Освоение Марса

[AlexAV]

Не сочтите за придирку, но возраст самых свежих лавовых потоков на склонах Олимпа составляет всего несколько миллионов лет.

А можете ссылку дать? (спрашиваю не из-за недоверия, а из-за интереса )

В любом случае темпы современной дегазации там, по всей видимости, очень низкие.

[AlexAV]

Нам и миллиона лет за глаза! То есть проблема утечки в космос марсианской атмосферы (если она как-то появится) снимается?

Да, Марс вполне может удерживать атмосферу геологически долго. Вопрос только где её взять?

[AlexAV]

СО2 может и удержит, О2 будет быстрее улетучиваться, т.к. легче.

Из атмосферы в любом случае уходят не молекулы, а атомы.

Что касается быстро… Для азота и кислорода (с учётом как тепловых так нетепловых потерь) она не превышают десятков миллибар за миллиард лет.

Вода (водород) совсем быстро, полноценную гидросферу вряд ли удастся создать.

Вода выше тропопаузы вообще не поднимется, соответственно её диссипация будет незначительна.

[AlexAV]

Тем не менее, как на Венере с хорошей гравитацией, так и на Марсе с относительной дальностью от Солнца всё к сегодняшнему дню куда -то улеточилось.

Венера случай совершенно другой. Азот кстати там никуда не делся и его количество в атмосфере соизмеримо с земным. Вода попросту вся испарилась и за счёт фотолиза распалась на водород и кислород, водород ушёл в космос (ни Земля, ни Венера его не удерживают) кислород в литосферу. Опять же на Венере температура тропопаузы выше нуля соответственно водяной пар не запирается в нижних слоях атмосферы.

Десятски миллибар в  миллиард лет не сходятся с сегодняшним положением дел на Марсе.

Почему не сходятся? Углекислый газ и кислород поглощаются литосферой. А для азота эти темпы вполне адекватны текущему состоянию.

Вода там и так есть в составе криосферы.

Полностью идентичная земной по давлению марсианская атмосфера была бы километров 200 высотой (из-за меньшей гравитации), экзосфера - еще выше, а там скорости убегания меньше, думаю, всё выглядит значительно печальнее.

Сейчас высота экзобазы на марсе 210 км. При давлении близком к земному было бы километров 350. Невелика разница?

[AlexAV]

Вопрос тогда неясен, атмосфера Марса ушла в грунт таки или улетучилось?

Углекислый газ при наличие жидкой воды очень быстро связывается грунтом. Азот тоже частично будет связываться в нитраты, частично диссипировать в космос. Если учесть, что марс меньше земли, сложно ожидать, что количество первоначального азота, выделявшегося с единицы поверхности, было больше чем на земле (скорее в разы меньше). Т.е. исходное давление азота было явно меньше 300 мбар, вероятно меньше сотни. Т.е. темпы потери азота похоже вполне укладываются в отмеченные десятки мбар/млрд. лет.

[AlexAV]

И не только потому,  что мы экономим 6 километров толщины наиболее плотной атмосферы на 98.7% поверхности Марса, (а это огромная масса газов, и то нарастив этих 6 километров, мы получаем доступной только половину поверхности Марса). Но и потому что поддержание такой атмосферы технически значительно проще. Так как марсианская жизнь будет сосредоточена в основном в одной Элладе и ещё нескольких кратерах, и большая часть Марса останется незаселенной, то проблема поддержания давления давления Марса путём бомбардировок кометами значительно упрощается, т.к. их можно довольно крупными кусками (небольшие - и целыми) ронять прямо на поверхность Марса в необжитых местах, а будут места размером в тысячи километров (например, к югу и западу от поднятия Фарсиды), где не будет жителей.

Гм… Если подумать, то необходимость комет совсем не очевидна.

Воды там и так много, объём криосферы оценивается до 77 млн. км3 (хватит на приличный океан). Азота в атмосфере около 10^12 т и возможно что-то ещё есть в грунте – для существования биосферы достаточно, а больше и не надо.

Т.е. нужна только пригодная для дыхания и совместимая с наличием жидкой воды атмосфера. А пригодной для дыхания её делает кислород. Источником кислорода на земле является углекислый газ и вода (через фотосинтез).

Соответственно нужно вывести какой-то искусственный лишайник, который мог бы выжить в условиях современного марса. Доставить его туда и подождать. Всё.

[AlexAV]

Они ведь будут постепенно улетучиваться.

Она улетучивается настолько медленно, что солнце раньше погаснет, чем это как-то заметно скажется.

И за время существования Солнца в нынешней фазе, атмосферу и гидросферу Марса нужно будет полностью обновить не менее десятка раз.

Откуда вы это взяли? Вот по данным Mars Express темпы диссипации современной атмосферы Марса всего около 20 г/с (http://www.astro.websib.ru/news/2007/02/8098) (или 631 т/год). А масса атмосферы с давлением равным земному была бы 3,9*10¹⁵ т. Ну и считайте за сколько она испарится.

