A Mars légköre: összetétel, nyomás, por és a metán rejtélye

Fedezd fel a Mars légkörét: összetétel, alacsony nyomás, porviharok és a rejtélyes metán — élet jelei vagy geokémiai források? Részletes áttekintés és friss kutatási eredmények.

A Mars légköre a Marsot körülvevő gázréteg. Főleg szén-dioxidból áll. A Mars felszínének átlagos légköri nyomása (6,0 mbar) jóval alacsonyabb, mint a Földé (1013 mbar). A nyomás jóval az Armstrong-határérték alatt van, ami azt jelenti, hogy a víz az emberi test normál hőmérsékletén forr: 98,6 °F (36,6 °C).

A marsi légkör 96% szén-dioxidot, 1,9% argont, 1,9% nitrogént, valamint nyomokban oxigént, szén-monoxidot, vizet és metánt tartalmaz. A metán 2003-as felfedezése óta a tudósok szerint ez életre utalhat. Azt is felvetették, hogy geokémiai folyamatok, vulkanikus vagy hidrotermikus tevékenység okozhatja.

A Mars légköre meglehetősen poros, ami a felszínről nézve világosbarna vagy narancsvörös színt kölcsönöz a marsi égboltnak. A NASA adatai rámutattak, hogy a porszemcsék 1,5 mikrométer átmérőjűek.

2015. március 18-án a NASA egy még nem teljesen tisztázott sarki fényt és egy megmagyarázhatatlan porfelhőt talált a Mars légkörében.

A folyékony víz a Marson egykor mindennapos volt, ami azt jelenti, hogy a légkör vastagabb volt. Számos tanulmány megállapította, hogy a Mars légköre idővel meggyengült a napszél hatására. A Földön a mágneses mező megvéd minket a szél nagy részétől. A Marson is volt mágneses mező, de a mag lehűlése miatt a mágneses mező elveszett.

Részletesebb összetétel és nyomásviszonyok

A fenti összetétel tömörítve mutatja a légkör főbb alkotóit; a kisebb mennyiségű gázok és a vízpára koncentrációja erősen változó és szezonális lehet. Röviden:

• Fő gáz: szén-dioxid (~96%), amelynek szezonális fagyása-szublimációja a légköri nyomás jelentős, akár ~25%-os szezonális változását okozhatja.
• Nemesgázok: argon ~1,9% — fontos kémiai jelzőként használható a légkör evolúciójának tanulmányozásában.
• Nitrogén: nitrogén ~1,9% — fontos a későbbi élet-támogató rendszerek és üzemanyagok szempontjából.
• Nyomgázok: oxigén, szén-monoxid, víz és nagyon kis mennyiségben metán (általában ppb-szinten).

Az átlagos felszíni légköri nyomás körülbelül 6 mbar — ez alacsonyabb, mint a Föld tengerszintjén mért nyomás kevesebb mint 1%-a, ezért a Mars felszínén a lélegzés, a folyékony víz stabil jelenléte és a nyílt, védtelen emberi élet lehetetlen nyomás- és összetételbeli okok miatt.

A metán rejtélye

A metán jelenléte különösen izgalmas, mert bolygónkon gyakran élő szervezetek termelik, de geokémiai folyamatok is előállíthatják. A metán megfigyelései között vannak egymásnak ellentmondó eredmények:

• 2003 óta különböző földi távcsöves és űrszondás észlelések jeleztek lokális vagy időszakos metánkibocsátásokat.
• A Mars-roverek, például a Curiosity SAM-instrumentuma, lokális metán-kitöréseket (spike-eket) és háttérszinteket is mértek, amelyek térben és időben ingadoztak.
• Ezzel szemben a Trace Gas Orbiter (TGO) igen érzékeny spektrométerei globálisan nagyon alacsony metánszinteket vagy csak szigorú felső határokat találtak, ami vitát váltott ki a mérések és a források értelmezésében.

Lehetséges források:

• biológiai (mikrobiális) tevékenység a földtani rétegekben vagy a talajban,
• abiotikus geokémiai folyamatok (pl. serpentinizáció, ahol víz és bizonyos kőzetek kölcsönhatása metánt képez),
• felszín alatti tárolókból (metszetekből, klatrátokból) felszabaduló metán,
• lehetséges geotermikus/hidrotermális aktivitás.

