Освоение Марса

[LonelyWanderer]

Но тут, нужно будет сделать сравнительный расчёт скорости солнечного ветра на орбите Марса и Меркурия, чтобы точнее показать.

Даже не скорости, а плотности, которая в первом приближении убывает как куб расстояния.

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.

[AlexAV]

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.

[SY]

в вики есть немного об этом:

Примерная масса атмосферы 2,5·10¹⁶ кг.
 20% от этого количества = 5.0·10¹⁵ кг
теплота параобразования 573.6 кДж/кг
итого 2.868·10²² Дж
марсианский год 6.74·10⁷ сек; полгода - 3.37·10⁷ сек
мощность за полгода 8.52·10¹⁴Вт; примерно 10⁹MВт

Итого нужен миллион атомных реакторов. Пожалуй в лоб проблему не решить.

[AlexAV]

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.

[Иванов]

Почитал Толстого с его "Аэлитой". Поразительно но уже в 1924 году фантаст Толстой полагал, что марсианские подземелья лучшее место для марсианской жизни.

http://www.loveread.ec/read_book.php?id=8130&p=34#gl_32

— Не могу добиться, — куда, к дьяволу, девались правительственные войска, — сказал Гусев, — валяется на площади ихних сотни три, а войск было не меньше пятнадцати тысяч. Провалились. Попрятаться не могли, — не иголка. Если бы прорвались, — я бы знал. Скверное положение. Каждую минуту неприятель может в тылу очутиться.

— Тускуб, правительство, остатки войск и часть населения ушли в лабиринты царицы Магр под город, — сказал Гор.

Гусев соскочил со стола:

— Почему же вы молчите?

— Преследовать Тускуба бесполезно. Сядьте и ешьте, сын неба. — Гор, морщась, достал из-под одежды красноватую, как перец, пачку сухой хавры, засунул её за щеку, и медленно жевал. Глаза его покрылись влагой, потемнели, морщины разошлись. — Несколько тысячелетий тому назад мы не строили больших домов, мы не могли их отапливать, — электричество было нам неизвестно. В зимние стужи население уходило под поверхность марса, на большую глубину. Огромные залы, приспособленные из прорытых водою пещер, колоннады, тоннели, коридоры — согревались внутренним жаром планеты. В жерлах вулканов жар был настолько велик, что мы воспользовались им для добывания пара. До сих пор на некоторых островах ещё работают неуклюжие, паровые машины тех времён. Тоннели, соединяющие подпочвенные города, тянутся почти подо всей планетой. Искать Тускуба в этом лабиринте бессмысленно. Он один знает планы и тайники Лабиринта царицы Магр, — «Повелительницы двух Миров», владевшей некогда всем марсом. Из-под Соацеры сеть тоннелей ведёт к пятистам живым городам и к более тысячи мёртвым, вымершим. Там, повсюду, склады оружия, гавани воздушных кораблей. Наши силы разбросаны, мы плохо вооружены. У Тускуба — армия, на его стороне — владельцы сельских поместий, плантаторы хавры, и все те, кто тридцать лет тому назад, после опустошительной войны, стали собственниками городских домов. Тускуб умён и вероломен. Он нарочно вызвал все эти события, — чтобы навсегда раздавить остатки сопротивления… Ах, золотой век!.. Золотой век!..

Гор замотал одурманенной головой. На щеках его выступили лиловые пятна. Хавра сильно начинала действовать на него.

— Тускуб мечтает о золотом веке: — открыть последнюю эпоху Марса — золотой век. Избранные войдут в него, только достойные блаженства. Равенство недостижимо, равенства нет. Всеобщее счастье — бред сумасшедших, пьяных хаврой. Тускуб сказал: — жажда равенства и всеобщая справедливость — разрушают высшие достижения цивилизации. — На губах у Гора показалась красноватая пена. — Итти назад, к неравенству, к совершенной несправедливости! Пусть на нас кинутся, как ихи, — минувшие века. Заковать рабов, приковать к машинам, к станкам, в шахтах… Пусть — полнота скорби. И у блаженных — полнота счастья… Вот — золотой век. Скрежет зубов и мрак. И высшее наслаждение, упоение. Будь прокляты отец мой и мать! Родиться на свет! Будь прокляты!

Гусев глядел на него, шибко жевал папироску:

— Ну, я вам скажу, — вы дожили здесь…

[Иванов]

Одна из самых удобных для освоения из недавно обнаруженных пещер на Марсе. Вход не является вертикальным колодцем, а уходит в глубь Марса под небольшим углом.

[Arton]

Это не вход в «пещеру» - это кратер, с тенью от собственного вала, с подсвеченной солнцем стороны.

[AlexOrex]

Это не вход в «пещеру» - это кратер, с тенью от собственного вала, с подсвеченной солнцем стороны.

Но везде пишут, что пещера, возможно, выход лавовой трубки диаметром 180 м на юго-восточном склоне Павониса
http://www.uahirise.org/ESP_019351_1795
Там этих трубок куча
http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Mars_Express/Lava_tubes_on_Pavonis_Mons

[AlexAV]

Неплохая статья об эволюции марсианской атмосферы:

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

Из выводов.

