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Meine Frage ist, ob der Mars die Schwelle nur knapp verfehlt oder bei weitem verfehlt hat. Es ist seit 3 Milliarden Jahren trocken. Wie viel größer hätte es sein müssen, um es diese zusätzliche Zeit zu kaufen? Nehmen wir an, in der Neuzeit tauchen wir auf und stellen fest, dass es genug CO2 hat, um so warm wie die Erde zu sein, und kleine Meere in den tiefsten Regionen nördlich des Äquators hat.
Basierend auf dieser Grafik (die ich in einer Google-Bildersuche gefunden habe) scheint es, dass der Mars etwa doppelt so massiv sein sollte, um zu vermeiden, dass Wasserdampf die Austrittsgeschwindigkeit erreicht. Wenn der Mars die doppelte Masse hat, sollte er bei gleicher Dichte (obwohl er eigentlich automatisch mehr durch seine eigene Masse zerquetscht würde) eine Fluchtgeschwindigkeit von etwa 6,324 km/s haben. Wenn es aufgrund eines Eisenkerns die gleiche Dichte wie die Erde hätte (obwohl die Erde wieder eine zusätzliche Dichte durch das Zerquetschen ihres Kerns erhält), sollte die Fluchtgeschwindigkeit 6,69 km / s betragen. Ein Mars mit doppelter Masse sollte wahrscheinlich eine Fluchtgeschwindigkeit zwischen diesen beiden Extremen haben. 6 km/s scheinen die Schwelle zu sein, um den Wasserdampf auf der aktuellen Marstemperatur zu halten, obwohl das Problem darin besteht, dass eine dickere Atmosphäre den Mars stark erwärmen würde. Wenn es genug Treibhausgase hätte, um die durchschnittliche Temperatur der Erde auf ihrer aktuellen Halbachse zu erreichen, dann würde die benötigte Fluchtgeschwindigkeit vielleicht eher 7 km / s betragen, was einen Mars mit etwa der 3-fachen Masse bedeuten könnte (je nachdem, wie viel) wir spielen mit der Dichte). Ich kann die Wirkung eines starken Magnetfelds nicht berücksichtigen.
Ist meine schnelle Schätzung übereifrig? Verpasse ich etwas?
Meinung: So könnten wir den Mars erwärmen und bewohnbarer machen
Wie werden wir auf dem Mars überleben?
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Vor etwa 3,8 Milliarden Jahren hatte der Mars eine dichte Atmosphäre, höhere Oberflächentemperaturen als heute und nach Ansicht einiger Wissenschaftler einen großen Ozean, der ein Drittel seiner Oberfläche bedeckte.
Durch den Sonnenwind verlor der Rote Planet jedoch den größten Teil seiner Atmosphäre, seines flüssigen Wassers und seiner Oberflächenwärme. Heute ist es ein karger Planet mit durchschnittlichen Jahrestemperaturen von -55 Grad Celsius (-66 Grad Fahrenheit), was ungefähr der Temperatur des Südpols der Erde im Winter entspricht. Jegliches auf dem Mars verbliebene Wasser gefriert oder verdunstet aufgrund dieser extrem niedrigen Temperaturen sowie eines Atmosphärendrucks, der etwa 0,6% des mittleren Erddrucks auf Meereshöhe beträgt.
Es mag kein flüssiges Wasser auf dem Mars geben, aber das bedeutet nicht, dass der Planet davon frei ist. Der Mars hat Eisablagerungen auf seinen Polkappen sowie große Mengen Eis (geschätzt mehr als 5 Millionen Kubikkilometer), die unter seiner Oberfläche eingeschlossen sind. Wenn wir in der Lage wären, alles davon zu schmelzen (und es in flüssigem Zustand zu halten), würde es den gesamten Planeten mit einer 45-Fuß-Schicht bedecken.
Wie Sie sehen, hat der Planet viel Potenzial. Wenn wir einen Weg finden könnten, eine Atmosphäre zu schaffen, die dick genug ist, um die Wärmeableitung in den Weltraum zu verhindern, würden wir nicht nur den Atmosphärendruck erhöhen, sondern auch die notwendigen Voraussetzungen für die Terraformung des Planeten schaffen. Ja, ich spreche davon, einen Treibhauseffekt auf dem Mars zu erzeugen.
Es ist kein Geheimnis, dass sowohl Elon Musks Space X als auch Richard Bransons Virgin Galactic Gemeinschaften auf dem Mars gründen wollen. Die NASA hat eigene Pläne und es wird wahrscheinlich nicht lange dauern, bis wir die ersten Kolonisten auf dem roten Planeten sehen.
Wie könnte der Mars bewohnbarer werden? Eine Möglichkeit, dies zu tun, wäre die Freisetzung von Kohlendioxid, das im Eis und Frost des Planeten eingeschlossen ist. Das Problem dabei ist, dass es fast unmöglich ist, genau zu sagen, wie viel CO2 auf diese Weise freigesetzt würde, und es besteht die Gefahr, dass dies möglicherweise nicht ausreicht. Außerdem müsste der Planet aufgrund seiner Lage zunächst ausreichend aufgeheizt werden.
Anstatt sich auf CO2 zu verlassen, könnte jeder, der den Mars aufheizen möchte, ein anderes, viel effektiveres Treibhausgas verwenden – PFC oder Perfluorkohlenstoff – nach einer Theorie von Margarita Marinova. Die Idee, einen Treibhauseffekt auf dem Mars zu erzeugen, hatte sie als MIT-Studentin und ist heute Fahrzeugsystem- und Antriebsingenieurin bei SpaceX.
Abgesehen davon, dass es CO2 bei der Erwärmung der Atmosphäre überlegen ist, ist PFC auch aufgrund seiner langen Lebensdauer ideal. Schließlich ist das Gas für lebende Organismen nicht toxisch und baut das Ozon nicht ab, das den Planeten vor schädlicher UV-Strahlung schützt.
Der Mars hat eine Ozonschicht, die im Durchschnitt 300-mal dünner ist als die auf der Erde. Das Wachsen und Schützen dieser Ozonschicht ist ein weiteres Ziel der Mars-Terraforming-Vision. Das Endziel wäre, die Temperatur so weit zu erhöhen, dass der Mars beginnt, sein eigenes CO2 freizusetzen. Danach werde PFC nur noch zum Schließen der Lücken verwendet, erklärt Marinova.
