A A A A Автор Тема: Освоение Марса  (Прочитано 516034 раз)

0 Пользователей и 15 Гостей просматривают эту тему.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #180 : 03 Фев 2014 [01:03:24] »
Все-таки скорость важнее (хотя по сути оба показателя важны), т.к. это принципиально влияет на то, покидает атом атмосферу или нет. И если нет - то пусть будет хоть 1000 столкновений с атомом водорода, но он останется в атмосфере.

Прямые столкновения атомов и ионами водорода при диссипации атмосферы солнечным ветром играет минимальную роль. Важно электромагнитное поле, индуцированное обтекающей планету плазмой. А здесь существенна именно плотность.
« Последнее редактирование: 03 Фев 2014 [01:13:48] от AlexAV »

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #181 : 03 Фев 2014 [13:20:22] »
В атмосфере Марса окись азота(II) составляет 0,01%

А ведь в атмосфере Марса и кислород в измеряемых количествах присутствует. Поэтому нужно скорее смотреть не вымораживание самого оксида азота, а процесс типа:

NO + O2 +H20 = HNO3

И считать равновесное давление NO над азотнокислым льдом. 

P.S. В атмосфере Марса действительно удивительно много оксидов азота, а с учётом их химической активности это обязано давать весьма чувствительный сток азота в грунт.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #182 : 04 Фев 2014 [15:19:54] »
Неплохая статья об эволюции марсианской атмосферы:

http://perso.utinam.cnrs.fr/~mousis/papier91.pdf

Из выводов.

Цитата
By reviewing the latest observations and model studies on the escape of the martian CO2 atmosphere during the Hesperian and Amazonian epochs we expect that the planet may have lost most likely less than ∼150 mbar of CO2. If a CO2 atmosphere of several 100 mbar was indeed present at the end of the Noachian, most of it should have been removed to the crust by sequestration in carbonate rocks and partially recycled to the atmosphere under reduced and/or oxidized form. The water contained in a several 10 m or even 100 m deep EGL at the Noachian could have been trapped hypothetically in the crust in the form of H2O-ice, hydrated minerals, and possibly liquid water under the cryosphere. On the other hand, if there are not enough hidden CO2 deposits under the planet’s surface, then other greenhouse gases are necessary for the explanation of standing bodies of liquid water on the planet’s surface ≥3.5–4 Gyr ago.

Т.е. ни одна из существующих моделей диссипации атмосферы Марса так же как и прямые измерения потока частиц из его атмосферы не способны объяснить потерю существенно большую 150 мбар углекислого газа из атмосферы Марса в течении Амазонийской и Гесперийской  эр (что кстати подтверждается анализом изотопного соотношения углерода в атмосфере современного Марса и метеорите ALH 84001, отколовшегося от Марса около 4 млрд. лет назад. В пределах погрешности измерения они полностью совпадают, что исключает существенную потерю углекислого газа за этот период в следствие диссипации в космос). Однако в Гесперийской эре на Марсе существовала жидкая вода, что подразумевает (особенно с учётом слабого солнца) весьма существенную атмосферу. В этом случае существует только два варианта. Либо большая часть той атмосферы захоронена в литосфере планеты, или атмосфера Гесперийской эры состояла из некого другого вещества (существует предположение, что это был не углекислый газ, а сернистый).



Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #183 : 04 Фев 2014 [17:16:55] »
А вот экспериментальный (измеренные аппаратом Mars Express) потери в результате сдувания атмосферы солнечным ветром.

http://www.cesr.fr/~genot/M2/article_science.pdf

Цитата
Mars was once wet but is now dry, and the fate of its ancient carbon dioxide atmosphere is one of the biggest puzzles in martian planetology. We have measured the current loss rate due to the solar wind interaction for different species: Q(O+) = 1.6·1023 per second = 4 grams per second (g s−1), Q(O2+) = 1.5·1023 s−1 = 8gs−1, and Q(CO2+) = 8·1022 s−1 =6gs−1 in the energy range of 30 to 30,000 electron volts per charge. These rates can be propagated backward over a period of 3.5 billion years, resulting in the total removal of 0.2 to 4 millibar of carbon dioxide and a few centimeters of water. The escape rate is low, and thus one has to continue searching for water reservoirs and carbon dioxide stores on or beneath the planetary surface and investigate other escape channels.

