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 pa Mars, men som ogsa kan være produsert av
geokjemiske
prosesser,
vulkansk
eller hydrotermisk aktivitet.
[2]
Det
atmosfæriske trykket
ved Mars' overflate varierer fra rundt 30
Pa
pa toppen av
Olympus Mons
til over 1 115 Pa i dybdene i
Hellas Planitia
. Gjennomsnittstrykket ligger pa 600 Pa, sammenlignet med
jordens
101,3 kPa ved
havoverflaten
og en total masse pa 25 teratonn sammenlignet med jordens 5 148 teratonn.
Skalahøyden
pa Mars' atmosfære er imidlertid ca. 11 km, noe høyere enn jordens 7 km. Atmosfæren pa Mars bestar av 95 % karbondioksid, 3 %
nitrogen
, 1,6 5
argon
og inneholder spor av
oksygen
,
vann
og
metan
, med en gjennomsnittlig
molar masse
pa 43,34 g/mol.
[3]
[4]
Atmosfæren er ganske støvete, noe som gir himmelen pa 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]
Mars' atmosfære er antatt a ha endret seg i løpet av planetens levetid, og beviser antyder muligheten for at Mars hadde store hav for noen fa milliarder ar siden.
[6]
Som angitt i hypotesen om hav pa Mars overstiger det atmosfæriske trykket ved overflaten pa Mars bare et av
trippelpunktene
for vann (6,11
hektopascal
(0,0886
psi
)) i de laveste høydene; i høyereliggende omrader kan vann bare eksistere i fast- eller dampform. Arlig middeltemperatur ved overflaten er i dag mindre enn 210
K
(?63
°C
, -82
°F
), betydelig lavere enn det som er nødvendig for a opprettholde flytende vann. Mars kan imidlertid ha hatt bedre forutsetninger for a beholde flytende vann pa overflaten tidligere i sin historie.
Mulige arsaker til uttømming av en tidligere tykkere atmosfære pa Mars inkluderer:
- Katastrofal kollisjon av et legeme stort nok til a blase bort en betydelig andel av atmosfæren;
[7]
- Gradvis erosjon av atmosfæren av solvinden;
[8]
og
- Pagaende fjerning av atmosfæren pa grunn av vekselvirkning mellom elektromagnetiske felt og solvind.
[7]
Mars' atmosfære er sammensatt av følgende lag:
- Nedre atmosfære – et varmt omrade pavirket 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 forarsaket av oppvarming fra solen. Atmosfæriske gasser begynner a deles fra hverandre i disse høydene snarere enn a danne den like blandingen som finnes i de lavere atmosfærelagene.
- Eksosfære – vanligvis oppgitt a starte pa 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.
Mars' tynne atmosfære, synlig i horisonten i dette bildet fra en lav bane.
Den største andelen av atmosfæren pa Mars er karbondioksid (
CO
2
). I løpet av en vinter pa Mars befinner polomradene seg i kontinuerlig mørke og overflaten blir sa kald at sa mye som 25 % av atmosfærens
CO
2
kondenserer ved polkalottene til fast
CO
2
-is (
tørris
). Nar polomradene igjen blir utsatt for sollys om sommeren
sublimerer
CO
2
-isen tilbake til atmosfæren. Denne prosessen fører til betydelige arlige variasjoner i det atmosfæriske trykket og den atmosfæriske sammensetningen rundt polene pa Mars.
Sammenlignet med atmosfæren pa de andre planetene i
solsystemet
er atmosfæren pa 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 pa 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 var.
[9]
Marshimmelen med skyer som inneholder vannholdig is
Andre aspekter av Mars' atmosfære varierer betydelig. Nar karbondioksid
sublimerer
tilbake til atmosfæren i løpet av sommeren etterlater det spor av vann. Sesongvinder feier over polomradene 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 polomrade. Videre analyse av
landingsfartøyet
Phoenix vil bekrefte om vannet var flytende og om det inneholder organiske materialer som er nødvendig for liv.
Spormengder av
Metan
(
CH
4
) pa nivaer 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 pa ca. 10 nmol/mol.