Obwohl diese Methode vielversprechend erscheint, gibt es noch einige Hindernisse, bevor dieses Konzept des Terraforming des Mars Realität werden kann. Erstens bräuchten wir PFC-Fabriken vor Ort – vielleicht Hunderte davon –, die das Gas produzieren, um einen ausreichenden Einfluss auf die Atmosphäre des Planeten zu haben. Vermutlich könnten wir sowohl die Fabrikmodule als auch die Roboter schicken, um sie per Raumschiff zusammenzubauen, anstatt auf Menschen mit einem One-Way-Ticket zum Mars zu zählen, um die Arbeit zu erledigen.
Es würde lange dauern, bis diese Gase die Temperatur auf dem Mars auf den Schmelzpunkt von Wasser erhöhen können. Wie lang? Wie klingt 800 Jahre?
Marinova sagt, dass es kürzer sein könnte, da ihre 800-Jahres-Schätzung den Effekt der Freisetzung des boden- und eisgebundenen CO2 bei Erwärmung des Planeten nicht berücksichtigt. Da Wissenschaftler der NASA genauere Berechnungen der bereits auf dem Mars vorhandenen CO2-Mengen anstellen, kann das geschätzte Datum sogar auf ein Jahrhundert reduziert werden.
Wenn das ein bisschen zu lang klingt, denken Sie daran, dass wir in diesem „kurzen“ Zeitraum die Veränderungen replizieren würden, die zuvor Milliarden von Jahren dauerten.
Sobald die Atmosphäre da ist, wären die Pflanzen die nächsten. Sie würden überschüssiges CO2 zu O2 verarbeiten, und der Mars wäre auf dem besten Weg, sich in ein gastfreundliches Zuhause für die nächste Generation von Marsmenschen zu verwandeln. Dieser nächste Schritt könnte Tausende von Jahren dauern.
Also, ja. Es ist möglich, aber es kann Dutzende von Generationen dauern, bis die Menschheit die Früchte ihrer Arbeit sehen kann. Wird es sich lohnen? Ich glaube, das wird es – für die Generation von Menschen, die vom Mars auf die Erde herabschauen, dem blauen Planeten, der vor langer Zeit eine andere Farbe hatte.
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Der Mars könnte genug molekularen Sauerstoff haben, um Leben zu ermöglichen, und Wissenschaftler fanden heraus, wo er zu finden ist
Der moderne Mars ist möglicherweise gastfreundlicher für sauerstoffatmendes Leben als bisher angenommen.
Eine neue Studie legt nahe, dass salziges Wasser an oder nahe der Oberfläche des Roten Planeten genügend gelöstes O2 enthalten könnte, um sauerstoffatmende Mikroben und noch komplexere Organismen wie Schwämme zu unterstützen.
"Niemand dachte an den Mars als einen Ort, an dem die aerobe Atmung funktionieren würde, weil es so wenig Sauerstoff in der Atmosphäre gibt", sagte Vlada Stamenkovic, eine Erd- und Planetenwissenschaftlerin am Jet Propulsion Laboratory, die die Arbeit leitete. "Was wir sagen, ist, dass dieser Planet, der sich so von der Erde unterscheidet, dem aeroben Leben eine Chance gegeben hat."
Als Teil des Berichts identifizierten Stamenkovic und seine Koautoren auch, welche Regionen des Mars am wahrscheinlichsten Solen mit den größten Mengen an gelöstem Sauerstoff enthalten. Dies könnte der NASA und anderen Weltraumbehörden helfen, zu planen, wohin Lander auf zukünftige Missionen geschickt werden sollen, sagten sie.
Das Werk wurde am Montag in . veröffentlicht Natur Geowissenschaften.
Auf seiner Oberfläche ist der Planet Mars für die meisten Erdlinge kein gastfreundlicher Ort.
Hier auf der Erde bestehen 21 Prozent unserer Atmosphäre aus Sauerstoff – dank der Fülle an Pflanzen und anderen Organismen, die Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese erzeugen.
Die Marsatmosphäre hingegen besteht laut Daten der Mars-Rover nur aus 0,145 Prozent Sauerstoff.
Ohne Pflanzen, die O2 produzieren, entsteht die winzige Menge Sauerstoff auf dem Mars, wenn die Sonnenstrahlung mit CO2 in der Atmosphäre des Planeten interagiert.
Darüber hinaus ist die Atmosphäre des Mars extrem dünn – 160-mal dünner als die Erdatmosphäre. Zudem sinkt die Temperatur an der Erdoberfläche häufig auf minus 100, was die Existenz von flüssigem Wasser auf der Erdoberfläche extrem erschwert.
Reines flüssiges Wasser würde auf dem Mars entweder gefrieren oder verdunsten, aber salziges Wasser oder Sole könnte in flüssigem Zustand an oder knapp unter der Oberfläche des Planeten bleiben, sagten die Autoren. Das liegt daran, dass mit Salzen gemischtes Wasser eine niedrigere Gefriertemperatur hat als normales Wasser. (Deshalb verwenden diese unglücklichen Menschen, die in kalten Klimazonen leben, Salz, um das Eis auf ihren Gehwegen zu schmelzen.)
Im ersten Teil der Arbeit zeigen die Autoren mithilfe von Computermodellen, dass Wasser, das mit bereits auf dem Mars vorhandenen Salzen vermischt ist, in flüssigem Zustand an oder nahe der Oberfläche stabil sein könnte.
Nachdem die Autoren überzeugt waren, dass diese flüssigen Solen existieren könnten, bestand ihr nächster Schritt darin, zu bestimmen, wie viel gelöster Sauerstoff sie aus der Atmosphäre aufnehmen können.
"Wenn es Sole auf dem Mars gibt, hätte der Sauerstoff keine andere Wahl, als sie zu infiltrieren", sagte Woody Fischer, ein Geobiologe am Caltech, der an der Studie mitgearbeitet hat. "Der Sauerstoff würde es überall schaffen."
Um zu berechnen, wie viel Sauerstoff die Solen aufnehmen könnten, mussten die Forscher ihre Chemie sowie die Temperatur und den Luftdruck an der Marsoberfläche berücksichtigen. Solen nehmen mehr Sauerstoff auf, wenn die Temperatur niedriger und der Luftdruck höher ist.
