Как Марс теряет воду — научное исследование с моделированием



    Когда в южном полушарии Марса наступает лето, то в его атмосфере открывается «окно», через которое водяной пар может подниматься из нижних слоев газовой оболочки планеты в верхние.

    Большую часть этого водяного пара ветры уносят на северный полюс Марса, где он оседает на поверхности в виде льда, однако некоторое количество водяного пара все же распадается и улетучивается в открытый космос, постепенно лишая красную планету запасов воды.




    Группа ученых (Дмитрий Шапошников, Александр Медведев, Александр Родин и Пол Хартог) из МФТИ (Московский физико-технический институт, Россия), Института космических исследований РАН (Россия) и Института исследований Солнечной системы им. Макса Планка (Германия) описала этот необычный марсианский круговорот и выброс в космос части водяных паров в своем исследовании, представленном в журнале Geophysical Research Letters.



    По расчетам ученых, много миллионов лет назад Марс был богат океанами, морями и прочими источниками воды. Однако, в течение всего этого долгого времени в верхних слоях атмосферы Марса работал своеобразный природный «насос», с помощью которого происходило обезвоживание красной планеты. На сегодняшний день на поверхности планеты осталось примерно до 20% водной структуры от изначального количества.

    В своем исследовании ученые воссоздали модель процесса потери воды Марсом и определили, что этот механизм все еще продолжает работать, причем его функционал подобен насосу. Компьютерное моделирование этого механизма показывает, как водяной пар преодолевает барьер холодного воздуха в средней атмосфере Марса и достигает более высоких слоев. Это, по мнению авторов научной работы, поможет понять, почему Марс, в отличие от Земли, потерял большую часть своей воды.



    Краткое описание исследования

    Миллионы лет назад Марс был планетой с обширной водной поверхностью, на нем текли реки и даже бушевали океаны. Но время шло, а природный механизм на планете потихоньку уменьшал водные запасы, сильно изменяя поверхность Марса до неузнаваемости.

    Сегодня на поверхности Марса можно найти очень немногочисленные участки с замерзшей водой, а в атмосфере водяной пар встречается лишь в следовых количествах. Таким образом, Марс, возможно, на данный момент потерял не менее 80 процентов своего водного запаса.

    Причина такой глобальной, а одновременно и долговременной водопотери заключается в том, что в верхних слоях атмосферы Марса солнечное ультрафиолетовое излучение расщепляет молекулы воды на водород (H) и гидроксильные радикалы (OH). А уже после этого процесса происходит безвозвратное улетучивание водорода в открытый космос.

    Измерения с помощью научно-исследовательских зондов на орбите Марса и космических телескопов показывают, что даже в настоящее время водяные пары на Марсе продолжают расщепляться и покидать планету таким образом.

    Но как и почему это стало возможно?

    Ведь средний слой атмосферы Марса, по аналогии с тропопаузой на Земле, должен практически блокировать такое убегание водорода, поскольку на высоте этого слоя обычно уже настолько холодно, что водяной пар превращается в лед.

    Чтобы получить ответ на этот вопрос российские и немецкие исследователи провели моделирование, которое раскрыло ранее неизвестный механизм, напоминающий насос.

    В их симуляции всесторонне описываются потоки во всей атмосфере, окутывающей Марс: от поверхности планеты до слоев на высоте 160 километров.

    Расчеты показывают, что ледяной средний слой газовой оболочки становится проницаемым для водяного пара два раза в день, но только в определенном месте планеты и в определенное время года (в определенной точке орбиты).

    Орбита Марса играет в этом процессе решающую роль: путь планеты вокруг Солнца, который длится около двух земных лет, намного более эллиптический, чем у Земли.

    В точке, ближайшей к Солнцу (примерно совпадает с летом в южном полушарии) Марс приблизительно на 42 миллиона километров ближе к нему, чем в самой дальней точке орбиты, поэтому лето в южном полушарии заметно теплее, чем в северном.









    Когда в южном полушарии Марса наступает лето, то в определенное время дня водяные пары могут локально подниматься с более теплыми воздушными массами и достигать верхних слоев атмосферы.

    Там воздушные потоки переносят газ к северному полюсу, где он снова охлаждается и оседает. Однако, часть водяного пара исключается из этого цикла: под воздействием солнечного излучения молекулы воды распадаются, а водород убегает в космос.

