Атмосфера Марса ее общие свойства и состав

Общие сведения

Атмосфера Марса была открыта еще до полета автоматических межпланетных станций на планету. Благодаря противостояниям планеты, которые происходят каждые три года, и спектральному анализу, астрономы уже в 19 веке знали, что она имеет очень однородный состав, более 95% которого составляет CO2.

Цвет марсианского неба с корабля Viking Lander 1. Пыльная буря видна 1742 сол

В двадцатом веке благодаря межпланетным зондам мы узнали, что атмосфера Марса и его температура сильно взаимосвязаны, потому что благодаря переносу мельчайших частиц оксида железа происходят огромные пыльные бури, которые могут покрыть половину планеты одновременно с повышением температуры.

Примерный состав

Газовая оболочка планеты состоит из 95% углекислого газа, 3% азота, 1,6% аргона и следов кислорода, водяного пара и других газов. Кроме того, он очень богат мелкими частицами пыли (в основном оксидом железа), которые придают ему красноватый оттенок. Благодаря информации о частицах оксида железа совсем не сложно ответить на вопрос, какого цвета атмосфера.

Углекислый газ

Темные дюны — результат сублимации замороженного углекислого газа, который весной растаял и взорвался в разреженной атмосфере, оставив после себя такие следы.

Почему атмосфера красной планеты состоит из углекислого газа? На планете миллиарды лет не было тектоники плит. Отсутствие движения плит позволяло вулканическим пятнам извергать магму на поверхность в течение миллионов лет подряд. Углекислый газ также является продуктом извержения и является единственным газом, который постоянно снабжает атмосферу, фактически, это фактически единственная причина, по которой он существует. Кроме того, планета потеряла магнитное поле, что способствовало тому, что более легкие газы уносились солнечным ветром. Из-за непрерывных извержений образовалось много больших вулканических гор. Гора Олимп — самая большая гора в солнечной системе.

Ученые считают, что Марс полностью лишился атмосферы из-за того, что он потерял свою магнитосферу около 4 миллиардов лет назад. Когда-то газовая оболочка планеты была более плотной, а магнитосфера защищала планету от солнечного ветра. Солнечный ветер, атмосфера и магнитосфера сильно взаимосвязаны. Солнечные частицы взаимодействуют с ионосферой и переносят ее молекулы, уменьшая их плотность. Это ответ на вопрос, куда пропала атмосфера. Эти ионизированные частицы были обнаружены космическими аппаратами в космосе за Марсом. Это приводит к тому, что давление на поверхности составляет в среднем 600 Па, по сравнению со средним давлением на Земле 101300 Па.

Радиация

Радиация на Марсе так же опасна для человека, как пыль или низкое давление. Этому есть две причины: слабость и истончение атмосферы и отсутствие магнитосферы у планеты Марс. Воздушная часть не может защитить свою поверхность от космического излучения. Именно поэтому за несколько дней, проведенных на планете без защиты, космонавт получит годовую дозу радиации.

Атмосфера и климат Марса

Атмосферное давление у поверхности Марса в 160 раз ниже, чем у Земли.

Атмосфера Марса в основном состоит из углекислого газа (95,32%), азота, аргона, кислорода, водяного пара, окиси углерода и других компонентов.

Среднее атмосферное давление на Марсе составляет 0,4-0,87 кПа.

Климат на Марсе, как и на нашей планете, сезонный из-за угла наклона оси 25,2 градуса.

В Северном полушарии Марса мягкая зима и прохладное лето, а в Южном полушарии более прохладная зима и более теплое лето.

Северный и южный полярные ледяные шапки Марса состоят из двух компонентов: сезонного углекислого газа и векового водяного льда.

Для Марса характерны пыльные бури, в том числе те, которые охватывают всю планету, как и в 2018 году.

Метан

Сравнительно недавно были обнаружены относительно большие количества метана. Это неожиданное открытие показало, что атмосфера содержит метан в соотношении 30 частей на миллиард. Этот газ поступает из разных уголков планеты. Данные свидетельствуют о том, что существует два основных источника метана.