Ihre Ergebnisse zeigten, dass der moderne Mars flüssige Umgebungen mit genügend gelöstem O2 unterstützen könnte, um sauerstoffatmende Mikroben auf dem ganzen Planeten zu unterstützen. Sie fanden auch heraus, dass die Sauerstoffkonzentrationen in Solen in den Polarregionen, wo die Temperaturen kühler sind, besonders hoch sein würden.
Bisher wurde diese Arbeit durch Computermodellierung durchgeführt. Experten sagten jedoch immer noch, dass die Studie robust aussieht.
„Die besten Studien, die sich für ihre Ergebnisse auf Modelle stützen, führen eine gründliche Überprüfung der möglichen Variablen durch, die die Modellausgabe beeinflussen können“, sagte Kathleen Mandt, Planetenbiologin am Labor für angewandte Physik der Johns Hopkins University. "Diese Studie leistet gute Arbeit, um eine Reihe möglicher Ergebnisse zu untersuchen."
Was die Studie jedoch nicht leistet, ist zu beweisen, dass es tatsächlich Solen auf dem Mars gibt.
"Was wir wissen, ist, dass es theoretisch Sole auf dem Mars geben sollte und dass sie genug Sauerstoff auflösen könnten, um biologisch nützlich zu sein", sagte Stamenkovic.
Der nächste Schritt, sagte er, ist zweifach.
Er hofft, dass Forscher hier auf der Erde Experimente durchführen werden, um sauerstoffatmende Mikroben in die Sole zu bringen, die auf dem Mars vorkommen könnte, um herauszufinden, welche Art von Chemie sie verwenden und ob sie gedeihen können. Der andere Schritt wäre, einen Lander zum Mars zu schicken, der nach Solen vom flachen bis zum tiefen Untergrund suchen kann.
"Die NASA hat erstaunliche Arbeit geleistet, um nach Beweisen für bewohnbare Umgebungen in der Vergangenheit zu suchen", sagte er. "Ich bin ein großer Förderer der Suche nach aktuellen bewohnbaren Umgebungen, und wir können dies tun, indem wir anfangen zu untersuchen, ob es auf dem Mars flüssiges Wasser gibt."
Zu diesem Zweck arbeitet Stamenkovic an der Entwicklung eines neuen Werkzeugs, nicht größer als ein Schuhkarton, mit dem Wasser auf dem Mars gefunden und dessen Salzgehalt bestimmt werden kann, ohne dass graben muss.
©2018 Los Angeles Times
Vertrieben von Tribune Content Agency, LLC.
Physik in ‘Der Marsmensch’ finden
In unserem Bestreben, die Frage zu beantworten: „Sind wir allein im Universum?“ meine First Year Seminar (FYS) Klasse an der High Point University las kürzlich das Buch „Der Marsmensch“ von Andy Weir. Da die NASA vor nur drei Tagen Beweise dafür bekannt gab, dass Wasser auf dem heutigen Mars fließt, und der heutigen Veröffentlichung des Films „The Martian“ mit Matt Damon ist dies der perfekte Zeitpunkt, um Studenten und die Öffentlichkeit mit der Marswissenschaft (die ist die gleiche Wissenschaft wie überall im Universum).
In einer zeitgenössischen und doch klassischen Überlebensgeschichte „Der Marsmensch“ dokumentiert den Kampf des Astronauten Mark Watney, der Flut lebensbedrohlicher Bedrohungen durch den Mars standzuhalten.
„Der Marsmensch“ ist wie eine Kombination aus „Apollo 13" und "Verschollen.“ Mit einer ausführlichen Beschreibung der Wissenschaft, von Physik und Astronomie bis hin zu Chemie, Botanik und Geologie, packt Weirs Buch Geist und Seele.
Wenn die Hauptfigur, Mark Watney, später heute Abend auf die große Leinwand kommt, wird unsere FYS-Klasse da sein, um sowohl die Wissenschaft als auch die Science-Fiction zu genießen. Hier ist eine Einführung in einige der Themen, die „Der Marsmensch“ so spannend machen.
Reise zum Mars
Wenn Sie zum Mars reisen, gibt es drei Etappen Ihrer Reise: (1) den Start von der Erde, (2) die Umlaufbahn um die Sonne und (3) die Landung auf dem Mars. Während des Starts und der Landung werden Sie Raketentreibstoff verwenden. Aber während der Umlaufbahn werden Sie mit Newton und der Sonne durch den Weltraum treiben.
Um den Mars zu erreichen, muss die Rakete genau zur richtigen Zeit, Geschwindigkeit und Richtung von der Erde starten, damit sich Ihre Umlaufbahn um die Sonne auf Kollisionskurs mit dem Mars befindet. Dieses Zeitfenster gibt es nur alle 26 Monate, das ist die Zeit, die Mars, Erde und Sonne brauchen, um sich auszurichten (obwohl Sie sicherlich nicht in einer geraden Linie reisen werden). Wenn Sie Ihren Flug verpassen, müssen Sie 26 Monate auf den nächsten warten! (Klicken Sie hier, um eine Simulation auszuführen, die das 26-Monats-Intervall zwischen der Ausrichtung von Erde, Mars und Sonne zeigt.)
Die Fluchtgeschwindigkeit der Erde beträgt 11 km/s. Um die Erde zu verlassen und nicht zurückzukehren, muss Ihre Rakete kurz nach dem Start eine Geschwindigkeit von 11 km/s erreichen. Sobald der Treibstoff Ihrer Rakete aufgebraucht ist, führt Sie Ihre Umlaufbahn um die Sonne zum Mars. Abhängig von Ihrer speziellen Umlaufbahn kann es 130 bis 330 Tage dauern, bis Sie den Mars erreichen. Für die Marsmissionen der NASA beträgt die durchschnittliche Reisezeit etwa 225 Tage oder etwa acht Monate. Das ist eine lange Zeit, also solltest du unbedingt Snacks und Filme einpacken. Das Maiblume Die Überquerung des Atlantiks dauerte etwas mehr als zwei Monate. Die Reise zum Mars ist etwa viermal länger als die Pilgrims’-Reise.
