Mars' atmosfære

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk
Mars' atmosfære
2005-1103mars-full.jpg
Sammensetning
Karbondioksid 95,32 %
Nitrogen 2,7 %
Argon 1,6 %
Oksygen 0,13 %
Karbonmonoksid 0,07 %
Vanndamp 0,03 %
Nitrogenoksid 0,013 %
Neon 2,5 μmol/mol
Krypton 300 nmol/mol
Formaldehyd 130 nmol/mol
Xenon 80 nmol/mol
Ozon 30 nmol/mol
Metan 10,5 nmol/mol

Mars' atmosfære er relativt tynn og er sammensatt hovedsakelig av karbondioksid (95,32 %). Siden spormengder av metan ble oppdaget har det vært stor interesse rundt studiene av atmosfærens sammensetning,[1] som kan indikere tilstedeværelsen av liv på Mars, men som også kan være produsert av geokjemiske prosesser, vulkansk eller hydrotermisk aktivitet.[2]

Det atmosfæriske trykket ved Mars' overflate varierer fra rundt 30 Pa på toppen av Olympus Mons til over 1 115 Pa i dybdene i Hellas Planitia. Gjennomsnittstrykket ligger på 600 Pa, sammenlignet med jordens 101,3 kPa ved havoverflaten og en total masse på 25 terratonn sammenlignet med jordens 5 148 terratonn. Skalahøyden på Mars' atmosfære er imidlertid ca. 11 km, noe høyere enn jordens 7 km. Atmosfæren på Mars består av av 95 % karbondioksid, 3 % nitrogen, 1,6 5 argon og inneholder spor av oksygen, vann og metan, med en gjennomsnittlig molar masse på 43,34 g/mol.[3][4]Atmosfæren er ganske støvete, noe som gir himmelen på Mars en lys brun eller oransje farge sett fra overflaten; data fra Mars Exploration Roverne indikerer at svende støvpartikler i atmosfæren er ca. 1,5 mikrometer i diameter.[5]

Historie[rediger | rediger kilde]

Mars' atmsofære er antatt å ha endret seg i løpet av planetens levetid, og beviser antyder muligheten for at Mars hadde store hav for noen få milliarder år siden.[6] Som angitt i hypotesen om hav på Mars overstiger det atmosfæriske trykket ved overflaten på Mars bare et av trippelpunktene for vann (6,11 hektopascal (0,0886 psi)) i de laveste høydene; i høyereliggende områder kan van bare eksistere i fast- eller dampform. Årlig middeltemperatur ved overflaten er i dag mindre enn 210 K (−63 °C, -82 °F), betydelig lavere enn det som er nødvendig for å opprettholde flytende vann. Mars kan imidlertid ha hatt bedre forutsetninger for å beholde flytende vann på overflaten tidligere i sin historie.

Mulige årsaker til uttømming av en tidligere tykkere atmosfære på Mars inkluderer:

  • Katastrofal kollisjon av et legeme stort nok til å blåse bort en betydelig andel av atmosfæren;[7]
  • Gradvis erosjon av atmosfæren av solvinden;[8] og
  • Pågående fjerning av atmosfæren på grunn av vekselvirkning mellom elektromagnetiske felt og solvind.[7]
Solnedgang på Mars. Fotografert av Spirit ved Gusev-krateret, mai 2005.


Struktur[rediger | rediger kilde]

Mars' atmosfære er sammensatt av følgende lag:

  • Nedre atmosfære – et varmt område påvirket av varme fra svevestøv og fra bakken.
  • Midterste atmosfære – Mars har en jetstrøm som flyter i denne regionen.
  • Øvre atmosfære, eller termosfære – en region med svært høye temperaturer forårsaket av oppvarming fra solen. Atmosfæriske gasser begynner å deles fra hverandre i disse høydene snarere enn å danne den like blandingen som finnes i de lavere atmosfærelagene.
  • Eksosfære – vanligvis oppgitt å starte på 200 km og høyere. Denne regionen er hvor siste rest av atmosfæren fusjonerer inn i universets vakuum. Der finnes ingen klar grense for hvor atmosfæren ender; den bare svinner hen.

