Який вітер на Марсі. Чи можна передбачити пилові бурі на Марсі? Проблеми сонячної енергетики

Пилові бурі проносяться над поверхнею Марса щороку. Іноді вони розростаються настільки, що приховують планету з уваги. Це може поставити майбутніх колоністів в скрутне становище: деякі бурі можуть тривати по кілька місяців, затуляючи собою сонячне світло і позбавляючи сонячні батареї джерела енергії. В даний час точного способу прогнозування подібних бур немає, але за розрахунками вчених протягом найближчих місяців на Червоній планеті вируватиме найсильніший запорошений шторм, і якщо це дійсно станеться, то в майбутньому відслідковувати катаклізми буде набагато простіше.

Швидше за все, глобальні пилові бурі відбуваються тоді, коли Марс виявляється найближче до Сонця. За словами Джеймса Ширлі, астронома з Лабораторії реактивного прискорення НАСА і автора статей про дослідження марсіанських штормів, чим сильніше нагрівається пил в атмосфері, тим швидше вона рухається, так що це цілком логічно. Іноді стовп пилу піднімається в атмосферу на 60 кілометрів (для порівняння, висота Евересту становить всього 8,848 кілометрів). Прогнозування подібних штормів ускладнюється в першу чергу тим, що нам про них відомо дуже небагато. «З одного боку, вони не повинні відбуватися зовсім, а з іншого - пилові шторми повинні тривати постійно, оскільки Марс добре освітлений Сонцем і сильно нагрівається під його променями. Причини того, чому бурі виникають періодично і нерегулярно, нам поки не відомі », говорить Ширлі.

Пилова буря може перешкодити не тільки роботі космонавтів на самій планеті, вона може просто не дати човнику приземлитися на Марс. Коли атмосфера нагрівається і пил починає рухатися, вона не тільки погіршує видимість і приховує зону посадки (через що корабель запросто може приземлитися, наприклад, в ущелині), але і викликає нагрівання обшивки через тертя, що може негативно позначитися на роботі систем корабля. Як би там не було, швидкість вітру в величезних запорошених штормах нижче, ніж на Землі: атмосфера Марса набагато тонше земної, і вітер не розвиває швидкість вище 90-120 км / ч. До того ж, через розрідженій атмосфери навіть найшвидший ураган буде відчуватися як вітер зі швидкістю приблизно 16 км / год на Землі, як пояснює Стів Хоффман, аерокосмічний інженер в Космічному центрі Джонсона НАСА. «Такий вітер не перекине ні космонавта, ні ракету», говорить він. Проте, велика буря може засмітити щілини в обшивці корабля і техніки сміттям, залишити сонячні батареї без джерела енергії і таким чином завдати серйозної шкоди роботі космонавтів і марсоходів. Наприклад, ровери Spirit і Opportunity, що потрапили в запорошений шторм в 2007 році, чекали тижнями, маючи можливість заряджатися лише протягом декількох хвилин в день, коли буря слабшала і небо ненадовго прояснялося.

Те, як добре астронавти зможуть підготуватися до бурі, залежить від ступеня їх інформованості. Чим раніше вдасться передбачити прихід бурі, тим більше у них шансів мінімізувати наслідки її руйнівної діяльності. Однією з можливих стратегій може стати перехід на альтернативні джерела енергії. Марсохід Curiosity, наприклад, використовує радіоізотопні систему харчування, отримуючи енергію з плутонію. Непоганий ідеєю може виявитися розщеплення води на водень і кисень, але, на жаль, водень вибухонебезпечний, а плутоній радіоактивний, так що жоден з цих методів не виглядає в очах НАСА особливо привабливим, коли мова йде про експедицію з живими людьми. Крім того, є ще одна небезпека: марсіанська пил містить токсичні перхлорати і персульфати, які можуть проникнути в костюми (пил дуже дрібна, тому малоймовірно, що навіть на борту човника астронавтам вдасться повністю уникнути контакту з нею тим чи іншим шляхом). «Будь-які люки, повітроводи, що обертаються деталі костюма і щілини можуть стати воротами для пилу, що може привести до банального механічного зносу обладнання», ділиться своїми побоюваннями Хоффман.