Ich habe eine Simulation erstellt, in der Sie eine Rakete zum Mars starten können, indem Sie die genauen Positionen der Planeten vom 29. August 2015 verwenden. In dieser Simulation beträgt die Reisezeit 211 Tage, wobei die Astronauten vom 22. Dezember 2015 bis . reisen 20. Juli 2016. Wenn Sie die Rolle des Missionsdirektors spielen möchten, probieren Sie diese Simulation aus, bei der Sie den Tag, an dem Sie die Rakete starten, und die Richtung steuern. Sie können sehen, dass es ein kleines Startfenster gibt, das eine Umlaufbahn gibt, in der der Weg der Rakete den Mars schneidet.
Gewicht auf dem Mars
Ich habe eine großartige Idee für einen neuen Gewichtsverlustplan namens „Die Mars-Diät.“ Es erfordert keine Bewegung und keine Änderung Ihrer Essgewohnheiten. Gehen Sie einfach zum Mars und Sie werden 60 Prozent Ihres Gewichts verlieren, ohne an Masse zu verlieren! Ist das nicht wunderbar? Die Schwerkraft des Mars macht nur 40 Prozent der Schwerkraft der Erde aus, also zieht mich der Mars mit einer Kraft nach unten, die 60 Prozent geringer ist als auf der Erde. Ich wiege 200 Pfund auf der Erde. Auf dem Mars wiege ich 80 Pfund.
Sie können auch Objekte mit größerer Masse auf dem Mars im Vergleich zur Erde anheben. Angenommen, Sie können auf der Erde maximal 100 Pfund Bankdrücken, wie viel können Sie dann auf dem Mars Bankdrücken? Wenn Sie auf dem Mars die gleiche Kraft auf eine Hantel ausüben, können Sie auf dem Mars 2,5-mal mehr Masse heben als auf der Erde. Auf dem Mars kann man also eine Masse auf die Bank drücken, die auf der Erde 250 Pfund wiegen würde. Auch wenn Sie auf dem Mars nicht stärker sind, können Sie auf dem Mars 2,5-mal mehr Masse heben, da der Mars nicht so stark zieht wie die Erde.
Solarenergie
Solarenergie ist eine kritische Energiequelle für Watneys Überleben in „Der Marsianer“.“ Der Mars ist jedoch weiter von der Sonne entfernt. So erhält ein 1 Quadratmeter großes Solarpanel auf dem Mars in einer Sekunde weniger Sonnenenergie als das gleiche Solarpanel auf der Erde.
In der Entfernung der Erde von der Sonne erhält ein 1 Quadratmeter großes Solarpanel, das direkt auf die Sonne gerichtet ist (ohne Atmosphäre, die das Sonnenlicht beeinflusst), 1400 Watt (W) Leistung. Der Mars ist 1,5 mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Der Mars erhält also nur 600 W oder 4/9 der Leistung der Sonne auf demselben Solarpanel.
Aufgrund der Ineffizienz von Sonnenkollektoren, der Absorption durch die Atmosphäre und des Ortes, an dem Sie leben (sowohl Breitengrad als auch Jahreszeit), kann ein Sonnenkollektor von 1 Quadratmeter 100 W elektrische Leistung liefern. Das reicht aus, um eine 100-W-Glühlampe dauerhaft zu leuchten, wird aber kaum Ihren Energiebedarf decken. Daher brauchen Sie viele Sonnenkollektoren auf der Erde. Und was immer Sie auf der Erde brauchen, Sie brauchen 2,25-mal so viele Sonnenkollektoren auf dem Mars.
Wasser auf dem Mars
Nachdem Watney entdeckt hat, dass er allein auf dem Mars ist, ist eines der ersten Probleme, die es zu lösen gilt, die Herstellung von Trinkwasser. Durch kontrolliertes Verbrennen von Wasserstoff (den er aus Raketentreibstoff gewinnt) in seinem sauerstoffgefüllten Habitat, produziert Watney Wasser. Aber könnte Watney flüssiges Wasser vom Mars selbst erhalten haben?
Die Polkappen des Mars enthalten Wassereis, aber das Überleben auf dem Mars ist schwer genug. Es lohnt sich nicht, auf den Polarkappen zu landen. Gibt es anderswo auf dem Mars flüssiges Wasser? Es gibt eine Hauptbedingung, die verhindert, dass flüssiges Wasser auf dem Mars existiert – der sehr niedrige atmosphärische Druck, etwa 0,6 Prozent der Erde. Wenn Watney einen Wassereiswürfel vom atmosphärischen Druck der Erde in seinem Habitat in die Marsatmosphäre ausstoßen würde, würde der Eiswürfel selbst am wärmsten Marssommertag schnell sublimieren und sich in Dampf verwandeln.
Aber wie jeder, der auf salzigen Winterstraßen fährt, bestätigen kann, verhält sich Salzwasser anders als Süßwasser. Salzwasser kann im niedrigen atmosphärischen Druck auf dem Mars in flüssigem Zustand existieren, und das hat die NASA kürzlich herausgefunden. Während des Marssommers fließt an einigen Stellen des heutigen Mars salziges Wasser. Wenn also unser Held Mark Watney Marswasser zurückgewinnen müsste, müsste er es definitiv entsalzen. Es ist definitiv effizienter, es aus Raketentreibstoff herzustellen.
HPU-Physikstudenten testen ihr Gerät im Johnson Space Center mit NASA-Ingenieuren und Tauchern
Zusammenfassung
In unserem Kurs PHY 2010 verwenden wir das Buch Matter and Interactions und die Programmiersprache VPython, um den Studenten beizubringen, wie man Simulationen von Bahnen und Raketen erstellt. Im August reiste ein Team von fünf Physik-Majors der High Point University im Rahmen des Micro-g NExT-Programms der NASA zum Johnson Space Center, um ein Werkzeug zu testen, das sie zum Zerkleinern und Sammeln von Proben eines Asteroiden entwickelt hatten, um sich auf eine zukünftige bemannte Welt vorzubereiten -Mission zu einem Asteroiden. Während „Der Marsmensch“ mag Science-Fiction sein, das Buch und der Film sind attraktiv wegen ihrer Verbindung zu dem, was wir jeden Tag am Department of Physics der High Point University tun.
