Atmosfera Marsa — skład, ciśnienie, kurz i metan
Poznaj atmosferę Marsa: skład (CO2, argon, azot), niskie ciśnienie, pyły i tajemniczy metan — najnowsze odkrycia i ich znaczenie dla poszukiwania życia.
Atmosfera Marsa to cienka otoczka gazów otaczająca planetę. Składa się głównie z dwutlenku węgla, ale zawiera też inne gazy w śladowych ilościach, cząstki pyłu i śladowe ilości pary wodnej oraz metanu. Średnie ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Marsa wynosi około 6,0 mbar (dla porównania na Ziemi jest to ~1013 mbar). To znacząco mniej niż tzw. granica Armstronga (~63 mbar), dlatego w takich warunkach woda wrze już w temperaturze zbliżonej do temperatury ciała ludzkiego (~37 °C / 98,6 °F).
Skład atmosfery
W przybliżeniu atmosfera Marsa zawiera około 95,3% dwutlenku węgla, około 2,6% azotu i około 1,9% argonu, a ponadto śladowe ilości tlenu, tlenku węgla, wody i metanu. Zawartości te są zmienne sezonowo i lokalnie (np. para wodna i pył).
Dokładne wartości zmierzyły m.in. sondy krążące i łaziki. Ilość pary wodnej jest zwykle bardzo mała, ale wzrasta lokalnie i sezonowo przy źródłach podpowierzchniowej wilgoci lub topniejących zaspach. Metan występuje w śladowych ilościach (rzędu części na miliard — ppb) i jego wykrycie wywołało duże zainteresowanie (patrz niżej).
Ciśnienie, temperatura i warunki powierzchniowe
Ciśnienie surface'owe Marsa jest zmienne — zmienia się sezonowo wraz z sublimacją i zamarzaniem CO2 na biegunach; różnice mogą sięgać kilkunastu procent. Temperatura powierzchni waha się od około -125 °C na biegunach zimą do nawet ~+20 °C w sprzyjających warunkach w ciągu dnia w niskich szerokościach. Ze względu na cienką atmosferę amplitudy dobowe są duże.
Skutki dla misji i ludzi: cienka atmosfera daje słabsze hamowanie aerodynamiczne (konieczne są specjalne osłony cieplne i spadochrony o dużej powierzchni), a także niską ochronę przed promieniowaniem kosmicznym i słonecznym. Jednocześnie eksperymenty takie jak MOXIE na łaziku Perseverance wykazały, że można przekształcać dwutlenek węgla w tlen, co ma znaczenie dla przyszłych misji załogowych.
Kurz i pogoda
Atmosfera Marsa jest silnie zakurzona — drobny pył nadaje marsjańskiemu niebu odcienie jasnobrązowe, żółto-pomarańczowe aż po czerwone w czasie wielkich burz. Dane z NASA wskazują, że typowe cząstki pyłu mają średnicę rzędu 1,5 mikrometra, co pozwala im długo utrzymywać się w atmosferze.
Mars doświadcza zjawisk takich jak pyłowe burze miejscowe i globalne (co kilka lat może dojść do burzy obejmującej całą planetę), silne wiry powietrzne (dust devils) oraz warunki pogodowe zależne od pór roku. 18 marca 2015 r. obserwowano nietypową zorzę polarną i niewyjaśnioną chmurę pyłu — przypomina to, że atmosfera jest dynamiczna i wciąż dostarcza niespodzianek.
Metan i inne gazy śladowe
Metan na Marsie po raz pierwszy zasugerowano w obserwacjach z 2003 r.; od tego czasu jego obecność potwierdzono i zakwestionowano w różnych pomiarach. Łazik Curiosity zmierzył sezonowe wahania tła metanu oraz krótkotrwałe skoki (do kilkudziesięciu ppb w niektórych epizodach), podczas gdy orbiter Trace Gas Orbiter (TGO) agencji ESA ustalił bardzo niskie górne limity w skali globalnej, co sugeruje, że emisje mogą być lokalne i szybko usuwane.
Możliwe źródła metanu:
- procesy biologiczne (hipoteza życia mikrobiologicznego),
- procesy geochemiczne, np. reakcje wodno-mineralne typu serpentyzacji,
- aktywność wulkaniczna lub hydrotermalna,
- dostarczanie zewnętrzne (meteoryty i komety) lub uwalnianie z materii organicznej pod wpływem UV.
