Marsin kaasukehä

Wikipedia

Marsilla on ohut kaasukehä, jonka paine on noin 1/200 Maan ilmakehän paineesta. Se on enimmäkseen hiilidioksidia, mutta siellä on myös typpeä, argonia ja jälkiä hapesta ja vesihöyrystä, sekä muita kaasuja vielä pienempiä määriä. Marsin ilmakehässä on vesihöyryä vain 1/1000 Maan vastaavasta.^lähde? Marsin kaasukehästä on löydetty myös metaania, joka saattaa viittaa mikrobiseen elämään, komeettojen iskuihin tai heikkoon vulkaaniseen toimintaan. Paine pinnalla on korkeudesta riippuen 0,6–1,155 kPa, Maassa se on 101,3 kPa. Talvella 25 % kaasukehästä tiivistyy napalakkiin hiilidioksidijääksi. Hiilidioksidijään sulaminen laukaisee voimakkaita pölymyrskyjä, ja Marsissa on monenlaisia vedestä ja hiilidioksidijäästä koostuvia pilviäkin. Marsin sää on kokonaisuutena ennustettavampaa kuin Maan sää.

Muinaisessa historiassa Marsin kaasukehä on ollut tiheämpi tulivuoresta purkautuvien kaasujen takia. Kun Marsin painovoima on niin pieni, kaasut ovat haihtuneet pinnalta pois.

Sisällysluettelo 1 Kaasukehän koostumus 2 Kaasukehän rakenne 3 Kaasukehän paine 4 Lämpötila 5 Tuulen nopeus 6 Mahdollinen nestemäinen vesi 7 Kaasukehän kerrokset 8 Marsin suursääjärjestelmät 9 Marsin pohjoinen hurrikaani 10 Pienempiä sääilmiöitä 11 Marsin vuodenajat eri pallonpuoliskoilla 12 Marsin pilvet 12.1 Marsin pilvilajit 13 Pölymyrskyt 13.1 Suuret pölymyrskyt 13.2 Napa-alueen pölymyrskyt 14 Jääkaudet, lämpökaudet 15 Lähteet 16 Aiheesta muualla

[muokkaa] Kaasukehän koostumus

Marsin kaasukehä on hyvin ohut ja koostuu lähinnä hiilidioksidista (95 %) ja vähistä määristä typpeä (3 %), argonia (1,6 %), happea 0,13 % ja vettä 0,03 %. Jos se olisi nesteenä pinnalla, se synnyttäisi vain 0,1 mm:n paksuisen kerroksen. Ilmakehässä on jälkiä myös metaanista (10 – 11 ppm) ja otsonista. Jos ihminen voisi puhua Marsissa hänen äänensä kuulostaisi paljon matalammalta kuin Maassa. Tämä johtuu kaasukehän koostumuksesta. Sama tapahtuu jos hengittää heliumkaasua; ääni kuulostaa korkealta kimitykseltä.

[muokkaa] Kaasukehän rakenne

Marsin kaasukehä eroaa maan kaasukehästä muun muassa siten, että siitä puuttuu Maalle tyypillinen tropopaussi ja stratosfääri.

marsin kaasukehän skaalakorkeus on noin 11 km, kun se on Maassa 6 km. Skaalakorkeuden matkalla kaasuosasten tiheys alenee noin 1/2,72 osaan. Noin 50 km korkeudessa kaasun paine on noin 1/60 siitä mitä pinnalla, eli noin 1/1000 siitä mitä Maassa^[1], eli 0,1 mbar. 105 km korkeudessa paine on vain 0.0001 mbar.^[2] Marsin pilviä sisältävän "tropofäärin" raja on noin 80-90 km:ssä. Siellä on vesijääpilviä noin 20 km ja hiilidioksidijääpilviä 50 km korkeudessa. Sen jälkeen alkaa stratosfääri tai oikeammin mesosfääri.