[15]
Fordeling av
metan
i atmosfæren til Mars i løpet av det som er sommertid pa den nordlige halvkule
Fordi metan pa Mars raskt vil brytes ned pa grunn av
kosmisk straling
,
[
trenger referanse
]
ultrafiolette straler fra solen og kjemiske reaksjoner med andre gasser, nødvendiggjør den rapporterte vedvarende tilstedeværelsen i atmosfæren at det foreligger en kilde til a fylle pa gass.
[16]
Naværende
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 foreslatt at metan kan fylles opp av meteoritter som gar inn i atmosfæren, men forskere fra
Imperial College London
har funnet at volumene av metan som frigjøres pa denne maten er for lave til a opprettholde de malte nivaene av gassen.
[18]
Metanet oppstar 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 pa 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 anslatt at Mars arlig ma produsere 270 tonn metan.
[19]
[21]
[22]
Forskning antyder at den impliserte nedbrytingstiden for metan kan være sa lenge som ~4 ar og sa kort som ~0,6 ar.
[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 ar) for fotokjemisk (
UV-straling
) nedbryting.
[19]
Den raske nedbrytingen av metan antyder at en annen prosess ma dominere fjerningen av atmosfærisk pa Mars, og den ma være mer effektiv enn nedbryting av lys med en faktor pa 100x til 600x.
[19]
[23]
Denne uforklarlige raske nedbrytingen antyder ogsa 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 pa naværende
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 pa Mars.
NASA
og
Den europeiske romfartsorganisasjon
(ESA) planlegger a 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 a være ledsaget av
etan
, mens vulkansk metan er ledsaget av
svoveldioksid
.
[27]
De viktigste kandidatene til opprinnelsen til metan pa Mars omfatter ikke-biologiske prosesser som reaksjoner mellom vann og steiner, radiolyse av vann og dannelse av svovelkis som alle danner
H
2
som sa kunne generere metan og
hydrokarboner
via
Fischer-Tropsch-syntesen
med
CO
og
CO
2
.
[28]
Det ble ogsa nylig pavist at metan kunne produseres ved en prosess som involverer vann,
karbondioksid
og
mineralet
olivin
, som er kjent for a være vanlig pa Mars.
[29]
De nødvendige prosessene for denne reaksjonen (dvs. høy temperatur og trykk) eksisterer ikke pa overflaten, men kan eksistere i jordskorpen.
[30]
For a bevise at denne prosessen forekommer ma
serpentin
, et mineral-bi-produkt av prosessen, bli oppdaget. En annen mulig geofysisk kilde kan være
klatrathydrater
.
[31]
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 sa lenge pa en planet sa ugjestmild som Mars.
[12]
Det har blitt antydet at grotter kan være de eneste naturlige strukturene i stand til a beskytte primitive livsformer fra
mikrometeoroider
, UV-straling, 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 pa 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 a fjerne, og er dermed upalitelige. I tillegg hevder de at de publiserte observasjonene som sterkest indikerer metan pa Mars ogsa hevder at det ikke er metan tilstede pa Mars.
[35]
[36]
[37]
For a 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 a identifisere kildene til terrestriske metan har vist at malinger av forskjellige metanisotopologer ikke nødvendigvis skiller mellom mulige geologiske og biogene kilder, men overfloden av andre gasser som dannes samtidig, som
etan
(
C
2
H
6
), i forhold til metan gjør det; overflodforholdet 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 a lande pa Mars i 2012, vil kunne foreta malinger som skiller mellom de ulike typene av metan,
[40]
men selv om oppdraget er a fastsla 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,
[26]
[42]
sa vel som dens nedbrytingsprodukter som
formaldehyd
og
metanol
.
Atmosfæren pa Mars er en ressurs av kjent sammensetning, tilgjengelig ved enhver landingsplass pa Mars. Det har vært foreslatt at en
menneskelig utforskning av Mars
kunne bruke
karbondioksid
(
CO
2
) fra atmosfæren til a lage
rakettdrivstoff
for hjemferden. Oppdragsstudier som foreslar a bruke atmosfæren pa denne maten 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 hydrogen (
H
2
) for a lage metan (
CH
4
) og oksygen (
O
2
), og
elektrolyse
som bruker
zirconiumdioksid
-elektrolytt til a splitte karbondioksid til oksygen (
O
2
) og karbonmonoksid (
CO
)
- ^
David Tenenbaum (20. juli 2005).
