чем дышат на других планетах
Атмосферы других планет
Газовые оболочки есть и у других планет. На них не обнаружены признаки жизни, поскольку их атмосферы сильно отличаются от земной.
Венера — ближайшая к Солнцу планета, которая имеет атмосферу, состоящую из углекислого газа и не выпускающую наружу тепло Солнца, создавая парниковый эффект. Из-за этого температура на поверхности Венеры составляет 500°С. Марс имеет схожую по составу с венерианской атмосферу, также состоящую в основном из углекислого газа, но с примесями азота, аргона, кислорода и водяного пара, правда, в очень небольших количествах. Несмотря на приемлемую температуру поверхности Марса в определенное время суток, дышать такой атмосферой невозможно.
У планет-гигантов нет твердой поверхности, а их газовые оболочки по своему составу напоминают солнечную. Например, атмосфера Юпитера в основном состоит из водорода и гелия с небольшим количеством метана, сероводорода, аммиака и воды. Очень похожа на нее атмосфера Сатурна. Плотность газов в ней необычайно высока, поэтому наблюдению доступны только ее верхние слои. В них плавают облака из замерзшего газа аммиака, а скорость ветра иногда достигает 1500 км/ч.
Атмосфера Урана, как и остальных крупных планет Солнечной системы, состоит из водорода и гелия. Уран не подогревается никакими внутренними источниками тепла и энергию получает только от Солнца. Поэтому у этой планеты самая холодная атмосфера во всей Солнечной системе. Похожая атмосфера и у Нептуна.
Вдох-выдох: как ученым удалось получить кислород на Марсе
Атмосфера Марса существенно отличается от земной — она куда менее плотная и почти на 96% состоит из углекислого газа, следовательно, дышать марсианским воздухом люди не смогут. Тем не менее, последние новости доказывают, что кислород на Марсе добыть все-таки возможно. Рассказываем, как удалось получить кислород и приближает ли нас это к путешествию на Красную планету.
Как удалось получить кислород?
Перед отправкой на Марс, робот Perseverance снабдили семью научными разработками, направленными на изучение планеты, но сейчас все внимание направлено на девайс под названием MOXIE.
MOXIE — это целая экспериментальная система, направленная на утилизацию и переработку местных ресурсов, в данном случае — в кислород. Другими словами, MOXIE создает кислород по принципу деревьев — вдыхает углекислый газ, а выдыхает кислород. Но процесс переработки включает в себя много деталей, а атмосфера Марса более «тонкая», чем у Земли и на 96% состоит из углекислого газа. Сначала MOXIE втягивает в себя марсианский «воздух» специальным насосом, затем с помощью электрохимического процесса отделяет один атом кислорода от каждой молекулы углекислого газа. Для такой конверсии требуются высокие температуры — около 800 °C, поэтому система оборудована термостойкими материалами, а поверхность и вовсе покрыта тонким слоем золота, который отлично отражает инфракрасные лучи и не позволяет высоким температурам повредить другие части Perseverance. Пока газы проходят через систему, MOXIE анализирует, сколько кислорода произведено, насколько он чистый и как эффективно работает сам аппарат. После каждого теста все газы вентилируются обратно в атмосферу Марса.
Теперь мы можем дышать кислородом, созданным на Марсе?
Не совсем. Дело в том, что сам MOXIE является экспериментальным прототипом размером с тостер, встроенным в Perseverance, а не полноценной отдельной системой. Конкретно этот аппарат не сможет выработать достаточно кислорода для длительной миссии: за год работы на поверхности Марса четырем астронавтам понадобится примерно 1 т кислорода, а в свой первый заход MOXIE произвел, даже по мнению NASA, довольно скромную массу — около 5 г, чего хватит на 10 минут дыхания одного человека. Но нынешний прототип и не рассчитан на большие объемы, главная цель ученых — посмотреть, справится ли он с основным техзаданием, а именно — минимум десять раз произвести около 6 г кислорода 98%-чистоты за час.