Marsin kaasukehän jako kolmeen kerrokseen

• Troposfääri 45 km korkeuteen
• Mesosfääri 45-115 km
• Termosfääri yli 115 km ^[3]

Eräs Marsin kaasukehän jako

• Alempi kaasukehä: leijuvan pölyn lämmittämä kaasukehän alin kerros.
• Keskikaasukehä: Tässä kerroksessa on suihkuvirtaus
• Ylempi kaasukehä tai termosfääri: auringon kuumaksi lämmittämä kerros, jossa kaasumolekyylit alkavat hajota. Noin 150 km korkeudessa lämpötila alkaa noustaa^[4].
• Eksosfääri alkaa suunnilleen 200 km korkeudessa marsin pinnasta. Eksosfääri on ulospäin aaäerrömiin harveneva vyöhyke, missä Marsin kaasukehä karkaa avaruuteen, koska täällä kaasun osasten nopeudet ylittävät Marsin painovoiman.

[muokkaa] Kaasukehän paine

Marsin kaasukehän paine on keskimäärin vain 0,6 kPa, verrattuna Maan ilmakehän 101,3 kPa:n paineeseen. Tämä on sama kuin 600 Pa eli 6 mbar. Näin ollen Marsin kaasukehän paine on 0,6 % maan vastaavasta. Marsin kaaukehän paine on korkeimmalla kohdalla noin 25 km korkean Olympus Monsin huipulla 30 Pa ja alimmalla kohdalla Hellas Planitiassa yli 1155 Pa. Marsin kaasuhekän paine eli "ilmanpaine" vaihtelee vuodenaikojen mukaan muun muassa sen takia, että ajoittain osa kaasukehän hiilidioksidista sitoutuu planeetan napalakkiin. Vikingin ja Pathfinderin laskeutumispaikoilla paine vaihteli niin että talvella oli korkeapaine 9 – 10 mbar, kesällä matalapaine 7 mbar.^[5] Maassa kilometrin päähän raikuva ihmisen huuto kuuluisi Marsissa hieman vajaan 15 metrin päähän.^lähde? Tämä johtuu Marsin pienestä ilmanpaineesta.

[muokkaa] Lämpötila

Marsin akselikallistuma on suunnilleen sama kuin Maapallolla ja vuorokausi hieman pidempi kuin Maalla. Mars saa säteilyä 589 W/m2 ali alle puolet siitä mitä Maa. Tästä johdettu marsin ns. tasapainolämpötila on 210 K. Marsissa on yleensä kylmää, keskimäärin -55° C^[6], Maan keskilämpötila on vertailun vuoksi +15 °C.

Viking 1-luotaimen laskeutumispaikan lämpötila oli kesällä -31 -- -81 °C. Viking 2:n lämpötila oli -30 -- -81 °C.^[7] Mars Pathfinderin laskeutumispaikalla lämpötila laski eräänä yönä -75 asteeseen ja nousi yöllä -15 asteeseen. Viking 1:n ja Pathfinderin laskeutumispaikalla lämpötila vaihteli melko säännöllisesti välillä -90° C – -25 °C.

Päiväntasaajalla yölämpötila on -90 °C ja päivällä joskus jopa 0 – +20-+25° C.^[8]. Napaseudun kylmin yö on etelänavalla talvella -133 °C, päivällä siellä on vaaleilla alueilla -70 °C ja tummilla noin -35 °C. Tässä lämpötilassa hiilidioksidijää sublimiutuu Marsin kaasukehään, ja jää on siten vesijäätä. ^[9] Päiväntasaajan vuoden keskilämpötila on -50 - -55 °C, navoilla -110 - -115 °C.^[10]

Marsin kaasukehän kasvihuoneilmiö on vain 7 °C (5-10 C^[11]), Maassa 38 °C.^[12]

Mars on lähimpänä Aurinkoa silloin, kun Marsin kaltevan akselin etelänapa osoittaa Auringon suuntaan. Tällöin Marsin etelän kesä on hivenen lämpimämpi kuin pohjoisen kesä.