Kann Kohlendioxid es tun?
Eine Möglichkeit, den Treibhauseffekt zu verstärken, besteht darin, die Dichte der Atmosphäre zu erhöhen. Kohlendioxid (CO2) ist das am häufigsten vorkommende Gas in der heutigen Marsatmosphäre. Es ist auch das, was Venus so heiß macht. Geschätzte 70 bis 13 bar CO2 wird berechnet, dass er aus dem Inneren des Planeten entgast wurde, als sich die Marskruste bildete. Spätere großräumige vulkanische und tektonische Aktivitäten, wie die Bildung der riesigen Vulkanprovinz Tharsis, könnten bis zu 1,4 bar CO . hinzugefügt haben2 zur bestehenden Atmosphäre.
Hätte der Mars einmal ein so dichtes CO had2 reiche Atmosphäre, wo ist es geblieben? Wir müssen einen Weg finden, seinen Verlust und seine Entwicklung zu der heute noch verbliebenen dünnen Atmosphäre zu erklären. Escape-Prozesse wie Sputtern, Ionenentweichen usw. gelten als höchst ineffektive Wege des atmosphärischen Verlustes und können maximal etwa 100 mbar CO . ausmachen2 Druckverlust der letzten 3,8 Milliarden Jahre. Das restliche CO2 in Form von Karbonaten in der Marienkruste vergraben werden könnten. Oberflächenkarbonate werden auf dem Mars normalerweise nicht beobachtet, zumindest nicht aus der Umlaufbahn, obwohl sich ein großes Karbonatreservoir verbergen könnte, wo unsere Orbiter es nicht sehen können.
Ein einzigartiger Ansatz zur Schätzung des antiken Atmosphärendrucks ist die Messung der Kratergrößenverteilungen in altem Terrain. Eine dickere Atmosphäre verbrennt mehr kleine Impaktoren, bevor sie auf den Boden treffen, sodass die Durchmesser der kleinsten Krater eine Schätzung der Dichte der Atmosphäre ermöglichen. Eine auf diesem Prinzip basierende Studie legte vor etwa 3,8 Milliarden Jahren eine Obergrenze von 0,9 bis 3,8 bar Luftdruck nahe. Den genauen atmosphärischen Druck herauszufinden, der in der Vergangenheit herrschte, ist eine schwierige Aufgabe. Basierend auf den bisher durchgeführten Studien wird jedoch erwartet, dass der Mars während seiner ältesten noachischen Ära eine Atmosphäre von etwa 1-2 Bar hat.
Es gibt ein Problem mit einem dicken CO2 Atmosphäre aber. Eine bahnbrechende Studie zu CO2 Phasenänderungen zeigten, dass CO2 könnte die planetare Albedo (das Reflexionsvermögen) signifikant erhöhen und als Trockeneis (festes CO2), die die Treibhauserwärmung des Planeten effektiv reduziert. Dieses Ergebnis wurde durch neuere, robustere Methoden getestet und bestätigt.
Das Institut für Schöpfungsforschung
Viele Menschen unterscheiden zwischen dem Ursprung des Lebens und der Entwicklung des Lebens. Aus dieser Sicht bezieht sich biologische Evolution auf die allmähliche Entwicklung der Vielfalt der Lebewesen von einem gemeinsamen Vorfahren, während der endgültige Ursprung des Lebens eine andere Frage ist.
Dies ist ein legitimer Punkt, aber bei der Evolution geht es um viel mehr als nur um Biologie. Die evolutionäre Weltsicht ist, dass die gesamte physische Existenz, sowohl lebende als auch nicht-lebende, durch rein natürliche Prozesse entstanden ist. Bei dieser weit gefassten Definition der Evolution ist die Abiogenese – das spontane Erscheinen von Leben aus unbelebter Materie – eine Notwendigkeit. Wenn Leben auf der Erde von selbst entstanden wäre, wäre es unvorstellbar, dass dies der einzige Planet ist, auf dem es Leben gibt. Andernfalls wäre die Erde ein bemerkenswert besonderer Ort, und das könnte leicht zu theistischen Ideen führen. Folglich glauben die meisten Evolutionisten, dass Leben anderswo im Universum existieren muss.
Ein leistungsstarker Test
Die Schöpfungsweltsicht ist ganz anders, denn wir gehen wie üblich von ganz anderen Annahmen aus. Wir glauben, dass Leben auf der Erde existiert, weil Gott das Leben hier geschaffen hat, aber er musste zuerst die Erde zu einem geeigneten Lebensraum für das Leben gestalten. Der Evolutionist muss glauben, dass Leben überall dort unvermeidlich ist, wo die Bedingungen für das Leben geeignet sind, aber Kreationisten verstehen, dass selbst wenn die Bedingungen auf einem anderen Planeten Leben erhalten könnten, Leben dort nicht möglich ist – es sei denn, Gott hat dort Leben geschaffen oder dem Leben irgendwie erlaubt, auf diesen Planeten zu reisen von der Erde.
Wir können zwar nicht biblisch beweisen, dass Gott nicht anderswo Leben geschaffen hat, aber die starke Implikation der Schrift ist, dass er es nicht getan hat. Diese sehr unterschiedlichen Vorhersagen der speziellen Schöpfungs- und Evolutionsmodelle führen dazu, dass die Suche nach Leben anderswo zu einem starken Test zwischen den beiden Ursprungstheorien wird.
Auf der Suche nach Leben auf dem Mars
In den letzten Jahren wurde in Astronomiekreisen viel über die Suche nach außerirdischem Leben diskutiert, so dass für diese Studie ein neuer Begriff geprägt wurde: Astrobiologie. Da es noch keine Beweise dafür gibt, dass es anderswo Leben gibt, ist die Astrobiologie eine Wissenschaft, für die es keine Daten gibt, oder zumindest keine Daten, die die Wissenschaft unterstützen.
Da es keine Unterstützung für die Behauptung gibt, dass es anderswo Leben gibt, wurde viel Aufmerksamkeit darauf gelenkt, nach planetarischen Bedingungen zu suchen, die für das Leben günstig sind. Der Mars steht schon sehr lange im Mittelpunkt dieser Aufmerksamkeit. Der Mars ist etwa halb so groß wie die Erde und hat zumindest eine dünne Atmosphäre. Wasser existiert auf dem Mars, wenn auch wahrscheinlich nicht im Überfluss, und das Wasser, das es besitzt, ist in Dampf oder fester Form. Die Temperatur und der atmosphärische Druck auf dem Mars sind viel zu niedrig, um flüssiges Wasser aufrechtzuerhalten.