    Этот необычный гидрологический цикл усиливается еще одной особенностью Марса — огромными пыльными бурями, которые охватывают весь Марс с интервалом в несколько лет.

    Гигантское количество пыли, циркулирующей в атмосфере во время такой бури, облегчает транспортировку водяного пара в верхние слои атмосферы.

    Последние раз такие пылевые штормы произошли на Марсе в 2007 и 2018 годах, они также были всесторонне задокументированы орбитальными зондами.



    Ученые подсчитали, что во время пыльной бури 2007 года в верхние слои атмосферы Марса попало вдвое больше водяного пара, чем это происходит в спокойные для планеты времена.

    Поскольку частицы пыли поглощают солнечный свет и, таким образом, происходит их нагрев, то температура атмосферы на Марсе повышается.

    Полученная учеными из МФТИ и Института им. Макса Планка модель с беспрецедентной точностью показывает, как пыль в атмосфере влияет на микрофизические процессы, связанные с превращением льда в водяной пар.

    Графики и приложения к исследовательской работе:

    Рисунок 1. Вертикальный поток водяного пара



    Рисунок 1. Сезонные вариации по широтам зонально усредненного вертикального потока водяного пара, смоделированного с использованием усредненных данных по количеству пыли в атмосфере на разных высотах: 0, 30, 60, 90, 120 и 150 км. Положительные значения (восходящие потоки) показаны красным, отрицательные (нисходящие) потоки показаны синим.







    Таким образом, нас будут интересовать данные, в основном, в промежутке между Ls = 250◦ и 270◦.

    Escape of hydrogen atoms into space near the exobase varies by an order of
    magnitude seasonally, maximizing around southern summer solstice (solar longitude Ls ≈
    270◦)


    Обозначения на Рисунке 1 и Рисунках далее:

    ppmv (parts per million by volume) — это единица концентрации в миллионных долях по объему;

    Water vapor — водяной пар;

    Altitude — высота над уровнем моря;

    Latitude — широта;

    Ls — солнечная долгота (solar longitude);

    MY28 — Martian Year 28 (измерения во время 28-ого марсианского года);

    Basic dust scenario («основной» пылевой сценарий) — использованы усредненные данные по количеству пыли в атмосфере (на основе данных марсианского зонда MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution), автоматической обсерватории «Хаббл», спутника Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) — с прибора Mars Climate Sounder (MCS), прибора PFS – MEX (Planetary Fourier Spectrometer on board Mars Express), аппарата Mars Global Surveyor);

    Dust storm (пыльная буря) — использованы данные по количеству пыли в атмосфере в пыльной бури MY28.

    Рисунок 2. Концентрация и температура водяного пара



    Рисунок 2. Концентрация и температура водяного пара по высоте и широте, смоделированная с использованием усредненных данных по количеству пыли в атмосфере (графики в столбце слева) и в год пыльной бури MY28 (графики в столбце справа), все поля усреднены по зонам и за период между Ls = 250◦ и 270◦, где:

    a) водяной пар (темные контуры), водяной лед (белые контуры) и меридиональный поток водяного пара (линии со стрелками, цвет и толщина которых указывают вертикальное направление и величину ppmv соответственно);



    (b) то же, как на (а), но для пыльной бури во время MY28;



    (c ) график с температурой водяного потока для «основного» пылевого сценария;



    (d) то же, как на (с), но для сценария пыльной бури во время MY28, за исключением контурных линий, которые показывают разницу температур между (d) и (c ).



    Видно, что во время бурь концентрация водяных паров в верхних слоях больше, а их температура выше.

    Рисунок 3. Концентрация водяного пара на разных высотах и в разное время марсианских суток.

    Сол — это марсианские сутки. Они чуть длиннее земных и составляют 24 часа, 39 минуты, 35,244 секунды. Год на Марсе равен 669,56 «солам» или 686,94 земным суткам.



    Рисунок 3. Высотно-временное распределение отклонений от среднего значения для концентрации водяного пара (цветовые оттенки ppmv) и вертикальная скорость (на контурах, значения в м/с), по данным за период между Ls = 250◦ и 270◦ (координаты измерений — Lat 75S. Lon 0).