A metán légköri élettartamát a fotokémiai reakciók határozzák meg; ha a vártnál sokkal gyorsabban tűnik el, az gyors süllyedő folyamatokra vagy felszíni elnyelésre utalhat.

Por, égbolt színe és időjárás

A marsi légkört erősen befolyásolja a finom por. A porszemcsék tipikus mérete körülbelül 1,5 mikrométer, és ezek felelősek a jellegzetes narancsos-vörös árnyalatért, amelyet a felszínről látunk. A por:

• nagy szerepet játszik a hőháztartásban és a sugárzás eloszlásában,
• porviharok lokálisan erősek, időnként egész bolygóra kiterjedő (planetáris) porviharok alakulnak ki, amelyek hónapokra csökkenthetik a napfény bejutását,
• a por elektromos feltöltődése és finomsága műszerekre és járművekre is komoly hatással van — dörzsölés és lerakódás okozhat problémákat.

Érdekesség: a Marsi égbolt nem mindig egyszerűen „vörös” — a nap közvetlen közelében a fény átszűrődése miatt a napkörüli zóna kékes árnyalatú lehet, különösen naplementekor, míg a távolabbi égbolt vörösesebb.

Légköri veszteség és a mágneses tér szerepe

Az ősi Mars valószínűleg sokkal vastagabb légkörrel és melegebb, nedvesebb felszínnel rendelkezett. Több folyamat járult hozzá a légkör elvékonyodásához:

• a napszél és a napból érkező töltött részecskék kimoshatják a légkört ionok formájában, különösen ha nincs védő mágneses mező,
• fotokémiai reakciók és hélium/oldható gázok folyamatos elvesztése,
• a Mars belső hűlése miatt a bolygó globális mágneses mező idővel meggyengült, így a bolygó jobban kitetté vált a napszél hatásainak.

A MAVEN és más űrszondák mérései kimutatták, hogy a napszél és a naptevékenység felerősödése idején a légköri veszteség mértéke megnő, így ezek a folyamatok fontos szerepet játszottak a Mars éghajlatának átformálásában.

Víz nyomai és története

A víz a Marson nyomaiból és a felszín képződményeiből (száraz folyómedrek, kanyonok, delta-maradványok) arra lehet következtetni, hogy a korai Marson folyékony víz sokkal gyakrabban fordult elő. Azonban ahogy a légkör elvékonyodott és a bolygó lehűlt, a felszíni víz nagy részét elveszítette, vagy jeges formában a sarkokba és a talaj alsóbb rétegeibe szorult.

Mi jelent ez az emberes küldetések és a kutatás számára?

• A marsi légkör összetétele és alacsony nyomása miatt a jövőbeni emberes missziók zárt, nyomásnak ellenálló lakómodulokat és űrruhákat igényelnek, valamint oxigén- és víz-visszanyerő rendszereket.
• A porszemcsék és porviharok műszaki kihívást jelentenek (napelemek hatásfokcsökkenése, kopás), ezért a tervezésnél külön figyelmet kell fordítani a por elleni védelemre.
• A metán és más nyomgázok vizsgálata fontos a bolygó biológiai és geokémiai múltjának megértéséhez — meghatározni, hogy aktív folyamatok működnek-e ma is, kulcsfontosságú kérdés.

Összességében a Mars légköre vékony, szén-dioxid-domináns, poros és dinamikus: szezonálisan változik, időnként váratlan események (porfelhők, sarki fények, metánkitörések) jelentkeznek, és a légkör fokozatos elvesztése döntő szerepet játszott a bolygó klímájának átalakulásában. A további űrszondás mérések és a helyszíni vizsgálatok (roverek, majd egyszer emberes küldetések) tovább pontosítják majd a részleteket és segítenek megválaszolni a nyitott kérdéseket, például a metán valódi eredetét.

Kérdések és válaszok

K: Miből áll elsősorban a Mars légköre?

K: Milyen a légköri nyomás a Marson a Földhöz képest?

K: Milyen más gázok vannak jelen a Mars légkörében?

K: Milyen színűnek tűnik az égbolt a felszínről a légkörében lévő porszemcsék miatt?

K: Milyen nagyok ezek a porszemcsék?

K: Mi volt egykor mindennapos a Marson, ami arra utal, hogy valamikor sűrűbb légkörrel rendelkezett?

K: Miért változott ez az idők során?

Keresés betűvel