Закат, голубое небо также из-за наличия метана

Считается, что Марс производит около 270 тонн метана в год. Согласно условиям планеты, метан быстро распадается, примерно за 6 месяцев. Чтобы метан существовал в обнаруживаемых количествах, под поверхностью должны быть активные источники. Вулканическая активность и серпентинизация — наиболее вероятные причины образования метана.

Кстати, метан — одна из причин, по которой атмосфера планеты становится синей на закате. Метан лучше других цветов рассеивает синий цвет.

Метан — это побочный продукт жизни, а также результат вулканизма, геотермальных процессов и гидротермальной активности. Метан — нестабильный газ, поэтому на планете должен быть источник, обеспечивающий его непрерывно. Он должен быть очень активным, потому что исследования показали, что метан разрушается менее чем за год.

Физические характеристики Марса

Марс — седьмая по величине планета Солнечной системы.

Температура на поверхности Марса колеблется от -153 до + 35 ° C.

Радиус Марса составляет 3389 километров (53% радиуса Земли).

Поверхность Марса составляет 144,37 миллиона квадратных километров (28,3% поверхности Земли).

Средняя плотность Марса составляет 3930 килограммов на кубический метр (71,3% плотности Земли).

Ускорение свободного падения на Марсе составляет 3,711 метра в секунду в квадрате (0,378 г).

Масса Марса составляет 6,4171 x 1023 килограмма, что составляет около 10,7% массы Земли.

Структура атмосферы Марса

Даже тонкая, марсианская атмосфера неоднородна и многослойна. Его структура выглядит так:

• Под всеми слоями находится тропосфера. Он занимает все пространство от поверхности до 20-30 км. Температура здесь неуклонно понижается по мере повышения. Верхний край тропосферы не закреплен и меняет положение в течение года.
• Выше — стратомезосфера. Температура в этой части примерно такая же и равна –133 ° C. Он продолжается до высоты 100 км над поверхностью, где заканчивается вся нижняя атмосфера.
• Все, что находится выше (до границы, где начинается космос), называется верхней атмосферой. Другое название этого слоя — термосфера, его средняя температура колеблется от 200 до 350 К.
• Внутри выделяется ионосфера, которая, как следует из названия, характеризуется высоким уровнем ионизации в результате солнечного излучения. Он начинается примерно в той же точке, что и вся верхняя часть, и имеет длину около 400 км.
• На высоте около 230 км термосфера заканчивается. Последний его слой называется экобазой.
• Затем начинается экзосфера.
• Хемосфера, которая не относится ни к нижним, ни к верхним слоям атмосферы, является местом, где происходят химические реакции, инициированные светом. Из-за отсутствия какого-либо аналога озонового слоя Земли на Марсе этот слой начинается на уровне поверхности и заканчивается на высоте 120 км.

Таким образом, поверхность Марса покрыта довольно тонкой и разреженной атмосферой, которая, однако, имеет относительно сложную структуру. Всего атмосфера Марса состоит из семи слоев, но это количество может варьироваться в зависимости от источников, так как ученые еще не пришли к соглашению о природе некоторых слоев.

Не думайте, что слоистая структура указывает на статичность. Атмосфера Марса также подвержена изменениям, как и Земля: она содержит как общую циркуляцию, так и частичные движения воздушных потоков.

Погодные условия

Не очень благоприятная атмосфера планеты Марс объясняет сложившиеся на ней погодные условия, поэтому прогноз самый печальный. Смена погодных условий происходит каждый день и даже каждый час.

Структура атмосферы

Температура

Летом температурный режим в экваториальной части этого космического тела может достигать 20 градусов по Цельсию. Ночью столбик термометра часто опускается до минус 90. Такие колебания создают условия для следующих явлений:

• сильные ветра;
• торнадо;
• песчаная буря.

Зимой температура достигает -140 градусов. Это время можно наблюдать неделями.

Облачность

Планета постоянно находится под воздействием солнечной радиации и ветра, поэтому на ней нет жидкой воды, например дождя. Хотя иногда атмосфера Марса образует небольшие облака и осадки начинаются в виде снега. Ученые убеждены, что некоторые из них содержат незначительные частицы воды.