≪Interplanetary Whodunit - Methane on Mars≫
.
Astrobiology Magazine
(engelsk)
.
NASA
.
Del en av fire-delers serie
- ^
≪Making Sense of Mars Methane≫
(engelsk)
. juni 2008. Arkivert fra
originalen
23. september 2008
. Besøkt 18. oktober 2011
.
- ^
≪Elemental composition of Mars' atmosphere≫
(engelsk)
. Arkivert fra
originalen
15. juni 2011.
- ^
Seiff, A. and Kirk, D. (1977).
≪Structure of the atmosphere of Mars in summer at mid-latitudes≫
.
Journal of Geophysical Research
(engelsk)
. s. 4364?4378.
- ^
≪Lemmon et al., "Atmospheric Imaging Results from the Mars Exploration Rovers: Spirit and Opportunity≫
(engelsk)
.
- ^
≪Gamma-Ray Evidence Suggests Ancient Mars Had Massive Oceans≫
.
Science Daily
(engelsk)
. University of Arizona
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
a
b
≪Solar Wind Rips Up Martian Atmosphere≫
.
NASA Headlines
(engelsk)
. NASA. Arkivert fra
originalen
14. august 2009
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
≪The Solar Wind at Mars≫
.
Science @ NASA
(engelsk)
. NASA. Arkivert fra
originalen
23. mars 2010
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Francois Forgot.
≪Alien Weather at the Poles of Mars≫
(PDF)
(engelsk)
.
Science
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
≪Clouds≫
(engelsk)
.
NASA
(pressemelding). 13. desember 2004
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
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
- ^
a
b
Michael J. Mumma.
≪Mars Methane Boosts Chances for Life≫
(engelsk)
. Skytonight.com. Arkivert fra
originalen
20. februar 2007
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
V. Formisano, S. Atreya T. Encrenaz, N. Ignatiev, M. Giuranna (2004). ≪Detection of Methane in the Atmosphere of Mars≫.
Science
. 306 (5702): 1758?1761.
Bibcode
:
2004Sci...306.1758F
.
PMID
15514118
.
doi
:
10.1126/science.1101732
.
- ^
V. A. Krasnopolskya, J. P. Maillard, T. C. Owen (2004). ≪Detection of methane in the Martian atmosphere: evidence for life?≫.
Icarus
. 172 (2): 537?547.
Bibcode
:
2004Icar..172..537K
.
doi
:
10.1016/j.icarus.2004.07.004
.
- ^
ESA Press release.
≪Mars Express confirms methane in the Martian atmosphere≫
(engelsk)
. ESA
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Kazan, Casey (3. januar 2011).
≪Will Mars Be Our 'Rosetta Stone' in the Search for Life?≫
.
The Daily Galaxy
(engelsk)
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Michael Smith (10. september 2009).
≪Mars Trace Gas Mission Science Rationale & Concept≫
(engelsk)
. NASA/GSFC. Arkivert fra
originalen
(
ppt
)
21. juli 2011
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Court, Richard; Sephton, Mark (8. desember 2009).
≪Life on Mars theory boosted by new methane study≫
.
Imperial College London
(engelsk)
. Besøkt 9. desember 2009
.
- ^
a
b
c
d
e
f
Mumma, Michael J. (20. februar 2009).
≪Strong Release of Methane on Mars in Northern Summer 2003≫
(
PDF
)
.
Science
. 323 (5917): ss. 1041?1045.
Bibcode
:
2009Sci...323.1041M
.
PMID
19150811
.
doi
:
10.1126/science.1165243
.
- ^
Hand, Eric (21. oktober 2008).
≪Plumes of methane identified on Mars≫
(PDF)
(engelsk)
. Nature News
. Besøkt 2. august 2009
.
- ^
Vladimir A. Krasnopolsky (februar 2005).
≪Some problems related to the origin of methane on Mars≫
.
Icarus
. 180 (2): 359?367.
doi
:
10.1016/j.icarus.October+1,+20055
. Arkivert fra
originalen
28. desember 2008
. Besøkt 18. oktober 2011
.