Lämpötila vaihtelee vuorokauden aikana 50-60 °C, jopa 80 °C.^[13] Pölymyrsky supistaa Marsin yö- ja päivälämpötilan eron noin 10 °C, se viilentää päivää ja lämmittää yötä.^[14]

Kasvihuone-ilmiön vaikutus Marsissa on noin 5 astetta. Planeetan keskilämpötila on -50 C, teoreettinen ennustettu -55 C.^[15]

Huhtikuussa 2007 julkaistun tutkimuksen mukaan Marsissa olisi käynnissä globaali ilmastonmuutos, jonka seurauksena planeetan keskilämpötila voi nousta 0,65 °C vuosisadassa. Tämä johtuu planeetan pinnan tummumisesta pölymyrskyjen siirtäessä vaaleaa pölymäistä maa-ainesta pois tummien kallioiden päältä.^[16]

[muokkaa] Tuulen nopeus

Tavallinen tuulen nopeus Marsin pinnalla oli Vikingin laskeutumispaikalla kesällä 2-7 m/s ja syksyisin 5-10 m/s. Pölymyrskyn tuulen nopeus on jopa 17-30 m/s , ja pyörremyrskyissä jopa tätä isompi.

^[17]

[muokkaa] Mahdollinen nestemäinen vesi

Hellaksen altaassa paine ylittää 11,55 mbar, ja jos lämpötila nousisi siellä 0 °C yläpuolelle, niin vesi voisi olla nesteenä.

[muokkaa] Kaasukehän kerrokset

Marsin kaasukehässä on vain kolme kerrosta, maan ilmakehässähän on viisi. Marsista puuttuu stratosfääri, niin kuin Venuksestakin.

• Troposfääri ulottuu noin 45 km:n korkeuteen^[18]
• Mesosfääri 45-115 km
• Termosfääri eli eksosfääri noin 115 km --> yli 300 km^[19]

[muokkaa] Marsin suursääjärjestelmät

Marsin ja Maan tuulet muistuttavat jossain määrin toisiaan, koska molemmat pyörivät suunnilleen samassa jaksossa ja niiden akseli on samalla lailla kallellaan. Ns. Hadleyn kiertoliikkeessä Marsin päiväntassajan seuduilla nousee lämmin ilma ylöspäin, ja liikkuu ylhäällä kohti napoja. Marsin pyörimisen aiheuttama Coriolis-ilmiö kääntää liikettä kohti napoja. Ilman virtaus lämpimältä päiväntasaajaseudulta jatkuu navoille asti, toisin kuin Maassa. Marsissa esiintyy Maata säännöllisempinä korkea- ja matalapaineiden vuorottelua eli niin sanottuja barokliinisia vaihteluita lähinnä talven molemmin puolin.

Marsissa on matalapaineita alemmassa ilmakehässä lähellä napalakkia. Päiväntasaajalla on itätuulia, muualla länsituulia. Yläilmakehässä on napa-alueita kiertäviä suihkuvirtauksia, joiden nopeus on 150 m/s. ^[20] Marsille luonteenomaisia säähän vaikuttavia tekijöitä ovat hiilidioksidin härmistymisestä ja tiivistymisestä johtuvat tuulet pohjois-eteläsuunnassa, sekä tuulten nostaman pölyn vaikutus kaasukehän lämpötilaan ja tuuliin.^[21]

[muokkaa] Marsin pohjoinen hurrikaani

Marsissa on kesäisin pohjoisen napalakin lähistöillä aina samassa kohdassa suuri Maan syklonia tai hurrikaania muistuttava pilvipyörre, joka koostuu vesijääpilvistä. Sen läpimitta on noin 1750 km, ja myrskyn silmän läpimitta noin 300 km. Myrsky on suunnilleen paikassa 67° pohjoista leveyttä, 85° läntistä pituutta, Mare Acidaliumin länsipuolella. Hurrikaani on pohjoisen napalakin lähistöillä, missä on kesäisin myös muita hurrikaaneja.

^[22]

[muokkaa] Pienempiä sääilmiöitä

Marsissa esiintyy vuorituuli-ilmiö, joka on marsin kesäpallonpuoliskolla hyvin säännöllinen.