Sammensetning[rediger | rediger kilde]

Mars' tynne atmosfære, synlig i horisonten i dette bildet fra en lav bane.

Karbondioksid[rediger | rediger kilde]

Den største andelen av atmosfæren på Mars er karbondioksid (CO2). I løpet av en vinter på Mars befinner polområdene seg i kontinuerlig mørke og overflaten blir så kalt at så mye som 25 % av atmosfærens CO2 kondenserer ved polkalottene til fast CO2-is (tørris). Når polområdene igjen blir utsatt for sollys om sommeren sublimerer CO2-isen tilbake til atmosfæren. Denne prosessen fører til betydelige årlige variasjoner i det atmosfæriske trykket og den atmosfæriske sammensetningen rundt polene på Mars.

Argon[rediger | rediger kilde]

Sammenlignet med atmosfæren på de andre planetene i solsystemet er atmosfæren på Mars betydelig beriket med edelgassen argon. I motsetning til karbondioksid kondenserer ikke innholdet av argon i atmosfæren, og dermed blir den totale mengden argon i atmosfæren konstant. Imidlertid kan den relative konsentrasjonen på ethvert gitt sted endres ettersom karbondioksid beveger seg inn og ut av atmosfæren. Nyere satellittdata viser en økning av argon i atmosfæren over den sørlige polen om høsten, men som forsvinner igjen neste vår.[9]

Vann[rediger | rediger kilde]

Marshimmelen med skyer som inneholder vannholdig is

Utdypende artikkel: Vann på Mars

Andre aspekter av Mars' atmosfære varierer betydelig. Når karbondioksid sublimerer tilbake til atmosfæren i løpet av sommeren etterlater det spor av vann. Sesongvinder feier over polområdene med hastigheter som nærmer seg 400 km/t og frakter med seg store mengder støv og vanndamp som gir opphav til jordlignende frost og store cirrusskyer. Disse skyene av vannholdig is ble fotografert av Opportunity i 2004.[10] Forskere fra NASA som jobber Phoenix Mars-oppdraget bekreftet 31. juli 2008 at de hadde vann under overflaten ved Mars' nordlige polområde. Videre analyse av landingsfartøyet Phoenix vil bekrefte om vanne var flytende og om det inneholder organiske materialer som er nødvendig for liv.

Metan[rediger | rediger kilde]

Spormengder av Metan (CH4) på nivåer med flere nmol/mol (parts per billion, ppb) ble først rapportert i Mars' atmosfære av et team ved NASA Goddard Space Flight Center i 2003.[11][12] I mars 2004 antydet banesonden Mars Express[13] og bakkebaserte observasjoner fra Canada-France-Hawaii Telescope[14] tilstedeværelsen av metan i atmosfæren med en molfraksjon på ca. 10 nmol/mol.[15]

Fordeling av metan i atmosfæren til Mars i løpet av det som er sommertid på den nordlige halvkule

Fordi metan på Mars raskt vil brytes ned på grunn av kosmisk stråling,[trenger referanse] ultrafiolette stråler fra solen og kjemiske reaksjoner med andre gasser, nødvendiggjør den rapporterte vedvarende tilstedeværelsen i atmosfæren at det foreligger en kilde til å fylle på gass.[16] Nåværende fotokjemiske modeller kan ikke alene forklare hverken den raske opptreden eller forsvinningen av metan, eller dens rapporterte variasjoner i rom og tid.[17] Det har blitt foreslått at metan kan fylles opp av meteoritter som går inn i atmosfæren, men forskere fra Imperial College London har funnet at volumene av metan som frigjøres på denne måten er for lave til å opprettholde de målte nivåene av gassen.[18]