- ^
≪Planetary Fourier Spectrometer website≫
(engelsk)
. ESA, Mars Express. Arkivert fra
originalen
2. mai 2013
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
a
b
Franck, Lefevre (6. august 2009).
≪Observed variations of methane on Mars unexplained by known atmospheric chemistry and physics≫
.
Nature
. 460 (7256): 720?723.
Bibcode
:
2009Natur.460..720L
.
PMID
19661912
.
doi
:
10.1038/nature08228
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Burns, Judith (5. august 2009).
≪Martian methane mystery deepens≫
.
BBC News
(engelsk)
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Zahnle, Kevin (2010).
≪41st Lunar and Planetary Science Conference≫
(PDF)
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
a
b
Rincon, Paul (9. juli 2009).
≪Agencies outline Mars initiative≫
.
BBC News
(engelsk)
. Besøkt 26. juli 2009
.
- ^
a
b
Docksai, Rick (juli 2011).
≪A Chemical Mission to Mars≫
.
CBS
(engelsk)
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Michael Mumma (2010).
≪Astrobiology Science Conference 2010≫
(PDF)
(engelsk)
. Goddard Space Flight Center. Greenbelt, MD, USA.: Astrophysics Data System
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Oze, C., M. Sharma (2005).
≪Have olivine, will gas: Serpentinization and the abiogenic production of methane on Mars≫
.
Geophys. Res. Lett
. 32 (10): L10203.
Bibcode
:
2005GeoRL..3210203O
.
doi
:
10.1029/2005GL022691
.
- ^
Rincon, Paul (26. mars 2009).
≪Mars domes may be 'mud volcanoes
'
≫
.
BBC News
(engelsk)
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Thomas, Caroline (januar 2009).
≪Variability of the methane trapping in Martian subsurface clathrate hydrates≫
.
Planetary and Space Science
. 57 (1): 42?47.
Bibcode
:
2009P&SS...57...42T
.
doi
:
10.1016/j.pss.2008.10.003
. Besøkt 2. august 2009
.
[
død lenke
]
- ^
Accessing The Subsurface Of Mars On Near Term Missions
(PDF)
(engelsk)
. NASA. juni 2008
. Besøkt 15. september 2009
.
- ^
Rincon, Paul (17. mars 2007).
≪
'
Cave entrances' spotted on Mars≫
(engelsk)
. BBC News
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Than, Ker (2. april 2007).
≪Possible New Mars Caves Targets in Search for Life≫
(engelsk)
. Space,com
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Zahnle, Kevin; Freedman, Richard; Catling, David (2011).
≪Is there Methane on Mars? Part II≫
(PDF)
(engelsk)
. Lunar and Planetary Institute
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
≪Methane on Mars. Now you see it. Now you don't...≫
.
The Economist
(engelsk)
. 29. desember 2010
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Zahnle, Kevin; Freedman, Richard S.; David C. Catling (2011).
≪Is there methane on Mars?≫
.
Icarus
. 212 (2): 493?503.
Bibcode
:
2011Icar..212..493Z
.
doi
:
10.1016/j.icarus.2010.11.027
.
- ^
Nicholas M. Short, Sr.; m.fl.
≪Remote Sensing Tutorial, Section 19-13a - Missions to Mars during the Third Millennium≫
(engelsk)
. NASA. Arkivert fra
originalen
21. oktober 2011
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
≪Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG MSO-SAG-2)≫
(PDF)
. 2007: 16
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Tenenbaum, David (9. juni 2008).
≪Making Sense of Mars Methane≫
.
Astrobiology Magazine
(engelsk)
. Besøkt 13. oktober 2011
.
- ^
Steigerwald, Bill (15. januar 2009).
≪Martian Methane Reveals the Red Planet is not a Dead Planet≫
.
NASA's Goddard Space Flight Center
(engelsk)
. NASA. Arkivert fra
originalen
17. januar 2009
. Besøkt 24. januar 2009
.
- ^
≪NASA orbiter to hunt for source of Martian methane in 2016≫
.
Thaindian News
(engelsk)
. 6. mars 2009. Arkivert fra
originalen
5. oktober 2018
. Besøkt 26. juni 2009
.