У минулому році Джеймс Ширлі досліджував те, як обертання Марса навколо центру сонячної системи може бути пов'язано з виникненням пилових бур. Може здатися дивним, але центром системи не завжди є Сонце, хоча світило і не віддаляється від нього. Пріятженіе планет іноді захоплює за собою зірку, тому вона перебуває в постійному русі. В цей процес залучений і Марс, і вчені вважають, що саме наближення і віддалення планети від Сонця і змушує атмосферу то нагріватися, то охолоджуватися, чому бурі відбуваються з періодичної частотою. Вони змоделювали планетарні цикли руху пилу і переконалися, що вісім з дев'яти великих пилових бур, які відбувалися за останнім часом, Приблизно відповідали очікуваним прогнозам. Це знання допоможе не тільки космічним експедиціям, але також може виявитися корисним і для земних умов: Ширлі впевнений, що, вивчаючи фізичні явища на Марсі, вчені зможуть співвіднести їх зі схожими процесами на Землі.

На протязі ось вже більше ста років письменники-фантасти з усього світу намагаються представити те, на що була б схожа життя космонавтів на Марсі. Але, у міру того як людство стає все більше і більш обізнаним про марсіанських умовах, опис життя на Марсі наукових фантастів стають все більше реалістичними. З недавнього - фільм «марсіанин», в основі якого лежить науково-фантастичний роман Енді Уіра. Головний герой «Марсіанин» в силу непередбачених обставин залишається один на червоній планеті і починає боротьбу за виживання. А на початку XX століття американський автор Едгар Райс Берроуз вже марив подорожами на Марс. Справедливості заради варто сказати, що червона планета настільки захоплювала людей, тому про неї випустив серію оповідань навіть знаменитий богослов і автор фентезійних історій Клайв Стейплз Льюїс. Саме він створив цикл «Хроніки Нарнії».

Подання художника про те, як пилова буря на Марсі насувається на дослідницьку станцію. Такі явища на червоній планеті цілком можуть супроводжуватися розрядами атмосферної електрики. Джерело: NASA

Роман «марсіанин» починається з величезної піщаної бурі, яка пошкоджує передавальну антену і частина устаткування, через що вигаданий персонаж Марк Уотні залишається на Марсі, в той час як інші учасники місії відлітають, вважаючи його загиблим. Такий розвиток подій виглядає дуже правдоподібним, оскільки Марс зн Амен своїми дуже активними піщаними бурями, які іноді стають такими великими, що їх можна спостерігати в телескопи на Землі.

«Щороку на Марсі виникають помірно великі піщані бурі, які покривають області розмірами із земною континент і тривають протягом тижнів після свого утворення. Але приблизно кожні три марсіанських року (5.5 земних років) звичайні урагани перетворюються в гігантські шторми, які здатні огорнути всю планету », - Майкл Див ит, планетолог з Центру космічних польотів НАСА.

Вчені вважають малоймовірним те, що навіть планетарні піщані бурі на Марсі будуть в змозі привести до тяжких наслідків. Навіть найсильніші вітру, які в цей час дмуть, не зможуть зруйнувати або навіть перекинути спеціально розгорнутий механічне обладнання. Вітер в найсильніших марсіанських ураганах досягає швидкостей приблизно ста кілометрів на годину, це більш ніж наполовину слабші швидкостей деяких ураганів на Землі. Саме тому зосереджуватися тільки на швидкості вітру не варто. щільність атмосфери Марса становить приблизно один відсоток плставитесь атмосфери Землі. Це означає те, що для того, щоб запустити земного паперового змія на червоній планеті, вітер повинен дути набагато сильніше.

«Основна відмінність між Землею і Марсом полягає в тому, що атмосферний тиск на Марсі набагато менше. Таким чином, речі і предмети можуть бути взяті з його поверхні, але не з такою ж силою, як на Землі », - Вільям Фаррел, фізик, що вивчає плазму.

Проблеми сонячної енергетики

Але як би там не було, піщані бурі Марса не є повністю нешкідливими. Окремі частинки пилу на червоній планеті дуже дрібні і трохи електростатичні, таким чином, вони здатні «приклеюватися» до різних поверхонь.

«Якщо ви коли-небудь звертали увагу, на знімках марсохода Curiosity можна помітити, що після кожної поїздки він стає дуже брудним. Пил покриває практично все. Вона навіть проникає в механізми та прилади », - Майкл Див ит.