[muokkaa] Marsin vuodenajat eri pallonpuoliskoilla

Marsin akselikallistuma määrää planeetan vuodenajat, mutta myös radan suurella soikeudella on merkitystä. Marsin etelän talvi on pitkä ja kylmä, pohjoinen talvi lyhyt ja lauha, marsin mitapuiden mukaan. Marsin akselikallistuman uskotaan huojuvan jopa 45 asetta, ja Marsin uskotaan olevan nykyään lämpimässä jääkausien välisessä tilassa. Marsin radan soikeuden ja akselikallistuman muutokset johtavat 170000 vuoden mittaiseen jääkausijaksoon.

[muokkaa] Marsin pilvet

Marsin pilviä, ns. "sinisiä" tai "valkoisia pilviä" on nähty pitkään kaukoputkilla, ja niitä nähdään avaruusluotainten kuvissa. Ne muistuttavat useimmin maan cirruspilviä. Pilviä on usein korkeiden tulivuorten ympärillä ja muutenkin eniten ekvaattorialueilla. Vesijääpilviä on silloin tällöin varsinkin päiväntasaajan lähellä, ja hiilidioksidipilviä napojen lähellä.^[23] Pilvet ovat 15–25 km:n korkeudessa ja liikkuvat esim. nopeudella 6,7 m/s.^lähde?. Marsista on löydetty pilviä jopa 80-100 km:n korkeudelta.^[24]Vesijääpilvet ovat noin 10-15 km:n korkeudessa, hiilidioksidijääpilvet yli 40-50 km:n korkeudella.^[25]Pölyä nousee yli 40 km:n korkeuteen.^[26]

Marsin pilvet koostuvat vesi- ja hiilidioksidijäästä. ^[27]

Eteläisen ja pohjoisen pallonpuoliskon sääilmiöt ovat erilaisia.

Pohjoisen pallonpuoliskon syksyllä napajäätikön supistuttua pienimmillään syntyy pilviä, jotka leviävät aina 40-50 leveysasteelle asti. Eteläisellä pallonpuoliskolla ilmiötä ei ole nähty. Pohjoisella pallonpuoliskolla, toisn kuin eteläisellä, nähdään myös 100-300 km:n läpimittaisia spiraalipilviä.

Talvella kraattereissa havaitaan tuulen suojapuolelle synnyttäviä aaltomaisia pilviä, ja pohjoisessa myös kylmän rintaman pilviä.

Marsin päiväntassajan seuduilla näkyy aaltopilveä kevään aikoina, mutta niiden määrä pienenenee kesällä, ja syksyllä nämä pilvet ovat molemmilla pallonpuoliskoilla harvinaisia.

Lopputalvella pohjoisella pallonpuoliskolla näkyy 3-4 päivän välein säärintamiin liittyviä pilviä, mutta nämä ovat eteläisellä pallonpuoliskolla harvianisia.

Hyvin korkealla Tharsis-harjulla havaitaan monipuolisempia sääilmiöitä kuin muualla, koska korkeusvaihtelut tuottavat monenlaisia tuulia. Monesti Tharsis-harjun tulivuorten lähellä on valkea pilvivaippa. Pilviä esiintyy pitkin vuotta, toki vaihdellen vuodenajan mukaan.

Keväisin aamulla Tharsiksen seudulla on vuorten suojanpuolella aaltopilviä, päivän edetessä tuulen puolelle syntyy konvektiopilviä niin kuin vastaavissa oloissa Maassa.

Loppukeväällä ja alkukesällä aamuisin esiintyy pitkiä, jopa 1000 km:n mittaisia putkipilviä, joihin syntyy aaltojärjestelmä päivällä, aallonpituuden ollessa 10-20 km. Tämä järjestelmä siirtyy koilliseen tulivuorten jonoa pitkin. Syksyllä Tharsiksella syntyy suojanpuolen aaltopilviä, ja alkutalvella pelkkää utua.

Pilvisuyyteen vaikuttavat tietenkin vuodesta toiseen epäsäännöllisesti esiintyvät pölymyrskyt.