Metanet oppstår i bestandige søyler og profilene deres innebærer at metan ble løslatt fra atskilte regioner. Under den nordlige midtsommeren inneholdt hovedsøylen 19 000 tonn metan med en estimert kildestyrke på 0,6 kg per sekund.[19][20] Profilene antyder at det kan ha vært to lokale kilderegioner, den første sentrert nær 30 °N, 260 °W og den andre nær 0 °, 310 °W.[19] Det er anslått at Mars årlig må produsere 270 tonn metan.[19][21][22]

Forskning antyder at den impliserte nedbrytingstiden for metan kan være så lenge som ~4 år og så kort som ~0,6 år.[19][23] Denne nedbrytingstiden er kort nok til at den atmosfæriske sirkulasjonen kan opprettholde den observerte, ujevne fordelingen av metan over planeten. I begge tilfeller er nedbrytingstiden mye kortere enn tidsskalaen (~350 år) for fotokjemisk (UV-stråling) nedbryting.[19] Den raske nedbrytingen av metan antyder at en annen prosess må dominere fjerningen av atmosfærisk på Mars, og den må være mer effektiv enn nedbryting av lys med en faktor på 100x til 600x.[19][23] Denne uforklarlige raske nedbrytingen antyder også en svært aktiv fullstendiggjørende kilde.[24] En mulighet er at metan ikke blir konsumert i det hele tatt, men heller kondenserer og fordamper sesongmessig fra klatrater.[25]

Selv om metan kan stamme fra en geologisk kilde er mangelen på nåværende vulkanisme, hydrotermisk aktivitet eller søylestrømmer tegn som ikke støtter en geologisk forklaring. Levende mikroorganismer, som metanogener, er en annen mulig kilde, men det finnes ingen bevis for at slike organismer eksisterer noe sted på Mars. NASA og ESA planlegger å se etter ledsagergasser som kan antyde hvilke kilder som er mest sannsynlige;[26][27] i jordens hav har produksjon av biologisk metan en tendens til å være ledsaget av etan, mens vulkansk metan er ledsaget av svoveldioksid.[27]

De viktigste kandidatene til opprinnelsen til metan på Mars omfatter ikke-biologiske prosesser som reaksjoner mellom vann og steiner, radiolyse av vann og dannelse av svovelkis som alle danner H2 som så kunne generere metan og hydrokarboner via Fischer-Tropsch-syntesen med CO og CO2.[28] Det ble også nylig påvist at metan kunne produseres ved en prosess som involverer vann, karbondioksid og mineralet olivin, som er kjent for å være vanlig på Mars.[29] De nødvendige prosessene for denne reaksjonen (dvs. høy temperatur og trykk) eksisterer ikke på overflaten, men kan eksistere i jordskorpen.[30] For å bevise at denne prosessen forekommer må serpentin, et mineral-bi-produkt av prosessen, bli oppdaget. En annen mulig geofysisk kilde kan være klatrathydrater.[31]

Den europeiske romfartsorganisasjon (ESA) fant at konsentrasjonen av metan i Mars' atmosfære ikke var lik, men sammenfalt med tilstedeværelsen av vanndamp. I den øvre atmosfæren er disse to gassene jevnt fordelt, men nær overflaten er de konsentrert i tre ekvatoriale regioner, kalt Arabia Terra, Elysium Planitia og Arcadia Memnonia. Planetforsker David H. Grinspoon fra Southwest Research Institute mener sammenfall av vanndamp og metan øker sjansen for at metan er av biologisk opprinnelse, men han advarer om at det er usikkert hvordan liv kunne ha overlevd så lenge på en planet så ugjestmild som Mars.[12] Det har blitt antydet at grotter kan være de eneste naturlige strukturene i stand til å beskytte primitive livsformer fra mikrometeoroider, UV-stråling, solstormer og høyenergi-partikler som bombarderer planetens overflate.[32][33][34]