    Положительные значения вертикальной скорости соответствуют восходящим движениям.

    (а) «основной» пылевой сценарий:



    (b) то же, как на (а), но для пыльной бури во время MY28:



    Как видно, на втором графике в верхних слоях появляются больше окон с высокой концентрацией водяного пара с положительной вертикальной скоростью, которые образуют восходящие потоки далее в космическое пространство.

    Рисунок 4. Годовой водный цикл.



    Рисунок 4. Вертикальное распределение общего содержания воды (пар + лед), полученное:
    (а) и (с) — днем и ночью по данным прибора Mars Climate Sounder (MCS), который установлен на аппарате Mars Reconnaissance Orbiter (MRO);





    (b) и (d) — днем и ночью по данным из моделирования в исследовании.





    На графиках Рисунка 4 выше:

    — днем — это по данным в 15:00 дня по марсианскому времени;

    — ночью — это по данным в 03:00 ночи по марсианскому времени.

    На всех графиках Рисунка 4 значения по долготе и широте были усреднены.

    При обработки данных при моделировании выполнялось усреднение по местным временам в периоды 14:00–16:00 и 02:00–04:00.

    В заключении своей исследовательской работы авторы резюмируют, что атмосфера Марса более проницаема для водяного пара, чем земная, а раскрытый сезонный круговорот воды в значительной степени способствует продолжению функционирования природного механизма потери водных паров Марсом.
    Поддержать автора
    Поделиться публикацией
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 35

      +6
      Насколько я понял, краткий смысл статьи: Марс теряет воду, потому что когда в его Южном полушарии наступает лето, при испарении CO2 с его Южного полюса на высоту 90..150км поднимается много мелкой пыли, которая на широте 60 градусов и южнее нагревается солнечным светом и нагревает воздух. Это приводит к тому, что в полдень температура там поднимается до такой, при которой водяной пар не замерзает и не опускается в виде снега ниже, а поднимается до высоты 150 км, где уже не замерзает из-за низкого давления, а расщепляется солнечным ультрафиолетом.
      Соответственно, чтобы потеря воды прекратилась, нужно устранить глобальные пыльные бури. Это можно сделать разными способами:
      1) не допускать замерзания CO2 на Южном полюсе, подняв глобальную температуру или подсвечивая Южном полюс орбитальными зеркалами;
      2) очистить атмосферу от пыли, связав её увлажнением, укрупнением пылинок путём склеивания липкими веществами, стеклования дюн ядерными взрывами, покрытия дюн коркой водяного льда и затем крупным реголитом, сбора из атмосферы и захоронения в крупных кратерах;
      3) собирать пыль возле поверхности во время испарения CO2, например электростатически.
        +1
        Про стеклование всей поверхности планеты ядерными взрывами это вы мощно задвинули:) Один ядрён-батон может остекловать ну пусть пару гектар, хотя реальные взрывы давали след меньше сотки… Такое даже Маск не предлагал.:)
        Более реалистично выглядит выведение каких-нибудь специальных марсианских бактерий, которые покроют планету плотными бактериальными матами или неким аналогом земной почвы и в будущем могут стать едой для более сложной жизни.
          0
          Зачем же всей поверхности? Есть районы, покрытые дюнами из мелкой пыли, как раз в высоких широтах — и то нет смысла сплошняком, нужно только основной объём зафиксировать разными методами :) Тут некоторые предлагают углекислый газ из карбонатов взрывами добывать и полярные шапки испарять — по сравнению с этим стеклование пылевых дюн тонкой коркой — это так, мелкий побочный эффект. А вообще — если будет достаточно плотная атмосфера, и достаточно воды — возможно дожди просто смоют всю мелкую пыль с поверхности и потоки воды унесут её в большие водоёмы — то есть вообще ничего специально делать не понадобится.
          0
          А зачем так сложно? Когда будем отклонять ледяные астеройды из пояса и направлять на марс — все само устаканиться… планета получит воду, от бомбардировки разогреется атмосфера, дожди смоют и прибьют всю пыль, а там уже все зарастет растительностью, что пылить будет нечему. Хотя да… зеркала все же нужны будут, чтоб согревать планету после… можно конечно попробовать сыграть в боулинг и сместить орбиту марса ближе к солнцу, столкнув его с достаточно крупным камнем или несколькими камнями… но хз, что будет легче.
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              0

              Ну или можно просто теми же астероидами затопить всю поверхность Марса, создав там подобие водного мира.

