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.

Атмосфера

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 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 с высоты 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.
Сравнение
Сравнительный состав атмосферы Венеры, Земли и Марса

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.

Метан

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.

Облака

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.

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.

Буря
Глобальная песчаная буря на Марсе
Снимок сделан с помощью космического телескопа Hubble

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.

Атмосфера Марса

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.
Исчезновение атмосферы Марса
Наглядное сравнение того как более сильное магнитное поле Земли защищает её атмосферу, магнитное поле Марса в свою очередь более слабое, поэтому атмосфера была постепенно уничтожена солнечным ветром

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.

Moxie
Источник: nasa.gov

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.

Певецкий А. А.

Младший научный сотрудник астрономической обсерватории

Оцените автора
Mirax
Добавить комментарий

  1. Алексей

    Есть жизнь на Марсе? Нет жизни на марсе? Какая разница! Главное четыре звездочки, а лучше пять! )) Очень интересно. Много читал про теории жизни на этой планете. Никак не сойдутся в одном мнении. В этих спорах нельзя профукать собственную атмосферу.

    Ответить
Adblock
detector