Видно, что они совершенно незначительные. Т.е. современный солнечный ветер практически не оказывает влияние на устойчивость марсианской атмосферы.

P.S. Ещё одно доказательство, что требование наличия магнитного поля для обитаемой планеты - совершенно надуманное.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #184 : 04 Фев 2014 [17:22:59] »
сернистый газ даст скорее всего воду, как в последних водоемах.

Да, сернистый газ поглощается литосферой ещё быстрее, чем углекислый. Т.е. от такой атмосферы должны остаться залежи сульфитов и сульфатов (улететь тяжёлый сернистый газ в космос точно не мог).

Поговаривают о пресноводных бассейнах

Если это подтвердится дальнейшими исследованиями - надо искать карбонаты в грунте. Почти вся атмосфера будет там.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #185 : 04 Фев 2014 [20:40:13] »
А что требуется минимально?

На самом деле первая стадия - создать условия, когда там смогут выжить высшие растения. Для дыхания им достаточно 100 Па кислорода. Более сложные требования - снижение интенсивности жёсткого УФ и возникновение климатических условий при котором хотя бы в отдельных районах было хоть какое-то количество жидкой воды (хотя бы эпизодически). Что касается первого, то нижняя граница озонового слоя на земле - около 12 км. Это соответствует столбу кислорода 400 кг/м2. Для Марса это соответствовало давлению кислородной атмосферы в 1480 Па. С уже имеющемся углекислым газом это дало бы около 2100 Па. Данная величина заметно выше тройной точки воды (хотя это только необходимое условие для выполнения третьего пункта, но не достаточное).

Т.е. абсолютный минимум для высших растений как раз и получается добавление около 1,5 кПа кислорода к существующей атмосфере.   

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #186 : 05 Фев 2014 [02:13:35] »
Согласен, но я стараюсь мыслить в гуманистических традициях

Полностью разделяя гуманистическую позицию мне кажется, что терраформирование марса может стать не столько созданием второго дома, сколько монументом человечеству, подобием великих египетских пирамид. Тем который может простоять миллиарды лет...

Из полустёртых черт сквозит надменный пламень,
Желанье заставлять весь мир себе служить;
Ваятель опытный вложил в бездушный камень
Те страсти, что могли столетья пережить.

И сохранил слова обломок изваянья: —
«Я — Озимандия, я — мощный царь царей!
Взгляните на мои великие деянья,
Владыки всех времён, всех стран и всех морей!»

Кругом нет ничего… Глубокое молчанье…
Пустыня мёртвая… И небеса над ней…


                                                  П. Б. Шелли

 :)

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #187 : 05 Фев 2014 [14:58:46] »
Моделирование климата раннего марса (с учётом слабого солнца) при различных предположениях о давлении углекислой атмосферы.

http://arxiv.org/pdf/1210.4216.pdf

Интересные результаты приведены по области устойчивости углекислой атмосферы (по отношению к вымораживанию) при различных значениях наклона оси планеты.



Т.е. получается, что давление больше ~3 атм (для углекислой атмосферы) там быть не могло, причём даже в том случае если количество углекислоты на планете соответствовало бы большему давлению. Просто шло бы её вымораживание.

С другой стороны при современном наклоне оси вращения в 25 градусов при снижении давления ниже ~300 мбар начинается процесс необратимого сваливания климата планеты к современному состоянию (из-за прогрессирующего вымерзания атмосферы на полюсах).

Т.е. давление на "тёплом" марсе (с углекислой атмосферой) оказывается зажато между 0,3 и 3 атм.

Правда что касается степени тепла такого климата, то выводы получаются довольно пессимистическими. Т.е. среднегодовая температура на всей поверхности оказывается отрицательной, а появление жидкой воды возможно только эпизодически. В целом климат гесперийской эры должен напоминать климат сухих антарктических долин на земле сегодня.

Справедливости ради с тех пор солнце существенно добавило в яркости...
« Последнее редактирование: 05 Фев 2014 [15:05:35] от AlexAV »


Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #188 : 05 Фев 2014 [15:53:27] »
Кроме того вода будет давать сильный добавочный парниковый эффект.