                0
                В качестве шутки предлагаю уронить на Марс Энцелад. Воды хватит на целый океан. Правда он пробьет кору планеты и человечеству придется ждать много миллионов лет, когда Марс остынет.
                  0
                  зато это возможно повысит тектоническую активность планеты, может даже магнитосфера появится. Осталось доставить его от Сатурна
                0
                Мне кажется, что уже поздно задерживать воду. В статье же написано, что ее остались следовые количества, практически нечего уже задерживать.
                Мне интересно, как ее можно доставить обратно на Марс? Иначе ни о каком терраформировании не может быть и речи. У меня только догадки ронять на планету ледяные кометы. Но тогда рано там строить базы, которые могут быть под угрозой от такой бомбардировки.
                  0
                  так марс никому и ненужен, для жизни он непригоден — зачем кому-то промороженный кусок камня, без ресурсов и далеко от земли. У нас есть луна, которая полностью удовлетворит все потребности в ресурсах и пустотном строительстве, в отличии от марса А марс это исключительно блаж — колония там себя никогда не окупит.
                  Вот когда у нас не останется стран и будет наконец глобальное правительство, способное целенаправленно вести социальные мегапроекты — только тогда можно будет терраформировать Марс. Потому как других вариантов применения, кроме как дополнительное место для проживания избытка человеков — он не имеет.
                  Воды кстати там хватает, но она почти все под землей и в полярных шапках. (там где она образовал лед и не может испариться) Если подогреть Марс до 20 градусов, то внезапно и реки появятся и моря обозначаться… не океаны конечно, но тоже не слабо.
                    0
                    Так ведь если маркс заполнить водой, то к жизни он станет в какой-то мере пригодным, и возможно существовать там можно будет?
                    Меньше пыли и бурь, больше возможностей для выработки энергии от солнечной энергии, достаточно воды для заведения и поддерживания жизни в какихнибудь теплицах. Тоесть необходим определенный уровень начальных ресурсов, а дальше их, возможно, получится найти и на планете?
                    Больше проблема в доставке, мне кажется все эти колонии даже на луне просто нереалистичные, мы(человечество) пупок надорвем столько энергии найти, да и вообще материала пригодного в качестве ракетного топлива. А о путешествиях в другие системы и речи быть не может, к сожалению.
                      0
                      Эмм. Не. Луна и сейчас уже экономически рентабельна в освоении. И тут самое важное, что она близка к земле, у нее низкая гравитация, есть вода, есть металлы, есть солнечный свет.
                      То есть топливо для ракет можно производить там. Да и нужно оно главным образом чтоб взлететь с земли. То-есть уже сейчас вполне реально и относительно недорого собрать небольшой заводик, который бы заправлял челноки кислородом/водородом на луне и отправлял их к земле — это в разы дешевле, чем поднять топливо такой же массы с земли. Организовать регулярные рейсы луна-земля за счет топлива с луны и потихоньку тягать туда оборудование для производства металлоизделий — для постройки корпусов станций и кораблей — большая разница, когда с земли подымают модуль в сборе или только его высокотехнологичную начинку, которую устанавливают уже на орбите — ее вес в десятки раз меньше веса модуля. Да и можно будет наконец лепить огромные конструкции, которые с земли поднять вообще невозможно.
                        0
                        Тоесть, единоразово (не за одну отправу, а для постройки стартовых мощностей) заправить необходимыми ресурсами луну, построить там линейку заводов и добывающих предприятий, которые добывая ресурсы, на месте, из них же, делали бы одноразовые вагоны и слали их на землю забивая полезной нагрузкой? Так чтоли?
                        А всякие хим.элементы расходные получится на ней же добывать? Неужели прямо полностью автономные заводы можно организовать?
                          0
                          Да, нужные хим элементы там есть. То есть если говорить о легирующих добавках в металл, то их возможно проще доставить с земли, благо надо их немного. А так кислорода и кремния там навалом, есть люминь, железо, титан, хром и тд. То-есть да, можно создать заводы, которые с помощью тонкопленочных зеркал и высокой температуры (получить в фокусе 6-10к градусов, задача весьма тривиальная, атмосферы там нет и гравитация не мешает) будут разделять горные породы луны на необходимые элементы.
                          Сложное производство там смысла не имеет, но вот корпуса для кораблей и станций там делать гораздо выгодней — масса компонентов почти не ограничена. Есть металлы для корпуса и кремний для теплоизоляции. И вывести на орбиту цельный объект массой в 1000 тонн вполне реально, в отличии от земли.
                          Кстати с Луны на Землю если что и попадет, то разве что гелий3 (хз сможем ли мы его использовать когда-то) все остальное, добытое на луне, будет оставаться в космосе, потому как на земле ресурсы добыть гораздо дешевле, чем возить с луны, тут именно проблема с выводом полезной нагрузки в космос из-за гравитации Земли. С Земли будут поднимать только высокотехнологичные элементы конструкции и пассажиров — это вполне рентабельно.
                          Тут правда еще вопрос Цели. Если строить лунную базу просто так, для Земли — то она себя не окупит вообще никак. На луне нет ресурсов, которые были бы нужны земле в таких количествах, чтоб окупить постройку лунной базы. Для добычи гелий3 база особо то и ненужна. Зато вот для доступа к астероидному поясу без лунной базы и масштабного пустотного строительства — никак, а вот в поясе уже есть то, ради чего стоит стоить базу на луне и корабли.
                          0
                          Эм, а можно про экономическую рентабельность Луны подробнее? Я что-то пропустил?
                        0
                        Вообще, наличие полярных ледяных шапок естественно для планет с водой. У нас тоже с нашим относительно теплым климатом они есть Арктика и Антарктика. И на Марсе их наличие будет естественно даже при подогретом климате. Но все равно на Марсе воды не хватает чтобы заполнить атмосферу паром и создать моря.
                          0
                          Здесь важно не наличие полярных шапок, а то, что одна из них очень интенсивно испаряется летом, поднимая большое количество пыли очень высоко. То есть ледяные шапки не дадут такого эффекта, а толстый слой замёрзшего углекислого газа с вмёрзшей в него пылью — даёт.
                        0
                        Запасов воды на Марсе мало, очень мало — по оценкам 60-80 млн.куб.км. Всего в 3000 раз больше озера Байкал или другими словами в 15-20 раз больше чем объем Средиземного моря или в три раза больше чем объем Северного ледовитого океана.