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).

[SY]

или атмосфера Гесперийской эры состояла из некого другого вещества (существует предположение, что это был не углекислый газ, а сернистый).

Поговаривают о пресноводных бассейнах, а сернистый газ даст скорее всего воду, как в последних водоемах. В итоге будут образовываться другие минералы.

[AlexAV]

А вот экспериментальный (измеренные аппаратом Mars Express) потери в результате сдувания атмосферы солнечным ветром.

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

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.

[AlexAV]

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.

[Константин ВАРБ]

Если кратко сформулировать критерии необходимой атмосферы для жизни человека на Марсе, то это выглядит примерно так:

Для создания аналогичных земным условиям; на Марс следует добавить к марсианской, почти всю земную атмосферу. Там будет более сильный парниковый эффект и более ровный климат, под зелёным (как для аквалангиста) марсианским небом.
Это так сказать программа максимум.

А что требуется минимально?
1.   Температура кипения воды.
В настоящее время максимальное давление на Марсе 1155 паскаль. Это даёт кипение воды в районе 6 градусов Цельсия.
Без гермоскафандра человек вскипит и сублимируется.
При 10 000 паскаль - 45 градусов – это  соответствует 0.1 атмосфере. (этого мало ибо всякое резкое движение будет чревато вскипанием). И недостаточно для человеческого дыхания.
Конечно позднее следует доводить давление до 0,2 атм (60 градусов) и даже до 0.3 (68 градусов) чтобы перелётные птички не падали на обетованный Марс жаренными.
Эти давления соответствуют глубине земной атмосферы и цветам зимнего или экваториально неба.

О необходимом составе для дыхания человека.
Состав минимального давления газов в лёгких
5332.88 Па - CO2
6266.134 Па –H2O

Для осуществления процесса дыхания нужно чтобы количество О2 в смеси превосходило это давление то есть
было более 12000 паскаль.
Современное давление на Марсе СО2  не более 1100 паскаль, при потеплении климата оно вряд ли возрастёт более чем в 4-5 раз и составит 4-5,5 кПа.
Соответственно минимально приемлемыми для человека условиями на Марсе следует считать:
4-5 кПа СО2
15 кПа  О2
5-15 кПа иных нейтральных газов и паров воды.

Итого 0,23 - 0,33 атмосферы. 

5-10 кПа СО2  на Марсе присутствуют в атмосфере и шапках. Кислород тоже наличествует в связанном состоянии с металлами. Добыть же его надо всего лишь сущий пустяк от 20 до 30 миллиардов тонн!

Чему нас учит  земная экономика, цитирую Википедию:
«Производство и потребление металлов в мире постоянно растёт. За последние 20 лет ежегодное мировое потребление металлов и мировой металлофонд удвоились и составляют, соответственно, около 800 млн тонн и около 8 млрд тонн. Изготовленная с использованием черных и цветных металлов доля продукции в настоящее время составляет (72—74)% валового национального продукта государств. Металлы в XXI веке остаются основными конструкционными материалами, так как по своим свойствам, экономичности производства и потребления не имеют себе равных в большинстве сфер применения
Из 800 млн т ежегодно потребляемых металлов более 90% (750 млн т) приходится на сталь, около 3% (20—22 млн т) на алюминий, 1,5% (8—10 млн т) — медь, 5—6 млн т — цинк, 4—5 млн т — свинец (остальные — менее 1 млн т). Масштабы производства таких цветных металлов, как алюминий, медь, цинк, свинец, измеряются в млн т/год; таких как магний, титан, никель, кобальт, молибден, вольфрам- в тыс. т, таких как селен, теллур, золото, платина — в тоннах, таких как иридий, осмий и т.п. — в килограммах.»

Следовательно, если тенденции уверенного промышленного роста будут сохраняться, уже в следующем веке, производство металлов достигнет таких объёмов, что если бы они вырабатывались на Марсе, то при общем производстве всего лишь 10-15 раз больше чем в настоящее время имеется на Земле и депонированию кислорода в атмосферу Марса, возникли бы минимально необходимые условия для его обитаемости.

[L_Pt]

Да, сернистый газ поглощается литосферой ещё быстрее, чем углекислый. Т.е. от такой атмосферы должны остаться залежи сульфитов и сульфатов

Неоднократно отмечалось, что содержание серы (в виде сульфитов/сульфатов) в марсианском грунте в десятки и сотни раз больше, чем в земном. Что неудевительно – рядом пояс астероидов, в составе которых значительное содержание сульфида серы FeS (до 10/%).

Но одновременно гидросфера и мощная атмосфера из сернистого ангидрида все равно сосуществовать не могут.  При давлении 1 атм и температуре 20 С растворимость в воде 1,8 М, или 115 г/л. Что дает кислый раствор с pH ~1. Т.е. кислотность более чем в 10 тыс раз больше, чем расвор углекислого газа в воде. С литосферой будет реагировать по геологическим меркам просто мгновенно.