Така здатність пилу проникати по всіх усюдах є основною проблемою для інженерів, які проектують обладнання для марсіанських роверів. Особливо це велика проблема для сонячних батарей. Навіть якщо апарат потрапить в зовсім невелику пилову бурю або завихрення, розмірами всього в декілька метрів, вітер може перенести досить пилу, що покрити фотоелектричні перетворювачі і значно зменшити корисну поверхню, здатну перетворювати сонячну енергію в електричну. Якщо звернутися все до того ж «марсіанин», то Марк Уотні кожен день витрачає певний час, Щоб очистити сонячні батареї для гарантування їх максимальної продуктивності.

Це зображення самого себе марсохід Opportunity виконав за три тижні до свого десятирічного ювілею роботи на Марсі. Панорамна камера Pancam виконувала зйомку ровера в період з 3 по 6 січня 2014 року. Зверніть увагу на те, наскільки припадають пилом сонячні батареї. Джерело: NASA / JPL-Caltech / Cornell Univ./Arizona State Univ.

Глобальні урагани можуть створити і вторинну проблему, яку неможливо буде вирішити простим здуванням пилу з поверхні. В атмосфері може бути присутнім перманентно таку кількість пилу, що буде заблокована якась частина сонячного світла, а, отже, і знизиться ККД сонячних батарей. У книзі, коли астронавт перший раз стикається з великою піщаною бурею, він тут же зауважує невелике зниження ефективності його батарей, викликане незначним затемненням атмосфери. Це досить точний опис того, з чим можуть зіткнутися дослідники під час реальних марсіанських експедицій.

«В даний час ми сильно стурбовані енергоспоживанням наших марсоходів. Ровери Spirit і Opportunity спустилися на поверхню в 2004 році, тому вони поки що пережили тільки один глобальний ураган в 2007 році, через якого їм довелося припинити роботу і піти в режим очікування на кілька тижнів », - продовжує Майкл Див ит.

пилова суєта

Як уже згадувалося, глобальні піщані бурі піднімають в повітря досить пилу, щоб повністю покрити планету і закрити Сонце, але таким чином сам ураган також стає приреченим на зникнення. Справа в тому, що основним механізмом, що приводить в рух всі ці урагани, є висока температура сонячного світла, яка досягає саме поверхні планети. Оскільки світло падає на грунт, таким чином він підігріває повітря, що знаходиться близько біля його поверхні, залишаючи верхні шари більш прохолодними. Так само як і на Землі під час гроз, теплий і холодне повітря, змішуючись, стають нестійким, теплі шари починають підніматися, несучи з собою з-за нестійкості і частинки пилу. Саме з таких маленьких завихрень і утворюються все ті дивні пилові «примари», помічені на деяких зображеннях Марса. Потім утворюються шторми помірних розмірів, потім - розміром з континент. Іноді такі великі урагани можуть об'єднатися в один глобальний вихор, який якраз і покриває всю планету пилом.

Дослідники і планетології досить точно визначили, що великі урагани зазвичай відбуваються протягом літа в південній півкулі Марса. Відомо, що на червоній планеті, так само як і на Землі, відбувається зміна пір року, яка викликана нахилом осі обертання планети. Але в зв'язку з тим, що орбіта Марса має більший ексцентриситет, ніж орбіта Землі, червона планета рухається по більш еліптичній орбіті. Мінімальна зближення з Сонцем як раз збігається з літнім періодом в південній півкулі, а, отже, значення температури є найбільшими саме тоді. Після того як починається ураган, він не вщухає протягом тижнів і навіть місяців. Але вчені до цих пір не впевнені, що саме обумовлені такі великі проміжки між ураганами.

Пиловий вихор, зафіксований на Марсі камерою HiRISE орбітальної станції Mars Reconnaissance Orbiter. Ця сцена зображена в денний час пізньої марсіанської весни. Кадр охоплює область розміром 644 метри. Судячи з тіні, яку вихор відкидає на поверхню вдалося встановити, що він може досягати 800 метрів у висоту, а його діаметр становить близько 30 метрів.

НАСА повідомило правду і вигадки про небезпеки пилових бур на Марсі, деякі з яких можуть бути помітні з наземних телескопів. Цю інформацію використовували в створенні нового фільму «марсіанин» режисера Рідлі Скотта. Про це повідомляється на сайті NASA.