                        Ну и если растопить все запасы льда там, то всю поверхность Марса можно покрыть водой глубиной всего то метров 24-30. Ну тоесть всего ничего… буквально мизер…
                          0
                          Вообще-то пятая часть исходного количества воды — это довольно много. Есть гипотезы, что в Северном полушарии под песками — целый замёрзший океан. Если обеспечить условия для существования жидкой воды — возможно в некоторых районах смогут жить растения. Но при этом большая часть поверхности останется пустыней. И пылевые бури хоть и ослабнут, но продолжатся, а вода будет теряться больше чем сейчас, потому что её будет больше в атмосфере.
                          Можно ронять кометы, и там не только вода, что тоже хорошо. А можно пробить кору, вызвать крупномасштабный вулканизм — в вулканических газах на Земле тоже есть вода. Вопрос в том, сколько воды удастся добавить — возможно, этого будет недостаточно чтобы осадить пыль. Базы нужно строить чтобы изучить Марс — это и для терраформирования поможет — ведь сейчас толком неясно что будет если уронить на Марс что-то крупное. И вообще нехорошо курочить целую планету, не исследовав её хорошо перед этим — ведь исследование даст понимание устройства множества экзопланет, которые похожи на Марс, нынешний или в прошлом. И время для терраформирования ещё не пришло, для начала Марс можно использовать для создания внеземной промышленности, освоения Солнечной системы.
                            0
                            Ронять кометы? А поможет?
                            Просто всегда слышу что, на Марсе был океан и много воды, потом она исчезла. Также на Марсе есть огромный ударный кратер Эллада. И у меня постоянно гложет мысль, а не удар кометы/астероида испарило всю воду и атмосферу, остановив тектонические процессы и охладив мантию Марса.
                              0
                              Как падение крупного небесного тела может остановить тектонические процессы? Наоборот, оно их активизирует. Марс просто меньше Земли, поэтому остыл быстрее, кора стала слишком толстой, и тектоника и вулканизм остановились. Пока они были — утечка атмосферы постоянно восполнялась за счёт дегазации недр, а когда закончились — атмосфера истоньчилась. С водой, конечно, может быть и иначе, но вроде бы современные данные этого не подтверждают.
                                0
                                вас гложет это не зря: на марсе есть следы единовременной массовой бомбардировки половины планеты: считается что на него упал один из спутников. Кстати падение Фобоса на марс тоже произойдёт — примерно через 43 миллиона лет.
                                Так что ударов атмосфера наоборот вскипела — и в следствие этого улетучилась, а когда ударная зима утихла — моря ( если такие ещё оставались ) замёрзли и их укрыла осевшая пыль.
                                Марс красной планетой стал не просто так — он весь покрыт пылью оксидов — результата горения — скорее всего атмосфера была или уже богата кислородом который просто сгорел, или кислород выделялся от массовой бомбардировки кусками спутника.
                                  0
                                  Сейчас вряд ли какая бомбардировка повредит Марсу, сдувать с него уже нечего.
                          +1
                          Фундаментальная причина, как кажется, всё равно в том, что Марс просто маленький, со слабой гравитацией. Соответственно, молекулы и улетучиваются. А этот «насос», скорее, только деталь общего механизма.
                            0
                            Ну технически даже Земля неспособна удерживать своей гравитацией такие лёгкие газы как гелий, водород и особенно атомарный водород, т.е. обычная тепловая скорость их молекул выше первой космической. Поэтому водорода и гелия в земной атмосфере практически нет.
                            0
                            Это кстати объясняет, как так случилось, что ещё при динозаврах, т.е. по меркам геологии буквально вчера, на Марсе шумели океаны, а потом бац — и он резко высох.
                              0
                              Я не понял, о какой атмосфере речь? Той, которая сейчас (которой почти нет), или о той, которая была миллионы лет назад, скорее всего более плотная, во времена намного более сильной влажности и океанов?
                                0
                                Наиболее интересно оценивать Марс в сравнении с Землей и Венерой. На жизнеспособность атмосферы (не теперешней, а начальной) влияет одновременно и гравитация и плотность планеты, плюс химический состав и удаление от источника энергии. На зантиях я показываю зависимости на изолированных моделях, а потом на их частичном синтезе.