Das Wikingerschiff, das 1976 auf der Marsoberfläche landete, enthielt drei sehr robuste Experimente, um Lebenszeichen zu entdecken. Zwei der Experimente zeigten keine Hinweise auf lebende Organismen, das dritte Experiment hatte schwache, aber mehrdeutige Daten. Selbst die optimistischsten Forscher nach außerirdischem Leben sind sich einig, dass diese leicht positiven Hinweise wahrscheinlich auf anorganische chemische Reaktionen im Boden zurückzuführen sind. Neben der bitteren Kälte und dem spärlichen Wasser gibt es heute noch andere Hindernisse für das Leben auf dem Mars. Zum Beispiel bietet die dünne Marsatmosphäre keinen Schutz vor ultravioletter Sonnenstrahlung, die für Lebewesen tödlich ist. Mit diesen Problemen hat das Interesse am Leben auf dem Mars nachgelassen, obwohl immer noch Hoffnung besteht und viele denken, dass es in der Vergangenheit Leben auf dem Mars gegeben haben könnte.
Eine Mars-Flut
In den letzten Jahren hat der Mars Express Orbiter Methan in der Marsatmosphäre nachgewiesen. Methan ist ein häufig von Lebewesen produziertes Gas, kann sich aber auch anorganisch bilden. Das Gammastrahlen-Spektrometer an Bord des Mars Odyssey Orbiter hat in den oberen Metern der Marsoberfläche eine erhebliche Menge an Wasserstoff nachgewiesen, ein wahrscheinlicher Hinweis auf reichlich Eis. Die berühmten Rover Spirit und Opportunity lieferten schlüssige Beweise dafür, dass einst flüssiges Wasser auf der Marsoberfläche existierte. Dieser letzte Punkt ist eine Bestätigung dessen, was wir seit Jahrzehnten wissen – Fotografien von umlaufenden Raumfahrzeugen zeigten zahlreiche Merkmale, die am besten so interpretiert werden können, dass es in der Vergangenheit viel flüssiges Wasser auf dem Mars gegeben hat. Dies würde voraussetzen, dass der Mars einst eine viel substanziellere Atmosphäre hatte als jetzt, eine Atmosphäre, die genug Druck und Wärme lieferte, um flüssiges Wasser zu halten.
Dies bietet spannende Möglichkeiten für Kreationisten. Erstens kamen weltliche Wissenschaftler zu dem Schluss, dass der Mars, ein Planet ohne flüssiges Wasser, einst eine nahezu globale Flut erlebte, während sie die ganze Zeit bestritten, dass so etwas auf der Erde passieren könnte, einem Planeten mit reichlich Wasser. Zweitens glauben viele Kreationisten, dass sich die Erdatmosphäre zur Zeit der Flut enorm verändert hat. Offensichtlich hat auch mindestens ein anderer Planet eine katastrophale Veränderung seiner Atmosphäre erlebt.
Flüssiges Wasser, der Goldstandard
Beachten Sie, dass Wasser im Studium der Astrobiologie eine herausragende Rolle spielt. Als universelles Lösungsmittel ist Wasser lebensnotwendig und macht den Großteil der Masse vieler Organismen aus. Und Wasser ist eines der am häufigsten vorkommenden Moleküle im Universum. Während Wasser im gesamten Universum direkt nachgewiesen wurde (sogar in den äußeren Schichten kühler Sterne!), haben wir noch nie gefunden Flüssigkeit Wasser überall im Universum. Flüssiges Wasser ist der Goldstandard für Lebewesen, denn es scheint, dass das Leben ohne es nicht möglich ist. Obwohl Wasser eine notwendige Bedingung für das Leben ist, ist es jedoch bei weitem keine ausreichende Bedingung für das Leben – es wird viel mehr benötigt.
Vor einigen Jahren sorgte die Ankündigung der Möglichkeit eines kleinen Ozeans aus flüssigem Wasser unter der Oberfläche von Europa, einem der größeren Jupiter-Satelliten, für Aufsehen. Ein Großteil der Gründe für dieses Wasser beruht auf Oberflächenmerkmalen von Europa – es gibt große zerklüftete Segmente, die Merkmale der polaren Eispackung auf der Erde ähneln, die aus aufsteigendem Wasser resultieren, das zwischen den Brüchen gefriert. Wenn das Wasser salzig wäre, würde es außerdem helfen, das Magnetfeld Europas zu erklären. Seitdem wurde ein ähnliches Argument für Ganymed, einen anderen großen Satelliten des Jupiter, vorgebracht, obwohl dieser Fall nicht annähernd so stark ist. Darüber hinaus haben Wasserquellen auf Enceladus, einem mittelgroßen Saturn-Satelliten, flüssiges Wasser unter seiner Oberfläche impliziert.
Viele Wissenschaftler betrachten den möglichen unterirdischen Ozean Europas jetzt als den wahrscheinlichsten Ort im Sonnensystem, um Leben außerhalb der Erde zu finden. Dieser Ozean, falls er existiert, ist sehr dunkel und wahrscheinlich sehr kalt. Vor einigen Jahrzehnten wäre an lebende Organismen an einem solchen Ort undenkbar gewesen. Wir haben jedoch Organismen gefunden, die in sehr lebensfeindlichen Umgebungen leben, wie zum Beispiel in hydrothermalen Quellen tief im Ozean der Erde. Darüber hinaus existieren unterirdische Seen weit unter dem antarktischen Eisschild. Der größte und berühmteste von ihnen ist der Wostok-See, der 4 km unter dem Eis liegt. Obwohl wir nicht wissen, ob es in diesen Seen Leben gibt, wollen viele Wissenschaftler es herausfinden. Sie argumentieren, dass, wenn Leben in der Kälte und Dunkelheit dieser terrestrischen Seen existieren könnte, warum dann kein Leben in Europa existieren könnte?