Szybkie znikanie metanu (jeśli faktycznie występuje) sugeruje istnienie silnych zlewisk (sinks): utleniacze w glebie, reakcje fotochemiczne lub powierzchniowe adsorpcje, a nawet mechanizmy dotąd niepoznane. Badanie metanu pozostaje jednym z najważniejszych tematów badań marsjańskiej atmosfery ze względu na jego potencjalne implikacje.
Utrata atmosfery i historia wodna
Płynna woda na Marsie była kiedyś powszechna: doliny rzeczne, rozległe delty i osady osadowe wskazują na gęstszą, cieplejszą atmosferę w przeszłości. Wiele badań i misji wykazało, że atmosfera Marsa stopniowo ulegała osłabieniu głównie z powodu wiatrów słonecznych i innych procesów ucieczki gazów w kosmos. Brak globalnego pola magnetycznego (Mars posiada jedynie lokalne, szczątkowe pola magnetyczne) umożliwił wiatrom słonecznym skuteczniejsze "zdmuchiwanie" cząstek atmosferycznych — kiedyś Mars miał silniejsze pole magnetyczne, ale jego rdzeń ochłodził się i wygasił dynamo, co doprowadziło do utraty tej ochrony.
Ślady tej utraty widoczne są też w składzie izotopowym atmosfery (np. wzbogacenie cięższych izotopów wodoru), co wskazuje, że znaczna część wody i gazów była stopniowo tracona.
Inne zjawiska i znaczenie dla przyszłych misji
- Na Marsie obserwowano zorze (aurory) i zjawiska plazmowe wywołane interakcją wiatru słonecznego z częściowo zjonizowaną atmosferą.
- Skąpe warstwy ozonowe i silne promieniowanie UV przy powierzchni wpływają na stabilność związków organicznych i warunki biologiczne.
- Dla przyszłych misji załogowych kluczowe są: ochrona przed radiacją, pozyskiwanie zasobów in-situ (np. produkcja tlenu z CO2), oraz systemy zapewniające ciśnienie i temperaturę sprzyjające życiu.
Atmosfera Marsa, choć cienka, jest złożonym, dynamicznym systemem z sezonowymi cyklami, intensywnym pyłem i tajemniczymi sygnałami (jak metan), które wciąż badane są przez satelity, lądowniki i łaziki. Dzięki ciągłym obserwacjom nasze zrozumienie jej pochodzenia, ewolucji i współczesnych procesów stale się pogłębia.
Mars ma bardzo cienką atmosferę, jak widać na tym zdjęciu.
Pytania i odpowiedzi
P: Z czego składa się głównie atmosfera Marsa?
A: Atmosfera Marsa składa się głównie z dwutlenku węgla.
P: Jak wygląda ciśnienie atmosferyczne na Marsie w porównaniu z ciśnieniem na Ziemi?
O: Średnie ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Marsa (6,0 mbar) jest znacznie niższe niż na Ziemi (1,013 mbar).
P: Jakie inne gazy są obecne w atmosferze marsjańskiej?
O: Oprócz dwutlenku węgla, atmosfera marsjańska zawiera 96% argonu, 1,9% azotu oraz śladowe ilości tlenu, tlenku węgla, wody i metanu.
P: Jakiego koloru jest niebo z powierzchni ziemi z powodu cząsteczek pyłu w jej atmosferze?
O: Cząstki pyłu w atmosferze nadają niebu marsjańskiemu jasnobrązowy lub pomarańczowo-czerwony kolor, gdy widzi się je z powierzchni.
P: Jak duże są te cząstki pyłu?
O: Dane z NASA wskazują, że te cząstki pyłu mają średnicę 1,5 mikrometra.
P: Co było kiedyś powszechne na Marsie, co wskazuje na to, że w pewnym momencie miał on gęstą atmosferę?
O: Woda w stanie ciekłym była kiedyś powszechna na Marsie, co wskazuje na to, że w pewnym momencie miał on grubszą atmosferę.
P: Dlaczego to się zmieniło w czasie?
O: Zmieniło się to w czasie z powodu wiatrów słonecznych; podczas gdy ziemskie pole magnetyczne chroni nas przed większością tych wiatrów, chłodzenie jądra Marsa spowodowało utratę jego pola magnetycznego.
Przeszukaj encyklopedię