В приведённой модели влияние паров воды учитывалось.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #189 : 05 Фев 2014 [16:21:05] »
Если модель верна, то в реальности, какие-то иные газы должны были давать дополнительный тепловой эффект.

В обсуждении они говорят, что полученные результаты не противоречат наличию водных потоков на Марсе в тот период, но гидрология Марса гесперийской эры должна быть похожа на гидрологию сухих долин Антарктиды. Кстати вот река Оникс, протекающая в Антарктиде при весьма похожих условиях:



P.S. Кстати северо-восточная Сибирь тоже имеет отрицательную среднегодовую температуры (Верхоянск  -15С, Анадырь -7С, о. Врангеля  -10С ). Так что возможно это не так уж и страшно. :)

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #190 : 06 Фев 2014 [22:41:36] »
Еще один свежий кратер нашли

Вот совершенно не пойму, что вы в этих кратерах нашли. Нет, понимаю, картинки красивые. Но ценность их для понимания природы марса около нулевая.

P.S. А вот из ближайших действительно интересных миссий это пожалуй MAVEN. Всё таки проблема устойчивости атмосферы ключевая для понимания геологической истории Марса. И здесь, как впрочем и везде, никакие модели не могут полностью заменить эксперимент или наблюдение.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #191 : 06 Фев 2014 [23:24:09] »
то само собой на это исследование тратят наблюдательные ресурсы и выделяют ресурсы на линиях связи на передачу огромных объемом информации для этого.

Это не доказательство. Очень часто бурная деятельность в науке имеет цели от науки очень далёкие...

К счастью от Вас не зависит управление марсианскими зондами. Уж пожалуй специалисты по Марсу лучше Вас знают какие исследования больше науки дадут. Если поиск свежих кратеров это большая наука о чем я неоднократно в этой теме говорили, то само собой на это исследование тратят наблюдательные ресурсы и выделяют ресурсы на линиях связи на передачу огромных объемом информации для этого.

Так перечислите конкретно какие именно фундаментальные проблемы исследования марса возможно решить таким способом.

P.S. Поиски воды не приводить. Мы и так достоверно знаем, что она там есть. Вопрос не в наличие, а в количестве и форме.
« Последнее редактирование: 06 Фев 2014 [23:34:04] от AlexAV »

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #192 : 06 Фев 2014 [23:56:13] »
Климатические расчеты прошлого Марса, говорящие об атмосфере 0.3 - 3 бар вполне соответствуют тому, что я считал по количеству аргона, где у меня вышло 2 бар. Но, как я говорил выше, скорее всего много меньше, т.к. много аргона-40 могло много постепенно выделится в поздние эпохи. Конечно, большая часть молекул аргона-40 осталась в кристаллической решетке пород после распада калия40, но не весь. Выветривание, кратерообразование, и прочие процессы могли выделить в атмосферу немало аргона, и в принципе даже весь, т.к. парциональное давление аргона на Марсе всего чуть больше, чем 1/10000 бар, или около 0.1 мм.рт.ст. Поэтому, скорее всего, атмосфера Марса была скорее всего много слабее, чем 2 бар.

Здесь ещё есть оценки по объёму изверженных пород (основываясь на типичных для Земли содержании летучих компонент в лавах). При формировании только нагорья Тарсис выделилось, как оценивается, количество углекислого газа эквивалентное давлению в 1,5 атм. А ведь это не единственная вулканическая структура на Марсе.

Исходя из всех этих соображений, врядли стоит ожидать содержание СО2 в карбонатах более, чем 0.2-0.3 бар.

Стоп. Если даже принимаем полный объём дегазированного углекислого газа как 0,4-1 бар. А потери на диссипацию в космос 0,1 бар (больше по современным представлениям никак не получается). То просто в по закону сохранения массы 0,3-0,9 бар должно быть захоронено в литосфере. Больше ему физически некуда деться. Откуда цифра 0.2-0.3 бар?
« Последнее редактирование: 07 Фев 2014 [00:52:11] от AlexAV »

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #193 : 07 Фев 2014 [00:05:26] »
чисто теоретически - в "свежих выбросах" можно обнаружить легко испаряющиеся компоненты (ту же воду, замороженный углекислый газ)

Углекислый газ тяжёло. Его в атмосфере много. Воду можно. Но ведь у нас и так есть данные по нейтронному рассеянию. Т.е. не только о наличии, но и о количестве приповерхностной воды мы и так знаем. Т.е. качественные подтверждения наличия воды уже не слишком актуальны. Вопрос в количественной оценке её запасов в литосфере. А здесь, увы, кратеры на мало чем могут помочь.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #194 : 07 Фев 2014 [00:42:59] »
а там где он в замороженном виде?
неглубоко под грунтом?

