Aus welchem ​​Gas besteht die Atmosphäre des Mars? Die Atmosphäre des Mars – chemische Zusammensetzung, Wetterbedingungen und Klima in der Vergangenheit. Warum heißt es so?

Atmosphäre des Mars, wie die Atmosphäre der Venus, besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid, allerdings deutlich dünner. Nach der Entdeckung von Methan im Jahr 2003 wurde die Atmosphärenforschung mit großer Aufregung wieder aufgenommen. Das Vorhandensein von Methan könnte jedoch indirekt auf die Anwesenheit von Leben auf dem Mars hinweisen wahrscheinlicher dass es sich hierbei um Spuren der vulkanischen oder hydrothermischen Aktivität des Planeten handelt.

Die Atmosphäre besteht zu 96 % aus Kohlendioxid, zu 2,1 % aus Argon und zu 1,9 % aus Stickstoff. Außerdem wurden Spuren von Sauerstoff, Methan, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid sowie geringe Mengen Wasserdampf in Form kalter Wolken gefunden. Die Kohlendioxidkonzentration auf dem Mars ist 23-mal höher als auf der Erde. Dies macht die Existenz jeglichen Lebens auf dem Mars unmöglich. Zumindest das Leben, das wir alle auf unserer Heimat Erde gewohnt sind.

Zusammensetzung der Marsatmosphäre.

Die Zusammensetzung der Atmosphäre sowie ihre Masse schwanken während des Marsjahres stark. im Winter Großer Teil Kohlendioxid kondensiert Polkappen, so dass die Atmosphäre verdünnter wird. Im Sommer verdunstet dieser Teil und die Dichte der Atmosphäre nimmt zu.

Doch sowohl im Winter als auch im Sommer ist die Dichte der Atmosphäre nicht so hoch, dass Temperaturschwankungen ausgeglichen werden könnten. An einem Marstag übersteigen die Temperatursprünge 100 °C. Tagsüber steigt sie auf +30 °C und nachts sinkt sie auf -80 °C. An den Polen Mindesttemperatur sinkt sogar noch tiefer auf -150 °C.

Der Atmosphärendruck auf dem Mars beträgt 600 Pa. Zum Vergleich auf der Erde Atmosphärendruck beträgt 101 Pa und auf der Venus gewaltige 9,3 MPa. An Vulkan Olympus, am meisten Hochpunkt Auf dem Mars beträgt der Luftdruck gerade mal 30 Pa. Und am tiefsten Punkt des Planeten, in der Hellas-Ebene, erreicht sie 1155 Pa.

Beobachtungen des Mars Exploration Rovers von der Marsoberfläche aus zeigten, dass die Luft trotz der dünnen Atmosphäre recht staubig ist. Der Marshimmel ist ständig hellbraun und gefärbt orange Farbe. Schwebstoffe aus Sand und Staub steigen bis zu einer Höhe von 1,5 km auf. über der Oberfläche des Planeten und aufgrund niedriger Druck recht lange zufrieden sein.

Geschichte der Atmosphäre

Wissenschaftler glauben, dass sich die Atmosphäre des Mars im Laufe des Lebens des Planeten verändert hat. Es gibt Hinweise darauf, dass der Planet vor mehreren Milliarden Jahren riesige Ozeane hatte. Doch Wasser kann derzeit nur in Form von Dampf oder Eis existieren. Erstens kann der atmosphärische Druck Wasser „halten“. flüssigen Zustand nur in den meisten Tiefpunkte Planeten. Und zweitens, Durchschnittstemperatur An der Oberfläche herrscht eine Temperatur von -63 °C, sodass Wasser nur in festem Zustand existieren kann.

Zu Beginn seiner Geschichte hatte der Mars jedoch noch mehr Bevorzugte Umstände. Anfang 2013 wurde bekannt, dass die Atmosphäre des Mars vor etwa 4 Milliarden Jahren reich an Sauerstoff war (). Unter mögliche Gründe Der Sauerstoffmangel in der Atmosphäre wird wie folgt bezeichnet:

1. Allmähliche Zerstörung der Atmosphäre durch den Sonnenwind.
2. Eine Kollision mit einem riesigen Meteoriten oder Kometen hatte katastrophale Folgen für den Mars.
3. Die geringe Schwerkraft des Mars erlaubt es ihm nicht, eine Atmosphäre zu bewahren.