Пыль

Пыльные бури — самое распространенное атмосферное состояние на планете Марс. Они возникают из-за разницы температур, а также есть покрытие поверхности легкой пылью, которая может подниматься даже при слабом ветре. Атмосфера Марса настолько непредсказуема, что это явление приводит к загрязнению солнечных элементов. Поэтому долго исследовать поверхность невозможно.

К счастью для представителей научного мира, здесь активно чередование штормов с приземным ветром. Он в свою очередь сдувает скопившуюся пыль. И атмосфера не может предотвратить это, так же как не страшны перебои, связанные с вкладом солнечного света.

Исследование Марса

Марс — самая изученная планета (после Земли) в Солнечной системе.

Советское исследование Марса включало программу Марса, которая запустила четыре поколения автоматических межпланетных станций с 1962 по 1973 год, и программу Фобос, две автоматические межпланетные станции, предназначенные для исследования Марса и его спутника Фобоса.

ExoMars — это совместная программа Европейского космического агентства (ESA) и российской государственной компании Роскосмос по исследованию Красной планеты, основная цель которой — найти доказательства прошлой и настоящей жизни на Марсе.

В настоящее время марсоходы NASA Opportunity и Curiosity, исследовательский посадочный модуль InSight, работают на поверхности Марса, а несколько орбитальных аппаратов различных космических агентств постоянно работают на орбите.

Количественный состав

Циркуляция газов в марсианской атмосфере

Химический состав атмосферы: более 95% состоит из углекислого газа, а точнее 95,32%. Газы распределяются следующим образом:

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

Облака

Атмосфера Красной планеты способна формировать те же явления, что и на Земле. Например, на Марсе есть облака.

В атмосфере планеты Марс очень мало парообразной воды, но ее все же достаточно для появления облаков. Чаще всего их находят на высоте от одного до трех десятков километров над поверхностью. Концентрированный водяной пар скапливается в облаках в основном на экваторе — там их можно наблюдать круглый год.

Кроме того, облако на Марсе может выделять CO2. Обычно встречается над водными (на высоте около 20 км).

На Марсе тоже бывают туманы. Чаще всего — на равнинах и в кратерах, ночью.

Однажды на изображении марсианской атмосферы были обнаружены вихревые облачные системы. Это было свидетельством более сложного климатического явления: циклона. На Земле это обычное явление, но на других планетах довольно необычно. О марсианских циклонах пока ничего не известно.

На Марсе нет обычного дождя, но среди природных явлений иногда встречается вирга — капли или снег, которые испаряются в воздух, не достигнув земли.

Приблизительный состав

Атмосфера Марса, как и других планет, представляет собой газовую оболочку, в которую входят следующие вещества:

• углекислый газ — более 95% — продукт извержения, регулярно пополняющий состав атмосферы;
• азот;
• аргон;
• метан — в относительно большом содержании этот газ был открыт недавно, он появляется из разных мест на планете, но в целом есть два источника его образования.

Следы элементов кислорода, водяного пара и других газов играют важную роль. Также в составе присутствуют мелкие частицы пыли, состоящие в основном из оксида железа, которые придают поверхности красноватый оттенок. Ученые также убеждены, что планета лишилась атмосферы из-за того, что она потеряла магнитосферу около 4 миллиардов лет назад. Это привело к низкому поверхностному давлению 600 Па.

Строение

Атмосфера разделена на четыре основных слоя: нижний, средний, верхний и экзосфера. Нижние слои теплые (около 210 К). Он нагревается за счет пыли в воздухе (пыль диаметром 1,5 мкм) и теплового излучения от поверхности.

Следует отметить, что, несмотря на очень высокую разреженность, концентрация углекислого газа в газовой оболочке планеты примерно в 23 раза выше, чем у нас. Поэтому атмосфера Марса не такая дружелюбная, дышать ею не только людям, но и другим земным организмам невозможно.

Атмосфера планеты, рисунок

Центральный похож на земной. Верхние слои атмосферы нагреваются солнечным ветром, а температура намного выше, чем на поверхности. Это тепло выталкивает газ из газовой оболочки. Экзосфера начинается примерно в 200 км от поверхности и не имеет четких границ. Как видите, распределение температуры по высоте для планеты земной группы вполне предсказуемо.