[muokkaa] Marsin pilvilajit

• Suojanpuolen pilvet: pilviä, joita on korkeiden vuorten tuulen suojanpuolella, liittyen tulivuoriin, harjanteisiin, kraattereihin. Marsin "ilma" liikkuu täällä aaltomaisesti.^[28]
• Aaltopilvet: Yleensä napa-alueen lähellä olevia alaatomaisia pilviä. Niitä on myös Tharsisksella ja Lunae Planumilla.
• Pilvitäplät: pilviä, joita esiintyy kahden riveissä, ovat kumpupilviä. Niitä on pohjoisella napa-alueella,

Tharsis-harjulla ja Syria Planumilla.

• Viirumaisia pilviä: muistuttavat lähinnä Maan cirrus-tai cirrostratus-pilviä. Esiintyvät kaikkialla, eniten niitä on ylämailla lounaaseen Syrtis Majorista.

• Sumua ja utua iltaisin ja aamuisin, näkyy hyvin jos ilmakehässä ei ole pölyä. Mm Argyren ja Hellasin altaassa. Niitä esiintyy joskus ylämaillakin, Sinus Sabaeusilla ja Solis Planumilla.

• Pölypilvet, pölymyrskyt.

[muokkaa] Pölymyrskyt

Marsissa eiintyy pieniä pölypyörteitä, ja myös valtavia pölymyrskyjä. Pienet pölypyörteet jättävät jälkeensä kiemurtelevia tummia vanoja.

Joka vuosi syntyy monia muutaman sadan kilometrin läpimittaisia pölymyrskyjä. "Keltaiset pilvet", pölymyrskyt nostavat pölyä jopa 50 km:n korkeuteen.^lähde? Joskus pölymyrsky leviää koko planeetan laajuiseksi peittäen kaikki planeetan piirteet tulivuoria lukuun ottamatta. Pölymyrskyt esiintyvät planeetan ollessa lähellä Aurinkoa. Tuulen nopeus on myrskyissä yli 100 m/s^lähde? ja ilman 35 m/s.^lähde?

[muokkaa] Suuret pölymyrskyt

Marsin kesällä näyttää syntyvän pienehköjä pölymyrskyjä. Eräs syntyi Hellaksen altaan eteläosissa heinäkuussa.

Joskus harvoin pieni pölymyrsky leviää nopeasti parissa päivässä laajalle alueelle, koko planeetan alalle.

Vuodesta 1877 on havaittu vain 10 suurta koko planeetan peittänyttä pölymyrskyä.^[29]Niitä on ollut vuosina 1909,1924,1956,1971,1973,1975,kaksi 1977,1982 ja 2001.^[30]

Pölymyrsky vaeltaa synnyttyään länteen Tharsiksen seudulle. Planeetan laajuinne pölymyrsky peittää useimmat piirteet, pöly leviää niillekin alueille, joilla tuuli ei ole kaikkein voimakkainta. Tällöin planeetalta erottuvat vain napalakit, aavistus tummista alueista ja korkeimmat tharsis-harjun tulivuoret.

Ilmaan noussut pöly varjostaa ja viilentää Marsin pintaa, mutta lämmittää ilmakehän keskikerroksia. Pölyhiukkaset heijastavat 20-25% saamastaan Auringon säteilystä.

Marsissa oli suurin koskaan havaittu pölymyrsky 1971, se peitti napalakitkin.

Suuret pölymyrskyt eivät vahingoittaneet pinnalle laskeutuneita Viking-luotamia.

[muokkaa] Napa-alueen pölymyrskyt

Keväällä molemmilla pallonpuoliskoilla pölymyrsky saattaa kulkea napa-alueelta kohti päiväntasaajaa. Se on rintaman muotoinen, ja sen molemmilla puolilla ovat pyörteet, niin että se näyttää ylhäältä katsoen hieman sienimäiseltä. ^[31] Napa-laueella on pilviä. Napa-alueen pölymyrskyt syntyvät hiilidioksidijään sulamisesta. Kylmien napa-alueiden ympärillä on lämpimiä tummia alueita, joiden yllä ilma nousee ylöspäin. Napa-alueiden ilma laskeutu alaspäin. Syntyy kiertoliike.