Пиловий «хвіст» (Фото: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona)

Події фільму «марсіанин», який вийде на екрани в жовтні 2015 року, починаються з того, що герой Енді Уіра (астронавт Марк Уїтні) стикається з сильною пилової бурею. Вона зриває передавальну антену і руйнує частину табору. НАСА не заперечує, що пилові бурі є однією з неприємних особливостей Червоної планети.

«Щороку на Марсі спостерігаються помірно-великі пилові бурі, які охоплюють райони розміром з земну континент і тривають тижнями», - сказав планетолог Майкл Сміт з Центру космічних польотів Годдарда НАСА в Грінбелті (штат Меріленд).

Тим часом, на Червоній планеті, як зазначив учений, спостерігаються і набагато більш сильні шторми. Глобальні пилові бурі формуються з помірно-великих і проявляють себе в середньому раз в три марсіанських року (цьому відповідає приблизно 5,5 земних року).

Однак, як зазначає вчений, малоймовірно, що ці пилові бурі зможуть навіть потривожити волосся астронавта на Червоній планеті (якщо останній вирішиться зняти скафандр). Крім того, навіть глобальні пилові бурі, швидше за все, не в змозі перекинути або зруйнувати будь-яке обладнання.

Це пов'язано з тим, що швидкість найсильніших вітрів на Марсі не перевищує 27 метрів в секунду, що більш ніж в два рази менше швидкості деяких ураганних вітрів на Землі. Крім того, щільність марсіанської атмосфери в сто разів менше, ніж земний.

Пил після бурі в 2008 році закрили панелі Spirit (Фото: NASA / JPL-Caltech / Cornell)

«Головна відмінність між Землею і Марсом полягає в тому, що атмосферний тиск на Червоній планеті набагато менше», - сказав фахівець в області фізики плазми Вільям Фаррелл. «Таким чином, всі [частки в атмосфері Марса] стає вітром, але не з тією ж інтенсивністю [в порівнянні з Землею]», - додав він.

Однак пилові бурі на Марсі не повністю нешкідливі. Окремі невеликі частинки пилу можуть нести електростатичний заряд і «прилипати» до поверхонь, зокрема, ілюмінаторів і механічним деталям наукового обладнання.

Нейтралізація електростатичних зарядів і усунення пилових забруднень є однією з основних задач, яку вирішують інженери, які проектують обладнання для досліджень Марса.

Ця ж пил є великою проблемою для сонячних батарей. Навіть невеликі пилові бурі здатні занести на сонячні панелі достатня кількість частинок для того, щоб значно зменшити надходження сонячної енергії.

У фільмі Марсіянин астронавт Уїтні щодня усуває пилові забруднення з сонячних панелей. Також НАСА зазначає, що глобальні бурі на Марсі можуть також призвести до деякого затемнення атмосфери Червоної планети.

«Ми дійсно турбувалися про енергію марсоходів. Ровери Spirit і Opportunity, які висадилися на Марсі в 2004 році, тільки раз випробували на собі глобальний шторм (в 2007 році), і, в основному, вони на кілька тижнів припинили свою роботу і перейшли в режим виживання », - сказав Сміт.

Найчастіше глобальні пилові бурі на Марсі відбуваються в літній час в південній півкулі планети. Як і на Землі, пори року на Червоній планеті обумовлені її нахилом до площини орбіти. Однак орбіта Марса більш витягнута, ніж у Землі, що означає, що в перебігу марсіанського року одна зі сторін планети нагріта сильніше, ніж інша.

НАСА повідомило правду і вигадки про небезпеки пилових бур на Марсі, деякі з них можуть бути помітні з наземних телескопів. Цю інформацію використовували в створенні нового фільму «марсіанин» режисера Рідлі Скотта. Про це повідомляється на сайті НАСА.

Тим часом на Червоній планеті, як зазначив учений, спостерігаються і набагато більш сильні шторми. Глобальні пилові бурі формуються з помірно-великих і проявляють себе в середньому раз в три марсіанських року (цьому відповідає приблизно 5,5 земних року).

Це пов'язано з тим, що швидкість найсильніших вітрів на Марсі не перевищує 27 метрів в секунду, що нижче швидкості деяких ураганних вітрів на Землі більш ніж удвічі. Крім того, щільність марсіанської атмосфери в сто разів менше, ніж земний.