Орбита Марса

Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 228 миллионов километров (1,52 астрономических единицы).

Перигелий (ближайшая к Солнцу точка орбиты): 206,655 миллиона километров (1,381 астрономических единиц).

Афелий (наиболее удаленная от Солнца точка орбиты): 249 232 миллиона километров (1666 астрономических единиц).

Средняя скорость Марса на орбите составляет около 24 километров в секунду.

Планета совершает один оборот вокруг Солнца за 799,94 земных дня.

Продолжительность суток на Марсе составляет 24 часа 37 минут 22,7 секунды. Марсианский день называют соломенным.

Марсианский год состоит из 668,6 солнечных дней (соло).

Расстояние от Марса до Земли варьируется от 55,76 до 401 миллиона километров.

Направление вращения Марса соответствует направлению вращения всех (кроме Венеры и Урана) планет солнечной системы.

Погода на Марсе

Прогнозы для Марса в целом очень плохие. Вы можете посмотреть прогноз погоды на Марсе здесь. Погода меняется каждый день, а иногда и каждый час. Это кажется необычным для планеты с атмосферой, которая составляет всего 1% от атмосферы Земли. Тем не менее, климат Марса и общая температура планеты так же сильно влияют друг на друга, как и на Земле.

Температура

Летом дневная температура на экваторе может достигать 20 ° C. Ночью температура может опускаться до -90 C. Разница в 110 градусов в день может вызвать пылевые торнадо и пыльные бури, которые охватят всю планету в течение нескольких недель. Зимние температуры крайне низкие -140 С. Углекислый газ замерзает и превращается в сухой лед. Северный полюс Марса зимой покрыт слоем сухого льда толщиной один метр, а Южный полюс постоянно покрыт восьмиметровым слоем сухого льда.

Облака

Поскольку излучение Солнца и солнечный ветер постоянно бомбардируют планету, жидкая вода не может существовать, поэтому на Марсе не идет дождь. Однако иногда появляются облака и идет снег. Облака на Марсе очень маленькие и тонкие.

Curiosity засняли облака на фоне роботизированного дерева

Ученые считают, что некоторые из них состоят из мелких частиц воды. В атмосфере присутствуют следы водяного пара. На первый взгляд может показаться, что на планете не может быть облаков.

Однако условия для образования облаков на Марсе существуют. На планете настолько холодно, что вода в этих облаках никогда не падает как дождь, а падает как снег в верхних слоях атмосферы. Ученые наблюдали это несколько раз, и нет никаких доказательств того, что снег не достигает поверхности.

Пыль

Пыль на ровере

легко увидеть, как атмосфера влияет на температурный режим. Наиболее значительным событием являются пыльные бури, которые локально нагревают планету. Они возникают из-за перепада температур на планете, а поверхность покрыта легкой пылью, которая поднимается даже таким слабым ветром.

Поверхность планеты, очищенная от пыли марсохода

Эти штормы пылят солнечные батареи, делая длительное исследование планеты невозможным. К счастью, грозы чередуются с ветром, который сметает скопившуюся пыль с панелей. Но атмосфера Curiosity не может вмешиваться, продвинутый американский марсоход оснащен ядерным генератором тепла, и перебои с солнечным светом не страшны, в отличие от другого марсохода Opportunity на солнечной энергии.

Такой марсоход не боится пыльных бурь

Давление

В среднем атмосферное давление на Марсе составляет 4,5 мм рт. Ст. Или 600 Паскалей. Это одна 169-я часть среднего давления на Земле. Такое давление лишает человека возможности выжить на поверхности без скафандра. Людям на открытой поверхности планеты Марс без защиты грозит мгновенная смерть. Причина этого в существовании так называемого предела Армстронга, уровня давления, при котором вода закипает при нормальной температуре тела. Давление атмосферы на поверхности Марса значительно ниже этого предела.

Интересные факты о Марсе

Объект, который на Земле весит 100 кг, на Марсе будет весить 37,8 кг.

Потухший вулкан Марса, гора Олимп, является самой высокой из известных гор на планетах Солнечной системы.

Из-за низкого давления вода не может существовать в жидком состоянии на большей части (около 70%) поверхности Марса.