I motsetning til funnene beskrevet over konkluderer studier av Kevin Zahnle, en planetforser ved NASAs Ames Research Center, og to kolleger at «der er foreløping ingen overbevisende bevis for metan på Mars». De hevder at de sterkeste rapporterte observasjonene av gassen til dags dato er tatt ved frekvenser hvor forstyrrelser fra metan i jordens atmosfære er spesielt vanskelig å fjerne, og er dermed upålitelige. I tillegg hevder de at de publiserte observasjonene som sterkest indikerer metan på Mars også hevder at det ikke er metan tilstede på Mars.[35][36][37]

For å til syvende og sist bestemme proveniens av funnene av metan skal en fremtidig sonde eller landingsfartøy som inneholder massespektrometer sendes til Mars.[38] Innsatsen for å identifisere kildene til terrestriske metan har vist at målinger av forskjellige metanisotopologer ikke nødvendigvis skiller mellom mulige geologiske og biogene kilder, men overfloden av andre gasser som dannes samtidig, som etan (C2H6), i forhold til metan gjør det; overflodforholdet mellom mellom etan og metan er <0,001 for biogene kilder, mens andre kilder produserer nesten tilsvarende mengder metan og etan.[39]

Roveren til Mars Science Laboratory, som er planlagt å lande på Mars i 2012, vil kunne foreta målinger som skiller mellom de ulike typene av metan,[40] men selv om oppdraget er å fastslå mikroskopisk liv er kilden til metan, ligger disse livsformene sannsynligvis langt under overflaten, utenfor roverens rekkevidde.[41] Omløpssonden Mars Trace Gas Mission som er planlagt skutt opp i 2016 vil ytterligere studere metanisotopologer,[42][43] så vel som dens nedbrytingsprodukter som formaldehyd og metanol.

Potensial for bruk av mennesker[rediger | rediger kilde]

Utdypende artikkel: Ressursutnyttelse in-situ. Se også: Terraforming av Mars

Atmosfæren på Mars er en ressurs av kjent sammensetning, tilgjengelig ved enhver landingsplass på Mars. Det har vært foreslått at en menneskelig utforskning av Mars kunne bruke karbondioksid (CO2) fra atmosfæren til å lage rakettdrivstoff for hjemferden. Oppdragsstudier som foreslår å bruke atmosfæren på denne måten inkluderer Mars Direct-forslaget til Robert Zubrin og NASAs Design reference mission-studie. To store kjemiske traseer for bruk av karbondioksid er Sabatier-prosessen som konverterer karbondioksid i atmosfæren og og hydrogen (H2) for å lage metan (CH4) og oksygen (O2), og elektrolyse som bruker zirconiumdioksid-elektrolytt til å splitte karbondioksid til oksygen (O2) og karbonmonoksid (CO)

Se også[rediger | rediger kilde]

Referanser[rediger | rediger kilde]