Lange Zeit dachten Evolutionisten, dass sich das Leben auf der Erde zuerst in warmen, sehr gastfreundlichen Becken entwickelt und dann schwierigere Umgebungen kolonisiert hat. Nun glauben viele Evolutionisten, dass das Leben am Rande an sehr feindlichen Orten begann und dann in die andere Richtung zu besseren Orten wanderte.
Ein Großteil der Motivation für diese völlige Umkehr des Denkens rührt von der Notwendigkeit her, das Leben anderswo zu finden. Als Kreationisten sollten wir die Suche nach außerirdischem Leben begrüßen. Wir sind zuversichtlich, dass die Experimente weiterhin Nullergebnisse liefern werden, die unsere Ursprungstheorie bestätigen und gleichzeitig die evolutionäre Ursprungstheorie widerlegen.
* Dr. Faulkner ist Professor für Astronomie/Physik an der University of South Carolina Lancaster.
Zitieren Sie diesen Artikel: Faulkner, D. 2009. Kann Leben auf anderen Planeten existieren? Taten und Fakten. 38 (10): 18-19.
Physik in ‘Der Marsmensch’ finden
In unserem Bestreben, die Frage zu beantworten: „Sind wir allein im Universum?“ meine First Year Seminar (FYS) Klasse an der High Point University las kürzlich das Buch „Der Marsmensch“ von Andy Weir. Da die NASA vor nur drei Tagen Beweise dafür bekannt gab, dass Wasser auf dem heutigen Mars fließt, und der heutigen Veröffentlichung des Films „The Martian“ mit Matt Damon ist dies der perfekte Zeitpunkt, um Studenten und die Öffentlichkeit mit der Marswissenschaft (die ist die gleiche Wissenschaft wie überall im Universum).
In einer zeitgenössischen und doch klassischen Überlebensgeschichte „Der Marsmensch“ dokumentiert den Kampf des Astronauten Mark Watney, der Flut lebensbedrohlicher Bedrohungen durch den Mars standzuhalten.
„Der Marsmensch“ ist wie eine Kombination aus „Apollo 13" und "Verschollen.“ Mit einer detaillierten Beschreibung der Wissenschaft, von Physik und Astronomie bis hin zu Chemie, Botanik und Geologie, packt Weirs Buch Geist und Seele.
Wenn die Hauptfigur, Mark Watney, später heute Abend auf die große Leinwand kommt, wird unsere FYS-Klasse da sein, um sowohl die Wissenschaft als auch die Science-Fiction zu genießen. Hier ist eine Einführung in einige der Themen, die „The Marsian“ so spannend machen.
Reise zum Mars
Wenn Sie zum Mars reisen, gibt es drei Etappen Ihrer Reise: (1) den Start von der Erde, (2) die Umlaufbahn um die Sonne und (3) die Landung auf dem Mars. Während des Starts und der Landung werden Sie Raketentreibstoff verwenden. Aber während der Umlaufbahn werden Sie mit Newton und der Sonne durch den Weltraum treiben.
Um den Mars zu erreichen, muss die Rakete genau zur richtigen Zeit, Geschwindigkeit und Richtung von der Erde starten, damit sich Ihre Umlaufbahn um die Sonne auf Kollisionskurs mit dem Mars befindet. Dieses Zeitfenster gibt es nur alle 26 Monate, das ist die Zeit, die Mars, Erde und Sonne brauchen, um sich auszurichten (obwohl Sie sicherlich nicht in einer geraden Linie reisen werden). If you miss your flight, you will have to wait 26 months for the next one! (Click here to run a simulation that shows the 26 month interval between alignment of Earth, Mars, and the Sun.)
Earth’s escape speed is 11 km/s. To leave Earth and not return, your rocket will have to reach a speed of 11 km/s shortly after takeoff. Once your rocket’s fuel is exhausted, your orbit around the Sun will take you to Mars. Depending on your particular orbit, it can take from 130 to 330 days to reach Mars. For NASA’s Mars missions, the average travel time is approximately 225 days, or about eight months. This is a long time, so you should definitely pack snacks and movies. Das Maiblume took just over two months to cross the Atlantic. The journey to Mars is about four times longer than the Pilgrims’ journey.
I’ve created a simulation where you can launch a rocket to Mars using accurate positions of the planets as of Aug. 29, 2015. In this simulation, the travel time is 211 days, with the astronauts traveling from Dec. 22, 2015 to July 20, 2016. If you want to play the role of Mission Director, try this simulation where you can control the day you launch the rocket and the direction. You can see that there is a small launch window that will give an orbit where the rocket’s path intersects Mars.
Weight on Mars
I have a great idea for a new weight loss plan called “The Martian Diet.“ It requires no exercise and no change in your eating habits. Just go to Mars, and you will lose 60 percent of your weight without losing any mass! Isn’t that wonderful? Mars’ gravity is only 40 percent of Earth’s gravity, so Mars pulls me downward with a force that is 60 percent less than on Earth. I weigh 200 pounds on Earth. On Mars, I weigh 80 pounds.
You can also lift objects of greater mass on Mars compared to Earth. Suppose you can bench press a maximum of 100 pounds on Earth, how much can you bench press on Mars? If you apply the same force to a barbell on Mars, you can lift 2.5 times more mass on Mars than you can on Earth. Thus, on Mars you can benchpress a mass that would weigh 250 pounds on Earth. Even though you’re not stronger on Mars, you can lift 2.5 times more mass on Mars because Mars does not pull as hard as Earth.
Solar Power
Solar energy is a critical source of energy for Watney’s survival in “The Martian.“ However, Mars is farther from the Sun. Thus, a 1 square-meter solar panel on Mars receives less solar energy in one second than the same solar panel on Earth.
At Earth’s distance from the Sun, a 1 square-meter solar panel pointed directly at the Sun (with no atmosphere affecting the sunlight) receives 1400 watts (W) of power. Mars is 1.5 times further from the Sun than Earth. So, Mars only receives 600 W, or 4/9 of the Sun’s power, on the same solar panel.
Due to inefficiencies of solar panels, absorption by the atmosphere, and the location where you live (both latitude and time of year), on Earth a one square-meter solar panel might give you 100 W of electrical power. This is enough to continually light a 100-W incandescent lamp, but it will hardly satisfy your energy needs. Thus, you need a LOT of solar panels on Earth. And whatever you need on Earth, you will need 2.25 times as many solar panels on Mars.