Идея о том, что Марс населен разумными существами, распространилась в конце 19 века.

Марс иногда называют «Красной планетой» из-за красноватого оттенка его поверхности, придаваемого оксидом железа.

Углекислый газ

Как уже упоминалось, газовая оболочка красной планеты на 95% состоит из углекислого газа. Он может замерзнуть и упасть на поверхность. Около 25% атмосферного углекислого газа конденсируется в полярных шапках в виде твердого льда (сухого льда). Это связано с тем, что марсианские полюса не подвергаются воздействию солнечного света в зимний период.

Когда солнечный свет снова попадает на полюса, лед переходит в газообразную форму и снова испаряется. Таким образом, в течение года давление существенно меняется.

Пылевые смерчи

Пыльный смерч высотой 12 километров и диаметром 200 метров

Если вы когда-нибудь были в пустыне, вы видели небольшие пыльные бури, которые, кажется, возникают из ниоткуда. Пылевые бури на Марсе вызывают больше беспокойства, чем на Земле. По сравнению с нашей, атмосфера красной планеты имеет плотность в 100 раз ниже. Поэтому торнадо больше похожи на торнадо, возвышающиеся на несколько километров в воздухе и сотни метров в диаметре. Это отчасти объясняет тот факт, что по сравнению с нашей планетой атмосфера красная: пыльные бури и мелкая пыль оксида железа. Также цвет газовой оболочки планеты может измениться на закате, когда Солнце заходит, метан сильнее остальных рассеивает синюю часть света, поэтому закат на планете синий.

Возникновение

Летом температура на Марсе может колебаться от -90 ° C ночью до 20 ° C днем. Разница в 110 градусов создает условия, необходимые для возникновения пылевых смерчей. Перемешивание горячего и холодного воздуха — главное условие образования смерча — происходит прямо у поверхности. Основное отличие состоит в том, что атмосферное давление на Марсе значительно ниже, что позволяет шторму развиваться быстрее и разрастаться. Атмосфера днем ​​больше нагревается, особенно на экваторе, но тем не менее она непригодна для жизни, в основном из-за своего состава, а затем из-за низкого давления.

Формирование бурь

Формирование шторма в атмосфере, по данным орбитального аппарата NASA Mars Reconnaissance Orbiter

Давайте посмотрим, что думают ученые об условиях внутри одной из этих бурь. Буря образуется быстро, и внезапно вы не видите перед собой больше, чем на несколько дюймов. Ветер достигает 30 м / с, в кратчайшие сроки поднимает огромное количество оксида железа. Что еще хуже, трение пыли в воздухе создает электричество.

Поскольку на поверхности Марса нет эрозии, марсоходы смогли сфотографировать следы на поверхности планеты, оставленные предыдущими торнадо.

Пылевые бури на Марсе станут серьезной проблемой для космонавтов, которым придется иметь дело с ними по прибытии на планету.

Пыльный смерч в кратере Гусева

Оболочка из газа создает большое количество препятствий для человеческого развития планеты. Это невозможность существования жидкой воды на поверхности и высокий уровень радиации.

Парниковый эффект

Разговоры о парниковом эффекте на Марсе всегда возникают в контексте дискуссии о жидкой воде, которая когда-то существовала на Марсе. Уже говорят о «реках» на поверхности, но ученым этого показалось мало, и они решили выяснить, что привело к появлению жидкой H2O.
Когда Марс был молодой планетой, вулканы на нем были чрезвычайно активны. Каждый вулканический взрыв на Марсе выделял углекислый газ и метан, которые разлагались под воздействием солнечного света, производя водород и создавая «парниковый эффект водорода».

В какой-то момент концентрация последнего газа увеличилась настолько, что существовали озера, реки и даже целые океаны воды. Однако со временем атмосфера планеты истончилась и больше не могла обеспечивать условия, при которых вода оставалась бы жидкой. В настоящее время на Марсе можно найти только водяной пар или лед. Переход из одного агрегатного состояния в другое происходит с помощью сублимации, минуя жидкую стадию. Это можно назвать уникальной особенностью в истории атмосферы Марса, поскольку такого еще не было ни на одной другой планете. Однако это только научная теория.