                                Так только низкая гравитация не была бы столь критична для Марса, если бы у него была бы выше плотность, хотя бы как у Венеры. Если гравитация интегрально влияет на массу атмосферы, то плотность планеты влияет на коэффициент логарифмического графика ее распределения — чем плотнее планета, тем большая масса атмосферы «прижата» к поверхности планеты (характеризуется по ГОСТУ т.н. «шкалой высоты»).

                                Другое противоборство моделей — взаимодействие шкалы высот и удаленности от Солнца. Чем выше плотность планеты, тем на меньшей высоте от ее поверхности наступает разряженность, и когда свободный пробег уже высок (экзобаза), то уже мало что может помешать молекуле (получая энергию от Солнца и почти не теряя ее от соударений) постепенно разогреваться и покинуть планету. Единственный шанс, что находящиеся «снизу» слои «подморозятся», давление несколько снизится — тогда нижним слоям все еще нужно будет для улета иметь 0,2 (среднеквадратично) от второй космической, но поднимаясь вверх к экзобазе они нарушат постепенный разгон верхних молекул и снизят суммарный отток.

                                А вот у Венеры ситуация намного интереснее — поверхность горячее Меркурия, но экзобаза сильно охлаждается — причем оба процесса имеют единую природу, тот самый парниковый эффект. Углекислый газ, нагреваемый Солнцем вторично излучает уже в измененном спектре, но сам при этом охлаждается — в итоге поверхность перегревается, а вышестоящие слои сильно охлаждаются, а вовсе не греются.