[L_Pt]

Соответственно минимально приемлемыми для человека условиями на Марсе следует считать:
4-5 кПа СО2
15 кПа  О2
5-15 кПа иных нейтральных газов и паров воды.

Итого 0,23 - 0,33 атмосферы.

5-10 кПа СО2  на Марсе присутствуют в атмосфере и шапках. Кислород тоже наличествует в связанном состоянии с металлами. Добыть же его надо всего лишь сущий пустяк от 20 до 30 миллиардов тонн!

Если говорить не про геномодифицированного человека, то углекислого газа в воздухе должно быть не больше 1,5 кПа.
В подсчета массы необходимого кислорода вы ошиблись на много порядков.

Откуда у вас цифры, сколько углекислого газа в шапках?

[Константин ВАРБ]

Соответственно минимально приемлемыми для человека условиями на Марсе следует считать:
4-5 кПа СО2
15 кПа  О2
5-15 кПа иных нейтральных газов и паров воды.

Итого 0,23 - 0,33 атмосферы.

5-10 кПа СО2  на Марсе присутствуют в атмосфере и шапках. Кислород тоже наличествует в связанном состоянии с металлами. Добыть же его надо всего лишь сущий пустяк от 20 до 30 миллиардов тонн!

Если говорить не про геномодифицированного человека, то углекислого газа в воздухе должно быть не больше 1,5 кПа.
В подсчета массы необходимого кислорода вы ошиблись на много порядков.

Откуда у вас цифры, сколько углекислого газа в шапках?

Так геномодифицировать мы пока не научились.
Но для дыхания надо давление СО2 не ниже 5кПа (в лёгких) иначе будет угнетаться дыхательный центр. (Реальная проблема при кислородной маске и подаче кислорода в медицинский целях).
Человек "забывает" дышать.

Благо эти 5кПа на Марсе уже присутствуют.

1 кПа на Марсе и в настоящее время есть. При повышении средней температуры давление нынешней атмосферы поднимется раза в два и полярные шапки растают. и соответственно давление будет на уровне 5-10 кПа.

По поводу же величин атмосферы, то если всю атмосферу Земли собрать и заморозить, то будет комета не более 100км в диаметре.

Соответственно если этой осенью комета упадёт на Марс, то было бы очень хорошо.

Так что если мы не станем терроформировать иные планеты, то при уверенном промышленном развитии, очень и очень скоро мы так  гуманизируем земную среду, что жить на Земле станет проблематично.

[L_Pt]

Так геномодифицировать мы пока не научились.
Но для дыхания надо давление СО2 не ниже 5кПа (в лёгких) иначе будет угнетаться дыхательный центр. (Реальная проблема при кислородной маске и подаче кислорода в медицинский целях).
Человек "забывает" дышать.

Благо эти 5кПа на Марсе уже присутствуют.

1 кПа на Марсе и в настоящее время есть. При повышении средней температуры давление нынешней атмосферы поднимется раза в два и полярные шапки растают. и соответственно давление будет на уровне 5-10 кПа.

По поводу же величин атмосферы, то если всю атмосферу Земли собрать и заморозить, то будет комета не более 100км в диаметре.

Соответственно если этой осенью комета упадёт на Марс, то было бы очень хорошо.

Так что если мы не станем терроформировать иные планеты, то при уверенном промышленном развитии, очень и очень скоро мы так  гуманизируем земную среду, что жить на Земле станет проблематично.

В выдыхаемом человеке воздухе 3 кПа углекислого газа. При 1,5 кПа во внешнем воздухе уже сильно повышенная утомляемость.

Комет из воздуха не бывает. Они в лучшем случаи в основном из грязного льда.
Масса атмосферыы Земли 5 10¹⁵ тонн. Для озвученных вами 15 кПа О₂ на Марсе надо 5,8 10¹⁴ тонн кислорода.

[AlexAV]

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.   

[zenixt]

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,

Прелестно. Марс носит следы крупной космической катастрофы, похоже на касательное столкновение с телом размером примерно с Луну. Изначально я предполагал, что это случилось миллионы лет назад. По мере накопления фактов эта цифра отодвинулась на 4 млрд. лет назад и проблема стала неинтересно.
А теперь, эвона как, катастрофа значит произошла примерно 2.5 миллиарда лет назад. По моим прикидкам получается что Марс образовался гораздо раньше Земли, если не на миллиард лет раньше. Таким образом, если бы на Марсе возникла жизнь, чему мог помешать только химический его состав, то у нее было около 2 миллиардов на развитие - при "штормящих условиях" вполне достаточно для возникновения разума.
У меня опять просыпается интерес к Марсу.

[Ssid]

Но для дыхания надо давление СО2 не ниже 5кПа (в лёгких) иначе будет угнетаться дыхательный центр. (Реальная проблема при кислородной маске и подаче кислорода в медицинский целях).Человек "забывает" дышать.

так это "в легких"
состав воздуха в них отличен от внешнего, углекислого газа там больше, в альвеолах он будет даже при 100% кислороде в воздухе

да и при полное его отсутствии "как дышать" человек "не забудет" ))) хотя конечно ничего хорошего не будет