Water on Mars
After discovering he is alone on Mars, one of Watney’s first problems to solve is creating drinking water. By burning hydrogen (which he obtains from rocket fuel) in his oxygen-filled Hab in a controlled way, Watney produces water. But could Watney have obtained liquid water from Mars itself?
The polar caps of Mars contain water ice, but surviving on Mars is hard enough. It’s not worth landing on the polar caps. Is there liquid water elsewhere on Mars? There is one primary condition that prevents liquid water from existing on Mars — very low atmospheric pressure, about 0.6 percent of Earth. If Watney ejected a water ice cube from Earth’s atmospheric pressure in his Hab out into the Martian atmosphere, the ice cube would quickly sublimate, turning to a vapor, even on the warmest summer Martian day.
But as everyone who drives on salty winter roads can attest, saltwater behaves differently than freshwater. Saltwater can exist in the liquid state in the low atmospheric pressure on Mars, and that’s what NASA recently found. Salty water flows in some locations on present-day Mars during the Martian summer. Therefore, if our hero, Mark Watney, had to reclaim Martian water, he’d definitely have to desalinate it. Making it from rocket fuel is definitely more efficient.
HPU physics students test their device at the Johnson Space Center with NASA engineers and divers
Zusammenfassung
In our PHY 2010 course, we use the book Matter and Interactions and the programming language VPython to teach students how to create simulations of orbits and rockets. In August, a team of five High Point University physics majors traveled to the Johnson Space Center as part of NASA’s Micro-g NExT program to test a tool they designed for chipping and collecting samples of an asteroid, in preparation for a future manned-mission to an asteroid. While “The Martian” may be science fiction, the book and movie are appealing because of their connection to what we do every day in the Department of Physics at High Point University.
More on Mars:
In the search for life on Mars, it's not enough to know how Mars's water was lost we also need to know when.
"What we see is that all these minerals that incorporated this water into them all formed before 3 billion years ago," Ms Scheller said.
So, if you want to go searching for signs of life, she added, your best bet is to target rocks from that era.
And that's what NASA's Perseverance rover is doing. It's currently trundling around Jezero Crater, where it's expected to encounter rocks as old as 3.6 billion years.
Around that time, life existed on Earth. Fossilised stromatolites in Western Australia date back almost 3.5 billion years. If Mars was also home to life, astrobiologists suspect it looked like stromatolites.
"What Perseverance is going to do that's different from all the previous rover missions is study that most ancient part of Mars's crust, where all those water-loss processes were happening, and investigate what those reactions were," Ms Scheller said.
"What was this environment that was causing the sequestration of water into the crust? It's really going to help up constrain those parameters a lot better."
Ms Scheller is confident that new data from existing and future missions will help paint a clearer picture of Mars's history.
7 Answers 7
Oxygen is easy -- import/manufacture more and fill your atmosphere with it. The hard part will be in getting the atmosphere to begin with if you can do that, the rest is just details.
But here's the problem with a Martian atmosphere: Gravity. More specifically, Mars doesn't have enough of it.
Martian surface gravity is $3.711mathrm 100 kPa) 1 . At that pressure, water would boil at 75C at the surface (versus 100C here on Earth). So you'd have to keep the A/C cranked pretty high just to keep your oceans from boiling off! I can't speak to the other effects of such a low pressure (you're going to have all the effects of acute "altitude sickness" until you acclimate, if you even can acclimate to an Earth-equivalent altitude of 25,000 ft. ), though it seems to me that that would be extremely uncomfortable, to say the least. But there's an even bigger problem: Mars doesn't have enough gravity to keep that atmosphere. Mars' low atmospheric density is not merely a random happenstance gassses have a tendency to float away. This is even true of planetary atmosphere, which can escape into space. Mars is simply physically incapable of sustaining Earth's atmosphere, so your 38 kPa atmosphere is going to get even lower, which will drop your boiling point lower still eventually you're going to end up right back where you started, with a 600 P surface pressure. (Note that I believe it will take a very, sehr long time to get back to this point, but you will lose a lot of atmosphere quite quickly, with the losses slowing down as there's less to lose.) Is there any way to make Mars livable at all? You'd pretty much have to construct a solid bubble, or some kind of protective shell at least, around the planet to stop the outgassing. And probably have to make it a pressure vessel so you can actually artificially pressurize the planet just like you would a spacecraft. If cost is truly no object, this could certainly be done, except that I'm pretty sure it's out of reach of modern science -- I don't think we have materials, let alone construction methods, capable of building something on this scale, even ignoring the airlocks necessary for spacecraft to reach the surface. And the raw materials! Even ignoring how much money you spend, you're going to have a sehr hard time just getting the materials to build something of this scale! You'd be much better off just building luxurious domes around your Martian colonies: same result, but on a scale that's at least marginally feasible. Edit: TimB in the comments below points out Venus, which has about 91% of Earth's gravity, yet a surface atmospheric pressure of around 92 mal that of Earth (9.2 MPa)! I don't know what allows Venus to hold onto that much atmosphere, however I suspect the reason is that Venus' atmosphere is primarily composed of much heavier elements than Earth's for example, Earth's atmosphere is nearly 80% nitrogen, which has a molar mass of about 14 g/mol, whereas Venus' is over 96% carbon dioxide with a molar mass over 44 g/mol -- more than 3 times as heavy, and composing 1.2 times as much of the atmosphere! Which brings up the possibility that if you could find a gas that's safe for humans to breath (and mixes fine with the oxygen) but weighs significantly more than nitrogen, you could potentially solve the problem of obtaining a higher atmospheric pressure by simply creating a heavier atmosphere! 1 There's a significant caveat here, and that's that I could not find any direct corroboration of my assumption that surface pressure would change in direct proportion to surface gravity. However, planets are not pressure vessels what you feel as "air pressure" is literally the weight of the atmosphere above you being pulled down by gravity onto you. Thus I believe it is a more than reasonable assumption that 38% gravity means 38% air pressure. On the other hand, with less pressure, the gasses will spread out further, which means the outer reaches will get further away and be affected by the inverse-square law the upshot of this is that my numbers may be zu hoch, making this even schlechter for plausibility!