«Головна відмінність між Землею і Марсом полягає в тому, що атмосферний тиск на Червоній планеті набагато менше, - сказав фахівець в області фізики плазми Вільям Фаррелл.- Таким чином, всі частинки в атмосфері Марса стають вітром, але не з тією ж інтенсивністю [по порівняно з Землею] ».

Однак пилові бурі на Марсі не повністю нешкідливі. Окремі невеликі частинки пилу можуть нести електростатичний заряд і «прилипати» до поверхонь, зокрема ілюмінаторів і механічним деталям наукового обладнання.

Цей пил є великою проблемою для сонячних батарей. Навіть невеликі пилові бурі здатні занести на сонячні панелі достатня кількість частинок для того, щоб значно зменшити надходження сонячної енергії.

У фільмі «марсіанин» астронавт Уїтні щодня усуває пилові забруднення з сонячних панелей. Також НАСА зазначає, що глобальні бурі на Марсі можуть також призвести до деякого затемнення атмосфери Червоної планети.

«Ми дійсно турбувалися про енергію марсоходів. Ровери Spirit і Opportunity, які висадилися на Марсі в 2004 році, тільки раз випробували на собі глобальний шторм (в 2007 році) і на кілька тижнів припинили свою роботу, перейшовши в режим виживання », - сказав Сміт.

Найчастіше глобальні пилові бурі на Марсі відбуваються в літній час в південній півкулі планети. Як і на Землі, пори року на Червоній планеті обумовлені її нахилом до площини орбіти. Однак орбіта Марса більш витягнута в порівнянні з Землею, що означає, що протягом марсіанського року одна зі сторін планети нагріта сильніше, ніж інша.

Тим часом вченим поки не відома справжня причина тривалих проміжків між штормами. Спостереження за ними проводяться з 1909 року, коли на Червоній планеті вперше спостерігалася глобальна буря. Останній раз це природне явище було відмічено в 2007 році. Вчені сподіваються найближчим часом спостерігати його знову.

Планета Марс, як і інший близький сусід Землі, Венера, з часів античності піддається самому пильному вивченню астрономів. Видима і неозброєним оком, вона з давніх-давен була оповита таємницею, легендами і домислами. І сьогодні про Червону планету нам відомо далеко не все, проте багато відомості, отримані за століття спостереження і вивчення, розвіяли деякі міфи, допомогли людині зрозуміти багато процесів, що відбуваються на цьому космічному об'єкті. Температура на Марсі, склад його атмосфери, особливості руху по орбіті після удосконалення технічних методів дослідження і початку космічної ери встигли перейти з розряду припущень в ранг незаперечних фактів. Проте багато даних про одночасно такій близькій і такому далекому сусіда ще тільки належить пояснити.

четвертий

Марс розташовується в півтора рази далі від Сонця, ніж наша планета (відстань оцінюється в 228 млн км). За цим параметром він займає четверте місце. За орбітою Червоної планети лежить Головний пояс астероїдів і «володіння» Юпітера. Навколо нашого світила вона облітає приблизно за 687 днів. При цьому орбіта Марса сильно витягнута: перигелій її розташовується на відстані 206,7, а афелій - 249,2 млн. Км А доба триває тут всього лише майже на 40 хвилин довше, ніж на Землі: 24 години і 37 хвилин.

менший брат

Марс належить до планет земної групи. Основні речовини, які становлять його структуру, - це метали і кремній. Серед подібних об'єктів за своїми габаритами він випереджає тільки Меркурій. Діаметр Червоної планети становить 6786 кілометрів, що приблизно в два рази менше, ніж у Землі. Однак по масі Марс поступається нашому космічному дому в 10 разів. Площа всієї поверхні планети трохи перевищує площу земних материків, разом узятих, без урахування пристроїв Світового океану. Щільність тут також нижче - складає всього 3,93 кг / м 3.

пошуки життя

Незважаючи на очевидне відміну Марса від Землі, довгий час він вважався реальним кандидатом на звання населеної планети. До початку космічної ери вчені, що спостерігали червону поверхню цього космічного тіла в телескоп, періодично виявляли ознаки життя, які незабаром, правда, знаходили більш прозаїчне пояснення.