Я немного не об этом. Допустим он там есть. При ударе начал выделяться газ. Как её детектировать на фоне всего многообразия гидродинамических явлений при импакте? Спектроскопические методы отпадают сразу (на фоне сигнала атмосферы выявить будет практически невозможно).

а разрешение в распределении метода? (данных просто не нашел)

Разрешение небольшое. Т.е. метод даёт усреднённый результат с большой площади. Однако при этом мы получаем количественные данные о содержании воды (точнее водорода в грунте). Тот что был на Mars Odyssey вроде как около 300 км.

Что тут может дополнительно дать наблюдение импактов не ясно. Т.е. при этом мы получаем только качественный ответ (есть вода/нет воды). Но мы его и так исходно знаем. Получить плотную сетку тоже трудно (даже на этом весьма невысоком в смысле информативности уровне). Импактов не так много.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #195 : 07 Фев 2014 [01:27:07] »
Все это говорит о том, что последние 0,3 бара улетучились, но неизвестно за какой срок, а используемые выши модели о невозможности улетучивания больше, чем 0.1 бар слишком оптимистичны и не верны.

Собственно почему? Карбонаты могут образовываться и просто во влажном воздухе, хотя и весьма медленно. Водяной пар в атмосфере Марса присутствует, а значит процесс всё равно будет идти. За миллиард лет и очень медленный процесс может связать значительное количество вещества.

Я думаю, что полное выделение СО2 было близко к 1 бар, а фактическое давление было гораздо меньше, т.к. СО2 удалялся из атмосферы по мере поступления (а тяжелые инертные газы в основном оставались в атмосфере), сохраняя некоторое время баланс.

Вообще с инертными газами на марсе какая-то муть. Изотопный состав аргона (имеется ввиду первичного, т.е. Ar-36 и Ar-38) и ксенона сильно искажён. Это значит в какой-то период имела место сильнейшая их диссипация. А тяжёлые инертные газы могут диссипировать из атмосферы только в том случае, если в ней вообще ничего не осталось (в этом случае они сдуваются солнечным ветром). А вот изотопное соотношение по углероду не показывает никаких значимых потерь. Собственно ситуация довольно странная.

Это пытаются объяснить с помощью гипотезы двухэтапной эволюции атмосферы. Первый  - ранее 4 млрд. лет назад (на сколько ранее пока не известно). Марс в результате действия раннего солнца (активность молодой звезды очень высока в первые сотни миллионов лет своего существования), импактов и т.д. теряет первичную атмосферу подчистую (иначе странности с инертными газами объяснить оказывается совершенно невозможно). А далее, спустя какое-то время, возникает вторичная атмосфера в результате продолжающейся вулканической деятельности. И эта вторичная атмосфера диссипирует уже весьма слабо.

Если эта гипотеза верна, то оценка по инертным газам некорректна. Основная часть инертных газов дегазировалась видимо на ранних стадиях и была потеряна в этот первый период. Это подтверждается сильным искажением их изотопного состава. Особняком стоит аргон-40, он тоже весь вторичный. И соответственно накопился уже после  периода катастрофических потерь атмосферы. Он может быть более информативным. Правда здесь картина будут (при сравнении с Землёй и Венерой) искажаться скоростью изменения тектонической активности со временем. Если тектоническая активность Марса падала быстрее чем земли (а видимо так и есть) то больший процент газа был выделен в более ранние эпохи, а тогда соотношение Ar-40:СO2 было меньше, чем сегодня (аргон-40 радиогенный газ).

Я все же думаю, что  весь оставшийся СО2 после окончательного замерзания воды улетучился. Для связывания в карбонаты даже 0.3 бара (а это почти 1 бар земной толщины атмосферы) нужно слишком много пород - десятки метров толщины.