Potenzial für den menschlichen Gebrauch

Wie kann ein Mensch die Atmosphäre des Mars nutzen? Diese Frage wird immer häufiger gestellt, da die Kolonisierung des Mars nicht mehr wie ein unmöglicher Fantasietraum aussieht. Ja, es gibt immer noch mehr Fragen als Antworten. Aber Probleme müssen einzeln gelöst werden und nicht alle auf einmal.

Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre kann zur Herstellung von Raketentreibstoff für die Rückkehr zur Erde verwendet werden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, diese reichhaltige CO 2 -Menge zu nutzen, eine davon ist das Sabatier-Verfahren. Das chemischer Prozess ist die Reaktion von Kohlendioxid mit Wasserstoff an einem Nickelkatalysator. Bei dieser Reaktion entstehen Sauerstoff und Methan.

Sabatiers Reaktion wird bereits von Wissenschaftlern der NASA zur Verarbeitung von Kohlendioxid im Internationalen Raum „ausprobiert“. Raumstation, der nach dem Atmen der Astronauten übrig bleibt. Daher benötigen wir auf dem Mars möglicherweise keinen Sauerstoff in der Atmosphäre – wir werden ihn selbst produzieren.

mathematische Modellierung und verglich die Ergebnisse mit der Zusammensetzung der alten Marsatmosphäre, die in einem alten Meteoriten eingeschlossen war. Sie kamen zu dem Schluss, dass es vor 4 Milliarden Jahren eine dichte Atmosphäre gab, Oberflächendruck der 0,5 bar (50.000 Pa) überstieg.

Dies deutet darauf hin, dass der Prozess des Verschwindens der Marsatmosphäre höchstwahrscheinlich durch den Sonnenwind verursacht wurde. Er ist dafür verantwortlich, den Mars in die kalte Wüstenwelt zu verwandeln, wie wir sie heute kennen.

Bei der Untersuchung von Daten, die im Rahmen von Forschungsexpeditionen zum Roten Planeten gewonnen wurden, schlugen Wissenschaftler vor, dass auf dem Mars einst ein warmes Klima herrschte, das die Existenz von Ozeanen auf seiner Oberfläche begünstigte. Dies erfordert eine dichte Atmosphäre mit einem ziemlich ausgeprägten Treibhauseffekt. Allerdings hat der moderne Mars eine dünne Atmosphäre mit einem Oberflächendruck von nur 0,006 bar. Dies führt dazu, dass das Klima auf dem Planeten derzeit im Vergleich zu sehr kalt ist. Es blieb übrig großes Geheimnis– wann und wie der Mars seine dichte Atmosphäre verlor.

Untersuchungsmethode

Der den Wissenschaftlern zur Verfügung stehende alte Meteorit enthält Partikel der alten Marsatmosphäre. Forscher haben die Veränderungsprozesse in der Marsatmosphäre im Laufe ihrer Geschichte modelliert unterschiedliche Bedingungen. Vergleich der Ergebnisse mit Isotopenzusammensetzung Mithilfe des aus Meteoriten gewonnenen Gases berechneten die Forscher, wie dicht die Marsatmosphäre zu dem Zeitpunkt war, als das Gas im Meteoriten eingeschlossen wurde.

Überprüfung der Forschungsergebnisse

Das Forscherteam kam zu dem Schluss, dass der Mars vor etwa 4 Milliarden Jahren eine dichte Atmosphäre hatte. Der Luftdruck an der Oberfläche des Planeten betrug zu diesem Zeitpunkt mindestens 0,5 bar und möglicherweise sogar mehr. Der Mars verfügte über ein eigenes Magnetfeld, verlor es jedoch vor etwa 4 Milliarden Jahren. Das Ergebnis der Studie zeigt, dass die Transformation des Mars von einer warmen, feuchten Welt zu kalte Welt Verantwortlich dafür ist die Wüste, die begann, die Atmosphäre des Planeten zu zerstören.

Forschungsaussichten

Die NASA-Raumsonde MAVEN befindet sich im Orbit um den Mars und erforscht weiterhin die Prozesse, die die Atmosphäre des Roten Planeten zerstört haben. Die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) plant, diese Prozesse weiterhin zu überwachen Raumfahrzeug Marsmonde-Erkundung (MMX). Diese Missionen werden erklären können, warum die Atmosphäre so dicht ist alter Mars, die darin vorhergesagt wurde, ging mit der Zeit verloren.

Wenn wir über den Klimawandel sprechen, schütteln wir traurig den Kopf – ach, wie sehr sich unser Planet in der Vergangenheit verändert hat In letzter Zeit wie verschmutzt seine Atmosphäre ist... Aber wenn wir sehen wollen wahres Beispiel Um zu verstehen, wie fatal der Klimawandel sein kann, müssen wir ihn nicht auf der Erde, sondern jenseits ihrer Grenzen suchen. Der Mars ist für diese Rolle sehr gut geeignet.