Згодом були чітко визначені умови, при яких поза Землею могли з'явитися хоча б найпростіші організми. В їх число входять певні температурні параметри і наявність води. Багато досліджень Червоної планети ставили собі за мету виявити, чи склався там відповідний клімат, і по можливості знайти сліди життя.

Температура на Марсі

Червона планета - негостинний мир. Значна віддаленість від Сонця помітно позначається на кліматичних умовах цього космічного тіла. Температура на Марсі за Цельсієм варіює в середньому від -155º до + 20º. Тут значно холодніше, ніж на Землі, оскільки в півтора рази далі розташоване Сонце зігріває поверхню наполовину слабші. Ці не найсприятливіші умови поглиблюються розрідженою атмосферою, добре пропускає радіацію, як відомо, згубну для всього живого.

Подібні факти знижують до мінімуму шанси виявити на Марсі сліди існуючих або колись вимерлих організмів. Однак точка в цьому питанні поки не поставлена.

визначальні фактори

Температура на Марсі, як і на Землі, залежить від положення планети щодо світила. Максимальний її показник (20-33º) спостерігається днем \u200b\u200bв районі екватора. Мінімальні значення (до -155º) досягаються поблизу від Південного полюса. Для всієї території планети характерні значні температурні коливання.

Ці перепади впливають як на кліматичні особливості Марса, так і на його зовнішній вигляд. Головна, помітна навіть із Землі, деталь його поверхні - полярні шапки. В результаті значного нагріву влітку і охолодження в зимовий період вони зазнають відчутних змін: то зменшуються аж до практично повного зникнення, то знову збільшуються.

Чи є вода на Марсі?

Коли в одному з півкуль настає літо, відповідна полярна шапка починає зменшуватися в розмірах. Через орієнтації осі планети під час її наближення до точки перигелію до Сонця звертається південна половина. В результаті літо тут кілька жаркіше, і полярна шапка зникає практично повністю. На півночі такого ефекту не спостерігається.

Зміни розмірів полярних шапок наштовхнули вчених на думку, що вони складаються з не зовсім звичайного льоду. Зібрані на сьогоднішній момент дані дозволяють зробити припущення, що чималу роль в їх освіті грає вуглекислий газ, який у великій кількості містить атмосфера Марса. У холодну пору року температура тут сягає позначки, при якій зазвичай він перетворюється в так званий сухий лід. Саме він починає танути з приходом літа. Вода ж, на думку вчених, також присутній на планеті і становить ту частину полярних шапок, яка залишається незмінною і з підвищенням температури (нагрівання недостатній для її зникнення).

Планета Марс при цьому не може похвалитися наявністю головного джерела життя в рідкому стані. Надію на його виявлення довгий час вселяли ділянки рельєфу, дуже нагадують русла річок. До сих пір до кінця не зрозуміло, що могло призвести до їх формування, якщо на Червоній планеті ніколи не було рідкої води. На користь «сухого» минулого свідчить атмосфера Марса. Її тиск настільки незначний, що точка кипіння води доводиться на незвично низькі для Землі температури, тобто вона може існувати тут тільки в газоподібному стані. Теоретично в минулому у Марса могла б бути більш щільна атмосфера, але тоді від неї залишилися б сліди у вигляді важких інертних газів. Однак до сих пір вони виявлені не були.

Вітри і бурі

Температура на Марсі, точніше, її перепади, призводить до швидкого переміщення повітряних мас в півкулі, де настала зима. Вітри, що виникають при цьому, досягають 170 м / с. На Землі такі явища супроводжувалися б зливами, проте Червона планета не володіє достатніми для цього запасами води. Тут виникають пилові бурі, настільки масштабні, що часом охоплюють всю планету. В інший же час тут майже завжди ясна погода (для утворення значної кількості хмар також потрібна вода) і дуже прозоре повітря.

Незважаючи на відносно невеликий розмір Марса і його непридатність для життя, вчені пов'язують з ним великі надії. Тут в майбутньому планується розміщення баз для видобутку корисних копалин і здійснення різної наукової діяльності. Наскільки реальними є такі проекти, поки сказати важко, проте безперервний розвиток техніки свідчить на користь того, що незабаром людство буде здатне втілювати в життя найсміливіші ідеї.