  1. ^ David Tenenbaum (20. juli 2005). «Interplanetary Whodunit - Methane on Mars». Astrobiology Magazine (engelsk). NASA.   Del én av fire-delers serie
  2. ^ «Making Sense of Mars Methane» (engelsk). juni 2008. 
  3. ^ «Elemental composition of Mars' atmosphere» (engelsk). 
  4. ^ Seiff, A. and Kirk, D. (1977). «Structure of the atmosphere of Mars in summer at mid-latitudes». Journal of Geophysical Research (engelsk) (82(28)). s. 4364–4378. 
  5. ^ «Lemmon et al., "Atmospheric Imaging Results from the Mars Exploration Rovers: Spirit and Opportunity» (engelsk). 
  6. ^ «Gamma-Ray Evidence Suggests Ancient Mars Had Massive Oceans». Science Daily (engelsk). University of Arizona. Besøkt 13. oktober 2011. 
  7. ^ a b «Solar Wind Rips Up Martian Atmosphere». NASA Headlines (engelsk). NASA. Besøkt 13. oktober 2011. 
  8. ^ «The Solar Wind at Mars». Science @ NASA (engelsk). NASA. Besøkt 13. oktober 2011. 
  9. ^ Francois Forgot. «Alien Weather at the Poles of Mars» (engelsk). Science. Besøkt 13. oktober 2011. 
  10. ^ «Clouds» (engelsk). NASA (pressemelding). 13. desember 2004  . Besøkt 13. oktober 2011. 
  11. ^ Mumma, M. J.; Novak, R. E.; DiSanti, M. A.; Bonev, B. P.,. «A Sensitive Search for Methane on Mars» (engelsk). American Astronomical Society.  DPS meeting #35, #14.18
  12. ^ a b Michael J. Mumma. «Mars Methane Boosts Chances for Life» (engelsk). Skytonight.com. Besøkt 13. oktober 2011. 
  13. ^ V. Formisano, S. Atreya T. Encrenaz, N. Ignatiev, M. Giuranna (2004). «Detection of Methane in the Atmosphere of Mars». Science (engelsk), 306 (5702), s. 1758–1761. Bibcode:2004Sci...306.1758F. doi:10.1126/science.1101732. PMID 15514118. 
  14. ^ V. A. Krasnopolskya, J. P. Maillard, T. C. Owen (2004). «Detection of methane in the Martian atmosphere: evidence for life?». Icarus (engelsk), 172 (2), s. 537–547. Bibcode:2004Icar..172..537K. doi:10.1016/j.icarus.2004.07.004. 
  15. ^ ESA Press release. «Mars Express confirms methane in the Martian atmosphere» (engelsk). ESA. Besøkt 13. oktober 2011. 
  16. ^ Kazan, Casey (3. januar 2011). «Will Mars Be Our 'Rosetta Stone' in the Search for Life?». The Daily Galaxy (engelsk). Besøkt 13. oktober 2011. 
  17. ^ Michael Smith (10. september 2009). «Mars Trace Gas Mission Science Rationale & Concept» (ppt) (engelsk). NASA/GSFC. Besøkt 13. oktober 2011. 
  18. ^ Court, Richard; Sephton, Mark (8. desember 2009). «Life on Mars theory boosted by new methane study». Imperial College London (engelsk). Besøkt 9. desember 2009. 
  19. ^ a b c d e f Mumma, Michael J.; et al. (20. februar 2009). «Strong Release of Methane on Mars in Northern Summer 2003» (PDF). Science (engelsk), 323 (5917), s. ss. 1041–1045. Bibcode:2009Sci...323.1041M. doi:10.1126/science.1165243. PMID 19150811. 
  20. ^ Hand, Eric (21. oktober 2008). «Plumes of methane identified on Mars» (PDF) (engelsk). Nature News. Besøkt 2. august 2009. 
  21. ^ Vladimir A. Krasnopolsky (februar 2005). «Some problems related to the origin of methane on Mars». Icarus (engelsk), 180 (2), s. 359–367. doi:10.1016/j.icarus.October+1,+20055. 
  22. ^ «Planetary Fourier Spectrometer website» (engelsk). ESA, Mars Express. Besøkt 13. oktober 2011. 
  23. ^ a b Franck, Lefèvre; François Forget (6. august 2009). «Observed variations of methane on Mars unexplained by known atmospheric chemistry and physics». Nature (engelsk), 460 (7256), s. 720–723. Bibcode:2009Natur.460..720L. doi:10.1038/nature08228. PMID 19661912. Besøkt 13. oktober 2011. 