[AlexAV]

Мне не интересны сегодняшние цифры. Я беру тот факт, каким Марс стал за миллиарды лет. И он непременно станет точно таким же, если сейчас сделать атмосферу как на Земле и не поддерживать её.

Да больше, похоже, что таким он стал не столько из-за диссипации атмосферы в космос (ни один из известных механизмов: тепловой, ионные и ион-молекулярные реакции, сдувание солнечным ветром – такой потери атмосферы не обеспечивает), а из-за того, что первичная атмосфера состояла в основном из химически активных газов (прежде всего углекислого и сернистого), которые были постепенно поглощены литосферой планеты. Т.е. с Марса  они никуда не делись, вот только теперь  это не газы - а вполне кристаллические карбонаты, сульфиты и сульфаты.

[AlexAV]

Почему вы считаете, что раньше Марс утрачивал атмосферу и гидросферу, а с сегодняшнего дня он перестанет это делать, или будет делать на порядки медленнее?

Гидросфера похоже не столько исчезла, сколько замёрзла. Воды на Марсе и сейчас полно.

А газы – поглощены литосферой. Если бы атмосфера исходно состояла из более инертных газов – ничего бы с ней не случилось (азота там похоже никогда не было много, а углекислый и сернистый газ постепенно взаимодействуют с корой).

[AlexAV]

Наверное 3,9*1018

3.9 10¹⁸ кг = 3,9 10¹⁵ т

[AlexAV]

То есть титан потерял 300 земных атмосфер! Одна из причин конечно, более низкая гравитация, но мне кажется это не единственная причина.

Скорее дело не в малой гравитации, а в Сатурне, точнее его мощной магнитосфере. В системе отсчёта Титана магнитное поле Сатурна создаёт достаточно сильное индукционное электрическое поле, которое ускоряет ионы из ионосферы спутника и выбрасывает их из атмосферы. Естественно попутно ускоренный ион в результате столкновений может выбросить ещё и какое-то количество нейтральных молекул. Т.е. чисто не тепловой механизм.

[AlexAV]

Раньше давление атмосферы прывашало 1 Атм. Углекислота никуда деться не могла - только замерзнуть.

Не только. В присутствии воды он ещё в карбонаты связывается. Собственно на земле количество углекислого газа захороненного в карбонатах на много порядков больше, чем то что есть в атмосфере (если гипотетически высвободить углекислый газ оттуда получится приблизительно столько же, сколько на Венере сейчас). Если на Марсе в прошлом была жидкая вода - этот процесс тоже должен был бы идти.

[AlexAV]

А что странного, в каждую секунду с Марса улетало предположительно 228 кг газа, которые уносили с собой 0.00002 вт/м2. и это длилось 100 млн лет. Сколько энергии унесла атмосфера за 100 млн лет?
Потери через излучение пока примем за константу.

Да не теряет Марс столько. Согласно прямым измерениям аппарата Марс-Экспресс только около 1 кг/с (http://grani.ru/Society/Science/m.77438.html).

[AlexAV]

Ну я и брал улетучивание первоначальной атмосферы земной плотности, да еще с запасом. Нынешняя разреженная улетает на два порядка медленнее.

Скорость диссипации атмосферы (до тех пор пока высока экзобазы много меньше радиуса планеты с одной стороны и она не совпадает с поверхностью планеты с другой) фактически не зависит от её плотности. Т.е. если бы на Марсе была атмосфера с давлением 100 кПа (т.е. также как на земле сейчас) скорость её диссипации практически не возросла бы и составляла бы тот же 1 кг/с.

[AlexAV]

Стало быть, неэкономно делать там атмосферу - улетучится всё равно. Нужно жить в жилых модулях или глубоких ямах, где давление сейчасошней атмосферы будет земным.

Вообще при современных темпах диссипации Марс способен держать атмосферу миллиарды лет. Т.е. они совершенно не объясняют столь плачевное состояние Марса сегодня (если предположить, что раньше он обладал намного более плотной атмосферой). Здесь должны были бы играть какие-то дополнительные факторы, существенные на ранних этапах его геологической истории. Может быть мощность солнечного ветра у раннего солнца была много интенсивнее чем сегодня, импакты сыграли свою роль или исходно атмосфера состояла преимущественно из активных газов (сернистого, углекислого) и была связана литосферой планеты.   

[AlexAV]

По вашему, можно принять стратегическое решение о воссоздании тяжелой (1 атмосфера) атмосферы на Марсе и её хватит на геологически обозримое время?

Не обязательно тяжёлой. Азотную и кислородную Марс тоже прекрасно будет держать. И хватит её не то что на обозримый срок, но и на геологически большой, миллиарды лет. Вероятно проблемы с солнцем начнутся раньше, чем с этой атмосферой.

Единственный вопрос.... Но как?

