованиям, мечты работать и жить на Красной Планете приближаются и обретают реальные формы.