  24. ^ Burns, Judith (5. august 2009). «Martian methane mystery deepens». BBC News (engelsk). Besøkt 13. oktober 2011. 
  25. ^ Zahnle, Kevin; Richard Freedman og David Catling (2010). 41st Lunar and Planetary Science Conference (engelsk). Besøkt 13. oktober 2011. 
  26. ^ Rincon, Paul (9. juli 2009). «Agencies outline Mars initiative». BBC News (engelsk). Besøkt 26. juli 2009. 
  27. ^ a b Docksai, Rick (juli 2011). «A Chemical Mission to Mars». CBS (engelsk). Besøkt 13. oktober 2011. 
  28. ^ Michael Mumma (2010). «Astrobiology Science Conference 2010» (PDF) (engelsk). Goddard Space Flight Center. Greenbelt, MD, USA.: Astrophysics Data System. Besøkt 13. oktober 2011. 
  29. ^ Oze, C., M. Sharma (2005). «Have olivine, will gas: Serpentinization and the abiogenic production of methane on Mars». Geophys. Res. Lett. (engelsk), 32 (10), s. L10203. Bibcode:2005GeoRL..3210203O. doi:10.1029/2005GL022691. 
  30. ^ Rincon, Paul (26. mars 2009). «Mars domes may be 'mud volcanoes'». BBC News (engelsk). Besøkt 13. oktober 2011. 
  31. ^ Thomas, Caroline; et al. (januar 2009). «Variability of the methane trapping in Martian subsurface clathrate hydrates». Planetary and Space Science (engelsk), 57 (1), s. 42–47. Bibcode:2009P&SS...57...42T. doi:10.1016/j.pss.2008.10.003. Besøkt 2. august 2009. 
  32. ^ Accessing The Subsurface Of Mars On Near Term Missions (PDF) (engelsk). NASA. juni 2008. PMID NASA/CP–2008-214586. Besøkt 15. september 2009. 
  33. ^ Rincon, Paul (17. mars 2007). «'Cave entrances' spotted on Mars» (engelsk). BBC News. Besøkt 13. oktober 2011. 
  34. ^ Than, Ker (2. april 2007). «Possible New Mars Caves Targets in Search for Life» (engelsk). Space,com. Besøkt 13. oktober 2011. 
  35. ^ Zahnle, Kevin; Freedman, Richard; Catling, David (2011). «Is there Methane on Mars? Part II» (PDF) (engelsk). Lunar and Planetary Institute. Besøkt 13. oktober 2011. 
  36. ^ «Methane on Mars. Now you see it. Now you don't...». The Economist (engelsk). 29. desember 2010. Besøkt 13. oktober 2011. 
  37. ^ Zahnle, Kevin; Freedman, Richard S.; David C. Catling (2011). «Is there methane on Mars?». Icarus (engelsk), 212 (2), s. 493–503. Bibcode:2011Icar..212..493Z. doi:10.1016/j.icarus.2010.11.027. 
  38. ^ Nicholas M. Short, Sr., et al. «Remote Sensing Tutorial, Section 19-13a - Missions to Mars during the Third Millennium» (engelsk). NASA. Besøkt 13. oktober 2011. 
  39. ^ Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG MSO-SAG-2) (PDF) (engelsk). 2007. s. 16. Besøkt 13. oktober 2011. 
  40. ^ Tenenbaum, David (9. juni 2008). «Making Sense of Mars Methane». Astrobiology Magazine (engelsk). Besøkt 13. oktober 2011. 
  41. ^ Steigerwald, Bill (15. januar 2009). «Martian Methane Reveals the Red Planet is not a Dead Planet». NASA's Goddard Space Flight Center (engelsk). NASA. Besøkt 24. januar 2009. 
  42. ^ Rincon, Paul (9. juli 2009). «Agencies outline Mars initiative». BBC News (engelsk). Besøkt 26. juli 2009. 
  43. ^ «NASA orbiter to hunt for source of Martian methane in 2016». Thaindian News (engelsk). 6. mars 2009. Besøkt 26. juni 2009. 

Videre lesning[rediger | rediger kilde]

Eksterne lenker[rediger | rediger kilde]

Commons Commons: Mars' atmosfære – bilder, video eller lyd