[AlexAV]

Теперь рассмотрим случай когда у нас есть термобаланс за счёт поглощения-излучения, но атмосфера не испаряется(даже водород). Ничего особенного, низкоэнергетическое(кинетически) вещество внизу(вода-камни)- высокоэнергетическое(кинетически) вещество вверху(газ) Всё в порядке. Теперь начинаем создавать приток тепла превышающий способность атмосферы к излучению. Атмосфера начинает "разгоняться" энергетически, и атомы(молекулы) газа преобретают энергию достаточную для преодоления гравитации, естественно эту энергию газ уносит с собой, но не только энергию выхода он уносит. Он уносит ещё и накопленную энергию, которая у него была запасена за много лет. Первым начинает испаряться водород и далее по списку. Таким образом испарение атмосферы отнимает не только энергию выхода, но и запасённую энергию, которая выделялась бы ещё некоторое время, после момента когда приток энергии стал = 0, за счёт конденсации газа.

Диссипация атмосферы хоть на Марсе, хоть на Земле или Венере вообще практически не влияет на её климат, также как и не влияет внутреннее тепло планеты. Никакой особо запасённой энергии за миллионы лет в атмосфере тоже нет. Её температура всецело определяется текущим балансом притока солнечной энергии и её переизлучением в космос.

Для парниковой атмосферы, малопрозрачной для ИК, этот баланс будет определять не температуру поверхности, а температуру тропопаузы. При этом солнечное излучение поглощается поверхностью планеты, а излучение в космос в основном с тропопаузы. Соответственно должен существовать тепловой поток от нижней тропосферы к верхней, а значит нижняя тропосфера будет всегда теплее тропопаузы. Чем ниже эффективная теплопроводность атмосферы (конвективная и лучевая) - тем больше будет эта разница. Это и есть парниковый эффект. Ничего мифического здесь нет. Физика явления очевидна. Любая атмосфера выполняет роль  "шубы" согревающей поверхность планеты.

Правда связь температуры с составом атмосферы достаточно сложна. Т.е. зависимость парникового эффекта от содержания парниковых газов далека от линейной (эффекты насыщения линий, различные обратные связи, существующие в атмосфере и т.д.). Но это уже совсем другой, более тонкий вопрос.

[AlexAV]

Дык за 100 млн лет остатки этого СО2 улетят в открытый космос.

Откуда вы эти 100 млн. лет взяли? Если бы характерное время удержания атмосферы было бы 100 млн. лет Марс бы сегодня не отличался бы от Луны. Там бы вообще никакой атмосферы не осталось бы. В реальности намного больше (по крайней мере для настоящей геологической эпохи, на ранних стадиях могло быть по другому).

[AlexAV]

Реально всё конечно намного медленнее и зависимость не линейная, а экспоненциальная.

На самом деле почти линейная (если экзобаза не совпадает с поверхностью планеты).

Ах вот вы про что. Да, с этим я согласен. Это так. Но это не для Марса. Потому как Марс, за точкой не возврата. Ему не поднять термобаланс за счёт собственных ресурсов.

И про Марс тоже. Общие принципы устройства атмосферы одинаковы, что для Земли, что для Венеры, что для Марса.

Ну растопите СО2 даже выпарите его из грунта, это почти однородная среда получится. Создадутся восходящие потоки такой силы что потащат тепло от поверхности прямиком в стратосферу. Где оно и будет излучено. Ну и естественно надо это всё подогревать, иначе верхние слои будут выпадать в виде снега из СО2, повышая альбедо планеты.

Солнце и будет греть.

Атмосфера просто растягивает переход тепла от недр, до излучающей поверхности и естественно переносит тепло с дневной стороны на ночную

Да забудьте вы о недрах. Они вообще на климат не влияют. Важен только баланс солнечного излучения и теплового излучения планеты, ну и процессы переноса излучения и тепла в атмосфере.

Вы откуда брать водород и гелий собираетесь?

Вообще-то их и земля не держит. Да и зачем они вообще?

Не удержалась атмосфера один раз, второго раза тем более не будет.

Не обязательно. На ранних стадиях могли быть факторы диссипации, которых сейчас нет или они слабее.

Просмотрите состав атмосфер планет СС, на предмет водорода. В чём мои выкладки противоречат наблюдениям?

Ну ни одна планета земной группы их в значимых количествах не содержит, в том числе Земля и Венера.

А вы Земную поверхность нагрейте изнутри градусов до 500(не знаю там как, урана в ядро накидайте позабористей или ещё какого нить хэвиметала), и посмотрите на климат.

Ни на одном теле солнечной системы ничего подобного нет. Случай сугубо гипотетический и к реальности отношения не имеющий.

[AlexAV]

Важнее он для растений. Но не чистый, а в виде соединений, например, аммиака. А этого добра в Системе, тоже, достаточно.

С кислородом проще. Даже везти ничего не надо, вода там точно есть. Вообще здесь можно предположить кстати вариант терраформирования для бедных. Если бы можно было создать фотосинтезирующий организм способный жить и размножаться на Марсе в современном виде, то для запуска процесса туда достаточно было бы доставить все несколько грамм спор .

Правда не факт, что это возможно хотя бы теоретически. Слишком уж там сухо (в плане наличия активной воды в атмосфере и грунте). А живой организм может приспособиться ко многому, но не отсутствию активной воды...