Was vor Millionen von Jahren hier war, ist mit dem Bild nicht zu vergleichen Heute. Heutzutage hat der Mars eine bitterkalte Oberfläche, niedrigen Druck und eine sehr dünne und fragile Atmosphäre. Vor uns liegt nur ein blasser Schatten der früheren Welt, dessen Oberflächentemperatur nicht viel niedriger war als die aktuelle Temperatur auf der Erde, und der über die Ebenen und Schluchten raste tiefe Flüsse. Vielleicht gab es hier sogar organisches Leben, wer weiß? Das alles gehört der Vergangenheit an.

Woraus besteht die Atmosphäre des Mars?

Heutzutage lehnt er sogar die Möglichkeit ab, dass hier Lebewesen leben könnten. Das Marswetter wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter dem zyklischen Wachstum und Abschmelzen der Eiskappen, Wasserdampf in der Atmosphäre und saisonalen Staubstürmen. Manchmal gigantisch Sandstürme bedecken auf einmal den gesamten Planeten, können Monate andauern und den Himmel tiefrot färben.

Die Marsatmosphäre ist etwa 100-mal dünner als die der Erde und besteht zu 95 Prozent aus Kohlendioxid. Die genaue Zusammensetzung der Marsatmosphäre ist:

• Kohlendioxid: 95,32 %
• Stickstoff: 2,7 %
• Argon: 1,6 %
• Sauerstoff: 0,13 %
• Kohlenmonoxid: 0,08 %

Hinzu kommen in geringen Mengen: Wasser, Stickoxide, Neon, schwerer Wasserstoff, Krypton und Xenon.

Wie ist die Atmosphäre des Mars entstanden? Genau wie auf der Erde kommt es durch Entgasung zur Freisetzung von Gasen aus dem Inneren des Planeten. Allerdings ist die Schwerkraft auf dem Mars viel geringer als auf der Erde, sodass die meisten Gase in den Weltraum entweichen und nur ein kleiner Teil davon auf dem Planeten bleiben kann.

Was ist in der Vergangenheit mit der Atmosphäre des Mars passiert?

Zu Beginn des Sonnensystems, also vor 4,5 bis 3,5 Milliarden Jahren, hatte der Mars eine ziemlich dichte Atmosphäre, wodurch Wasser auf seiner Oberfläche in flüssiger Form existieren konnte. Orbitalfotos zeigen die Umrisse riesiger Ausmaße Flusstäler, Gliederung Alter Ozean auf der Oberfläche des Roten Planeten, und Marsrover haben mehr als einmal Proben gefunden Chemische Komponenten, die uns beweisen, dass die Augen nicht lügen – all das ist vertraut für das menschliche Auge Reliefdetails auf dem Mars entstanden unter den gleichen Bedingungen wie auf der Erde.

Es gab zweifellos Wasser auf dem Mars, hier gibt es keine Fragen. Die Frage ist nur, warum sie schließlich verschwunden ist.

Die Haupttheorie zu diesem Thema sieht in etwa so aus: Es war einmal ein Mars Sonnenstrahlung Mit der Zeit begann es jedoch schwächer zu werden und verschwand vor etwa 3,5 Milliarden Jahren praktisch (einzelne lokale Herde). Magnetfeld, und seine Leistung ist mit der auf der Erde durchaus vergleichbar, befindet sich immer noch auf dem Mars. Da der Mars fast halb so groß ist wie die Erde, ist seine Schwerkraft viel schwächer als die unseres Planeten. Die Kombination dieser beiden Faktoren (Verlust des Magnetfelds und schwache Schwerkraft) führte dazu. Was sonniger Wind begann, Lichtmoleküle aus der Atmosphäre des Planeten „herauszuschlagen“ und sie allmählich zu verdünnen. So befand sich der Mars innerhalb von Millionen von Jahren in der Rolle eines Apfels, von dem die Schale vorsichtig mit einem Messer abgeschnitten wurde.

Das geschwächte Magnetfeld konnte die kosmische Strahlung nicht mehr effektiv „löschen“, und die Sonne, eine Quelle des Lebens, wurde zum Killer für den Mars. Und die dünnere Atmosphäre konnte die Wärme nicht mehr speichern, sodass die Temperatur auf der Oberfläche des Planeten auf durchschnittlich -60 Grad Celsius sank und nur an einem Sommertag am Äquator +20 Grad erreichte.

