NASA обясни защо почвата на Марс се затопля, а въздухът остава леден

Ключови думи: Марс, NASA, температура на Марс, Perseverance, MEDA, Curiosity, марсианска атмосфера, почва на Марс, Ingenuity, MOXIE, кратер Джезеро, космически мисии

Почвата на Марс достига около 24°C по обяд край екватора, докато въздухът на височината на човешката глава остава около точката на замръзване, обяснява NASA. Космическата агенция описва усещането като пролет при краката и зима около лицето. Разликата се появява в слой с дебелина едва два метра, където земната повърхност и атмосферата реагират по напълно различен начин на слънчевата енергия. Данните от марсоходите Perseverance и Curiosity показват колко рязко температурата се променя през марсианското денонощие.

Слънчевите лъчи нагряват директно камъните, праха и пясъка, докато въздухът над тях получава далеч по-малка част от тази енергия. На Земята плътната атмосфера разнася топлината чрез движение и смесване на огромен брой газови молекули. Марс разполага с атмосфера, чието налягане при повърхността е под 1% от земното налягане на морското равнище. Газът е предимно въглероден диоксид, но количеството му е твърде малко за ефективен топлообмен между почвата и въздуха.

Perseverance изпрати първия си подробен доклад за времето на Марс

Нагрятата почва отдава част от енергията си на най-близкия въздушен слой, но разредената атмосфера не я задържа дълго. Ето защо термометър върху огряната земя отчита положителна температура, а втори уред, поставен метър или два по-високо, показва стойности около или под нулата. Ефектът е най-силен през деня, когато слънчевото греене създава голяма разлика между повърхността и въздуха. След залез посоката се обръща и земята започва да губи натрупаната енергия с висока скорост.

Метеорологичният комплекс MEDA на Perseverance измерва температурата на почвата и атмосферата в кратера Джезеро. NASA отчита диапазон от около -93°C до 17°C за земната повърхност около марсохода и от -83°C до -13°C за въздуха близо до нея. Стойностите се променят според сезона, часа, количеството прах и характеристиките на терена. Тъмните камъни, светлият пясък и плътните скални участъци поглъщат и освобождават топлината с различна скорост.

Curiosity започна изследването на кратера Гейл и марсианската повърхност

Научен анализ на измерванията от MEDA установява, че най-голямата част от температурната промяна е съсредоточена в първите 1,45 метра над земята. Около обяд температурата в този слой спада нагоре с до 26°C на метър при част от наблюденията. Това означава, че обувките на бъдещ астронавт ще се намират в сравнително топла среда, докато шлемът му ще бъде изложен на силно по-студен въздух. Големият градиент поражда и интензивни възходящи движения, които вдигат прах и участват в образуването на марсиански вихри.

Curiosity регистрира сходна картина в кратера Гейл още през 2012 г. При едно от ранните наблюдения температурата на почвата се движи между 3°C и -91°C, а въздухът - между -2°C и -75°C. Повърхността показва по-големи колебания, тъй като приема пряко слънчевата радиация през деня и излъчва енергията си към Космоса през нощта. Въздухът реагира по-бавно, но остава студен през почти цялото марсианско денонощие.

Учени проследиха как Марс е загубил голяма част от водата и атмосферата си

Разреденият въздух постави сериозно инженерно изпитание и пред хеликоптера Ingenuity. Двете му перки трябваше да се въртят с изключително висока скорост, за да създадат подемна сила сред малкия брой газови молекули. NASA посочва, че атмосферното налягане на Марс е около 1% от земното, което превръща всеки полет в условия, близки до тези високо над земната атмосфера. Въпреки препятствието Ingenuity извърши първия управляван полет на друга планета и доказа, че въздушното разузнаване там е постижимо.

Същата особеност наложи специално решение при експеримента MOXIE, който произвеждаше кислород от марсианския въглероден диоксид. Уредът разполагаше с помпа, за да събере достатъчно газ от рядката атмосфера и да го подаде към електрохимичната система. В рамките на мисията MOXIE извлече кислород 16 пъти и произведе общо 122 грама, съобщи NASA. Технологията показа как бъдещи експедиции биха осигурявали част от въздуха за дишане и кислорода за ракетно гориво направо на Марс.

Топлата почва не превръща марсианския ден в комфортна среда за човек. Налягането е прекалено ниско, атмосферата не съдържа годен за дишане кислород, а слабата защита излага повърхността на ултравиолетово и йонизиращо лъчение. Силният вятър също не се усеща като земен вятър със същата скорост, защото разреденият газ предава по-малка сила и отнема по-малко телесна топлина. Астронавт без защитен костюм няма да оцелее дори когато термометърът върху почвата показва стойност, позната от пролетен ден на Земята.

След залеза затопленият терен освобождава енергията си към студеното космическо пространство. Над него няма плътна въздушна обвивка, която да действа като топло одеяло и да забави охлаждането. Температурите спадат с десетки градуси само за няколко часа, а през най-студените периоди на планетата слизат под -120°C. Контрастът между топлата почва и ледения въздух разкрива една от основните трудности пред бъдещите пилотирани мисии до Марс.