                                Так что единственный реальный параметр, на который хоть как то можно повлиять при терраформировании Марса — молекулярный состав. Газы будут неизбежно иметь относительную «слоистость», поэтому в качестве «наполнителя» придется использовать не азот, а что то потяжелее (но не сильно тяжелее углекислого газа), чтобы «приподнять» парниковый щит и позволить поверхности нагреться. Ну, а выше 44 г/моль уже не подходит одноатомный аргон. Криптон же слишком тяжел, кислород порциально совсем вытеснится.
                                В этом и проблема Марса — вытеснить углекислый газ, но не вытеснить кислород методологически трудно осуществимо. А внутреннего тепла у Марса нет, поэтому парниковый щит поднимать однозначно пришлось бы.
                                  0

                                  И что же это за газ должен быть?

                                    0
                                    Если бы ответ был прост, то существовала бы хотя бы одна модель приемлемой для человека на Марсе атмосферы. Человек сразу вносит температурные ограничения, получается скудный выбор для газов — галогены исключаются из-за избыточной активности, 8 группа легка, ее и Земля не может удерживать, остаются или какие то летучие оксиды, или пытаться найти баланс «растворения» газа в газе пои приемлемых температурах, когда один из них удерживает другого. Плюс контролировать баланс воды и газов, способных удерживать водяные пары (по факту, сейчас на Марсе не может при этом давлении в открытой среде быть жидкой воды, тройная точка 0,01 по Цельсию, вода из твердого состояния практически сразу переходит в пар). Но это уже ювелирная работа с постоянным контролем состава, конечно не наш технологический уровень, простыми взрывами тут ничего не достичь.

                                    А с Венерой кажется попроще — уж загадить то атмосферу всяко можно))) Если аэрозолями отражать часть света, то поверхность сразу потеряет градусов 200-250, что позволит осадить тяжелые газообразные жидкости — а это по циклам приведет к снижению плотности атмосферы, «опусканию» части углекислого газа и понижению температуры еще градусов на 120-140. В итоге, даже если потом аэрозоль из атмосферы удалить, можно достичь средней температуры поверхности градусов 60. Не рай конечно, но для существования достаточно. Правда две проблемы — кислород все же будет утекать, но быстро, но относительно Земли все же ощутимо, или же продолжать поддерживать небольшое загрязнение верхних слоев. Вторая проблема посерьезнее — время. На Земле «осаживание» тяжелых жидкостей и поглощение их простейшими заняло десятки миллионов лет минимум даже на этапе логарифмического роста популяций простейших, а уже в эпоху пресмыкающихся видимо и легкие газообразные жидкости осаживались минимум сотни тысяч лет (предположительно отсюда и многие фантазии про «меньшую гравитацию когда-то», более вероятно, что скорее была выше температура и плотнее атмосфера).
                                    Хватит дли у человечества терпения? хотелось бы конечно верить, но никто из живущих сейчас этого точно не узнает, не тот масштаб времени.
                                      0

                                      Вы упоминаете, что кислород будет убегать, почему?

                                        0
                                        Чем выше плотность планеты, тем большая часть массы атмосферы прижимается к поверхности. Это легко проверить геометрически, но можно и опираться на барометричку.
                                        попробую урезанно проиллюстрировать: Давление пропорционально давлению у поверхности на экспоненту: P=P0*EXP(-M*g*dh/(R*T))При этом g=G*M/((r+h)^2).
                                        Если построить графики для планет разной плотности но равной массы, то при условном удержании равной массы атмосферы, начальное давление у поверхности будет выше у планеты с большей плотностью (соответственно планета с меньшим радиусом). Это обусловливает так называемый «шаг», показатель экспоненты.

                                        Далее упрощенно смотрим порционное давление смеси газов — чем меньше М (молекулярная масса) газа, тем выше он поднимается, так как у него растет средняя квадратичная скорость. V=sqrt(3*P/(n*m))=sqrt((3*P*v)/m) или sqrt(2*Ek/m), если через энергию.
                                        Легче всего молекулы водорода, они поднимутся выше всех. Потом гелий, азот, водяные пары, кислород, ниже всех углекислый газ. Это если брать «мертвую» систему, без регулятора и взаимодействия газов. В условиях биосферы конечно эта пропорция ломается, и более тяжелый углекислый газ у земли замещается кислородом, а на каком то удалении формируется тепловой «щит». Если биосферы нет, то кислород всегда выше углекислого, а еще более легкие еше выше и пытаются подняться к уровню экзобазы. Если их скорости превысят 0,2 от второй космической данной высоты, то газ планетой теряется.