Это пока не аргумент (ни за и ни против). Мы не знаем точно объём осадочных отложений на Марсе. Единственные достоверные сведения - что карбонаты там есть. А сколько пока неизвестно.

Учитывая, что нужные для связывания углекислоты породы не везде, и не всегда на поверхности

Любая первичная магматическая порода. Уж этого на марсе навалом и на поверхности.

И это при том, что самые удобные, легкодоступные породы были связаны во времена жидкой воды, а в поздние эпохи углекислоте без помощи жидкой воды нужно было проникать в более труднодоступные места.

Это ошибочное утверждение. Сейчас там местами и выходы оливина есть, т.е. одной из наиболее податливых этому процессу пород.

а используемые выши модели о невозможности улетучивания больше, чем 0.1 бар слишком оптимистичны и не верны.

Самый чувствительный индикатор - изотопное соотношение углерода. А оно за 4 млрд. лет фактически не изменилось. Это сильнейший аргумент против заметной диссипации в этот период. Химическое же связывание хоть и замедлилось после вымерзания планты, не могло остановиться вообще.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #196 : 07 Фев 2014 [01:34:23] »
Сложно себе представить процессы, благодаря которым из магмы активно выделяется СО2, а вся линейка инертных газов почему-то в ней задерживается..

Да вот похоже совсем не задерживались, а в точности наоборот - вышли первыми. Изотопное соотношение по первичному аргону и ксенону сильно искажено, что указывает на сильную их диссипацию из атмосферы (или как альтернатива - какой-то очень необычный источник их появления на Марсе, сильно отличающийся от земли).

В общем вопрос очень мутный.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #197 : 07 Фев 2014 [01:52:01] »
Может разница в геологической активности сыграла свою роль? И существенная часть газов не смогла выделиться из марсианской магмы, в итоге сайчас заперта в застывшей породе на глубине.

Вероятно. Марс дальше от солнца и имеет меньшую среднюю плотность. Было бы очень странно, если бы лёгких элементов (воды, углерода) в его мантии было меньше, чем в мантии земли.


Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #198 : 07 Фев 2014 [02:17:59] »
инертные газы не могли все дегазироваться и диссипироваться в космос после потери первичной атмосферы, это выглядит слишком невероятно. Они выделялись параллельно углекислоте, а давление той с вулканической активностью быстро поднялось до такой степени, чтобы по-крайней мере криптон с ксеноном не улетучились в космос. Да даже аргон слишком тяжел, чтобы улетучиться быстро через диссипацию. Поэтому по ним вполне можно судить о количестве изначального СО2.

Согласен. Из современной атмосферы Марса ни аргон, ни ксенон диссипировать нем могли вообще.

И тем не менее, есть следующие факты.

а. Соотношения Ar-38/Ar-36 на Марсе сильно искажено в пользу тяжёлого изотопа. Причём не на проценты, а в разы.

б. По ксенону на Марсе сильный избыток Xe-129.

Эти отличия весьма существенны и их нельзя игнорировать. Здесь всего два варианта:

1) Инертные газы накапливались преимущественно в первичной атмосфере (которую Марс потерял), а в газах, формировавших вторичную, их содержание было незначительным (аргон-40 не рассматриваем).
2) Механизм накопления инертных газов  на Земле и Марсе исходно отличался.

Ясно что ни в первом, ни во втором случае инертные газы не могут быть индикатором количества газов,  сформировавших вторичную атмосферу Марса.

Особняком стоит аргон-40. Он точно мантийного и литосферного прохождения.  Но при подсчёте здесь надо учитывать временные рамки дегазации. По очевидной причине количество аргона-40 в современных вулканических газах намного больше, чем в архейских.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 577
    • Все сообщения темы
Re: Освоение Марса
« Ответ #199 : 07 Фев 2014 [02:24:12] »
Поверьте, большая часть атмосферы - улетучилась

Да я вообще не привык ни во что верить. :) Доказательства какие-то нужны.

А пока все факты (изотопное соотношение С-13/С-12, фактические замеры потока диссипации из атмосферы современного Марса, все модели верхней атмосферы Марса) говорят против такой возможности.