[muokkaa] Jääkaudet, lämpökaudet

Marsin tulivuorten purkausten vapauttamien kaasujen arvellaan lämmittävän ilmakehää muutaman kymmenen miljoonan vuoden välein.^lähde? Marsissa on joskus sen akselikallistuman tms. muutoksista johtuvia jääkausia, jolloin napalakit ulottuvat ehkä 30 leveysasteelle asti.

[muokkaa] Lähteet

1. ↑ http://www.student.oulu.fi/~jkorteni/space/mars/atm/meteorology.html
2. ↑ http://www.student.oulu.fi/~jkorteni/space/mars/atm/meteorology.html
3. ↑ http://lasp.colorado.edu/~bagenal/3720/CLASS14/14EVM-5.html
4. ↑ http://physics.uoregon.edu/~jimbrau/BrauImNew/Chap10/FG10_19.jpg
5. ↑ http://www.student.oulu.fi/~jkorteni/space/mars/atm/meteorology.html
6. ↑ http://seds.lpl.arizona.edu/nineplanets/nineplanets/mars.html
7. ↑ Heikki Oja - Markku Poutanen Planeetat sivu 117-119
8. ↑ http://seds.lpl.arizona.edu/nineplanets/nineplanets/mars.html
9. ↑ Heikki Oja: Planeetat sivu 117-119
10. ↑ Suuntana Mars! sivu 161
11. ↑ http://www.astro.helsinki.fi/~mvaisala/marsilma.pdf
12. ↑ Suuntana Mars sivu 160
13. ↑ http://www.ursa.fi/yhd/komeetta/TSiili.htm
14. ↑ Suuntana Mars sivu 162
15. ↑ www.astro.ufl.edu/~skane/teaching/ast2037/A2037_Lect16.pdf
16. ↑ Fenton, Geissner & Haberle: Global warming and climate forcing by recent albedo changes on Mars. Nature, 2007, nro 446, s. 646-649.
17. ↑ http://www.yle.fi/teema/tiede/punainen_planeetta_kutsuu/marsin_ilmakeha.shtml
18. ↑ http://lasp.colorado.edu/~bagenal/3720/CLASS13/13EVM-4.html
19. ↑ http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/cool_stuff/tour_mars_atm_5.html
20. ↑ http://www.astro.helsinki.fi/~mvaisala/marsilma.pdf
21. ↑ Suuntana Mars! sivu 165
22. ↑ http://science.nasa.gov/current/event/ast19may99_1.htm
23. ↑ http://www.astro.helsinki.fi/~mvaisala/marsilma.pdf
24. ↑ http://www.avaruus.fi/index0806.html
25. ↑ http://physics.uoregon.edu/~jimbrau/BrauImNew/Chap10/FG10_19.jpg
26. ↑ http://www.daviddarling.info/images/Mars_atmosphere1.jpg
27. ↑ Suuntana Mars! sivu 168
28. ↑ http://www.solarviews.com/eng/marscld.htm
29. ↑ http://science.nasa.gov/headlines/y2003/09jul_marsdust.htm
30. ↑ http://www.alpo-astronomy.org/Presentations/Parker%20-%20Mars%202005%20app.pdf
31. ↑ http://www.msss.com/mars_images/moc/9_12_00_dust_storm/mars_and_earth_storms.jpg

[muokkaa] Aiheesta muualla

• Mars Today, current conditions on Mars.
• Nature study explains mystery of Mars icecaps.
• Mars could be undergoing major global warming
• Mars Ski Report: Snow is Hard, Dense and Disappearing
• Mars Global Surveyor MOC2-1151 Release
• mars climate diagram database
• Global warming on Mars?
• Prisonplanet.com:SUV's on Jupiter?
• Images of melting ice cap: Evidence for Recent Climate Change on Mars
• Article from National Geographic on the issue of Martian Global Warming