                                        Если очень сильно упростить, то можно оценить разницу у удержании планет. Гипотетически достижимая температура экзобаз (условных экзобаз «усредненного» газа): 1930 у Венеры, 1000 у Земли, 444 у Марса (это если опираться на доходящую энергию солнечного света).
                                        Тогда если считать для кислорода, получим отношение ср.квадратичную скорости кислорода у баз планет к пороговой скорости убегания — 1226 (порог 2044, то есть 0,2 от 2 космической Венеры на высоте экзобазы), у Земли — 883 (порог 2240), Марса 588 (порог 1000).
                                        Конечно это очень упрощенная линейная модель атмосферы, поэтому и получилось так грубо, но для наглядности достаточно — отношение скорости у порогу 0.6, 0.4, 0.6. Тут видно, что у Земли идеально, а Марс и Венера примерно одинаково.
                                        Но тут начинаются тонкости с температурой экзобаз. Венера плотнее Марса и прекрасно удерживает углекислый газ, который из-за близости Солнца греет поверхность (горячее Меркурия), но сильно охлаждает экзобазу (раза в два). Тут все логично — интегрально по спектру суммарное тепло от солнечного света сохраняется, поверхность перегревается, верх охлаждается, и избытки излучаются в другой части спектра уже с поверхности.
                                        А вот у Марса плотность ниже, поэтому даже углекислый газ поднимается на большую высоту, а кислород (условно, реально слоев конечно нет) вытесняется еще выше. Солнечной энергии не хватает для эффективного парникового эффекта (и нет более тяжелых газов под углекислым, что позволило бы греть поверхность от «бани»), в итоге газ не совершает работу по нагреву нижних слоев, а греет верхние, что поднимает их еще выше.
                                        Вот так и выходит, экзобаза Венеры холоднее теоретически возможной, а Марса — горячее. Это и есть тот самый «приговор» для долгосрочных планов на Марсе.

                                        Получилось несколько упрощенно, но это скорее тезисы, чем полное описание процессов. Реально модели достаточно сложны и вопрос только в том, где именно допускаются упрощения, так как полностью учитывать не получится. Например, если смотреть «классику Земли», то солнечный свет заставляет распухать солнечную сторону атмосферы и сжиматься теневую, а сдерживающее магнитное поле работает в противофазу — солнечная сторона сжата, теневая распухшая. Это опять же упрощенно, но получается примерно как два противоположных овоида, хотя и они не симметричны (набегающая сторона атмосферы не успевает греться и несколько уплощена).

                                        Вот и получается — чем глубже лезть, тем толще партизаны ))) Но общую тенденцию можно уловить и на упрощенных моделях с учетом их взаимного влияния
                                          0

                                          Спасибо, что не поленились писать такой объемный и доходчивый ответ.
                                          Получается, что сначала легкий светоотражающий аэрозоль, потом одноклеточные зверушки, и тогда, возможно, для существ, которые в ходе эволюции ведутся из хомосапиенсов, появится окно чтобы поселиться на Венере, пока Солнце не решит стать красным гигантом.

                                            0
                                            Да, примерно так, и главный противник тут конечно время. Простейшие сначала будут плодиться по экспоненте, поэтому примерно треть тяжелых газов нижних слоев атмосферы получится осадить очень быстро, за какие то 20-30 лет, а вот дальше процесс резко замедлится и растянется как минимум на тысячи лет, только тогда появится относительно спокойная среда для того, чтобы начинать формировать первые стартовые разнородные цепочки биомассы. А до тех пор придется постоянно корректировать условия, иначе даже простейшие могут погибнуть. Хотя, новый мир конечно стоит подобных затрат времени и средств. Хватит ли только у человека терпения и получится ли избежать ошибок при этом
                                  0
                                  Почему-то никто ещё не предложил защитить поверхность от ультрафиолета (улетает ведь не вода в чистом виде, а образованный из-за солнечной радиации водород). Предлагаю создание озонового слоя, а ещё лучше — распыление в верхних слоях атмосферы не пропускающего ультрафиолет аэрозоля.

                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                  Самое читаемое