Obwohl die Atmosphäre des Mars mittlerweile etwa 100-mal dünner ist als die der Erde, ist sie immer noch dick genug, dass auf dem Roten Planeten Wetterbildungsprozesse aktiv ablaufen, Niederschläge auftreten, Wolken und Winde entstehen.

„Dust Devil“ – ein kleiner Tornado auf der Marsoberfläche, fotografiert aus der Umlaufbahn des Planeten

Strahlung, Staubstürme und andere Merkmale des Mars

Strahlung In der Nähe der Oberfläche des Planeten stellt dies jedoch eine Gefahr dar. Laut NASA-Daten, die aus der Analysesammlung des Rovers Curiosity stammen, folgt daraus jedoch, dass selbst während eines Aufenthalts von 500 Tagen auf dem Mars (+360 Tage unterwegs) Astronauten würden (unter Berücksichtigung der Schutzausrüstung) eine Strahlendosis von 1 Sievert (~100 Röntgen) erhalten. Diese Dosis ist gefährlich, aber sie wird einen Erwachsenen sicherlich nicht „auf der Stelle“ töten. Es wird angenommen, dass 1 Sievert Strahlenbelastung das Risiko eines Astronauten, an Krebs zu erkranken, um 5 % erhöht. Laut Wissenschaftlern kann man für die Wissenschaft, insbesondere den ersten Schritt zum Mars, große Strapazen auf sich nehmen, auch wenn er in Zukunft gesundheitliche Probleme verspricht ... Dies ist definitiv ein Schritt in Richtung Unsterblichkeit!

Auf der Marsoberfläche wüten saisonal Hunderte von Staubteufeln (Tornados), die Staub aus Eisenoxiden (einfach ausgedrückt Rost) in die Atmosphäre aufwirbeln, der die Mars-Ödlande reichlich bedeckt. Marsstaub ist sehr fein, was in Kombination mit der geringen Schwerkraft dazu führt, dass immer eine erhebliche Menge davon in der Atmosphäre vorhanden ist und im Norden im Herbst und Winter sowie im Frühling und Sommer besonders hohe Konzentrationen erreicht südlichen Hemisphären Planeten.

Staubstürme auf dem Mars- der größte in Sonnensystem, kann die gesamte Oberfläche des Planeten bedecken und manchmal monatelang anhalten. Die Hauptjahreszeiten für Staubstürme auf dem Mars sind Frühling und Sommer.

Der Mechanismus ist so mächtig Wetterphänomene nicht vollständig untersucht, aber mit hoher Wahrscheinlichkeit erklärt nächste Theorie: Wann große Nummer Staubpartikel steigen in die Atmosphäre auf, was zu einer starken Erwärmung führt größere Höhe. Warme Gasmassen strömen in die kalten Regionen des Planeten und erzeugen Wind. Marsstaub ist, wie bereits erwähnt, sehr leicht, sodass starke Winde noch mehr Staub aufwirbeln, was wiederum die Atmosphäre noch mehr aufheizt und noch stärkere Winde erzeugt, die wiederum noch mehr Staub aufwirbeln ... und so weiter!

Auf dem Mars gibt es keinen Regen, und woher sollte er bei einer Kälte von -60 Grad kommen? Aber manchmal schneit es. Zwar besteht dieser Schnee nicht aus Wasser, sondern aus Kohlendioxidkristallen, und seine Eigenschaften erinnern eher an Nebel als an Schnee (die „Schneeflocken“ sind zu klein), aber seien Sie versichert – das ist echter Schnee! Nur mit lokalen Besonderheiten.

Im Allgemeinen fällt „Schnee“ fast auf dem gesamten Marsgebiet, und dieser Prozess ist zyklisch – nachts gefriert Kohlendioxid und verwandelt sich in Kristalle, die an die Oberfläche fallen, und tagsüber taut es auf und kehrt wieder in die Atmosphäre zurück. Allerdings im Norden und Südpole Planeten, in Winterzeit, herrscht Frost bis zu -125 Grad, so dass das Gas, sobald es in Form von Kristallen fällt, nicht mehr verdunstet und bis zum Frühjahr in einer Schicht liegt. Muss man angesichts der Größe der Schneekappen auf dem Mars sagen, dass die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre im Winter um mehrere zehn Prozent sinkt? Die Atmosphäre wird noch dünner und speichert dadurch noch weniger Wärme ... Der Mars stürzt in den Winter.