Общие сведения об атмосфере Марса

Атмосфера Марса составляет менее 1% от Земной, поэтому она не защищает планету от излучения Солнца и не сохраняет тепло на поверхности. Так вкратце можно ее описать, но давайте поподробнее ее рассмотрим.

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.

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

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.

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.

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

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.

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

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.

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.

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

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.

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.

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

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.

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.