Первый запуск прошел вполне успешно, но дальше MOXIE ждут более сложные задачи. Поскольку в будущем полноценной системе придется работать при любых погодных условиях Марса, следующие девять тестовых циклов MOXIE пройдут в разное время суток, различных температурных режимах и, если удастся, даже во время пылевых бурь, которые могут быть очень опасны не только для будущих астронавтов, но и для роботов: в 2019 году из-за гигантской бури марсоход Opportunity перестал выходить на связь, и NASA была вынуждена завершить миссию.
Что это даст космическим экспедициям?
По сути, речь идет о реальной возможности не только отправить, но и вернуть астронавтов домой с Марса. Конечно, кислород нужен самому экипажу, но научный руководитель проекта MOXIE Майкл Хэтч считает это лишь приятным бонусом, а главной целью — обеспечение достаточным количеством кислорода ракеты, чтобы произвести запуск с поверхности планеты. Чтобы сжечь топливо во время запуска, космическому кораблю понадобится около 25 т кислорода. Везти такой объем с Земли на Марс очень дорого и небезопасно.
Поэтому успех маленького MOXIE показал ученым самое главное — технология работает, а значит пилотируемая экспедиция NASA на Марс к 2030 году становится все более реальной. Разработки нового прототипа уже ведутся, и в ближайшем будущем обновленный MOXIE будет почти как сам Perseverance — весом около 1 т, размером чуть больше бытовой печки, а вырабатывать аппарат станет уже тонны кислорода.
Еще одно важное последствие успеха MOXIE — шаг в сторону усовершенствования систем утилизации и переработки местных ресурсов. В будущем такие устройства смогут производить из внеземных продуктов не только кислород, но и, например, питьевую воду, строительные материалы, топливо для ракет, гигиенические продукты и даже создавать условия для выращивания растений. Это значит, что люди, находящиеся на других планетах, не будут зависеть от земных ресурсов, а смогут получать все необходимое самостоятельно на других планетах, что критически важно для длительных космических миссий. NASA рассчитывает продемонстрировать и протестировать перед экспедицией на Марс такие технологии во время миссии на Луну «Артемис» в 2024 году — в рамках программы Lunar Surface Innovation Initiative планируется создавать продукты, используя лунные материалы — например, конвертировать лед на Луне в питьевую воду.
Существуют другие способы получить кислород на Марсе?
Альтернативные подходы есть — например, ученые из Государственного исследовательского университета Северной Каролины предполагают, что кислород можно будет получать из растений, выращенных непосредственно на Марсе. Уже ведутся работы по созданию таких растений, которые смогут выжить в условиях Красной планеты. В основе лежит идея совместить особенности микроорганизмов экстремофилов, которые могут жить в самых неблагоприятных условиях на Земле, с растениями. Для этого используется техника генетического разделения — необходимые гены отделяются от экстремофилов и внедряются в растения. Но даже такие гибриды невозможно посадить в саму почву Марса, но предположительно, удастся вырастить в теплице на марсианской базе, хотя и там условия все равно будут далеки от земных. Если эксперимент пройдет успешно, и гибриды приживутся на Марсе, они смогут обеспечить астронавтов кислородом, едой и даже лекарствами.
Другой возможный способ получения кислорода на Марсе придумали ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе: профессор Виджей Рамани и его команда предлагают использовать для этого соленые озера под поверхностью Марса. В 2020 году сеть соленых озер была обнаружена под ледниками на Южном полюсе планеты — из-за высокой концентрации соли снижается точка замерзания, и вода может находиться в жидкой форме. Методика, над которой работает Рамани, предполагает забор воды из таких озер и ее электролиз — разделение на водород и кислород. Ученые рассчитывают, что через 10-15 лет их разработки могут дополнить MOXIE и другие системы переработки ресурсов.
Добыча кислорода возможна на Марсе, а значит на Луне и других планетах. Как?
Для путешествия и освоения других планет человечеству обязательно придется поддерживать жизненно неободимые ресурсы: один из них воздух. Сможем ли мы без «дозаправок» кислородом спокойно дышать на Марсе и других планетах. Рассказываем, как ученые продвинулись в решении этой проблемы.
Читайте «Хайтек» в
Как мы будем дышать на Марсе?
Выполнение будущей миссии НАСА может занять около пяти лет. Ученые планируют высадить астронавтов на Марс в 2030-х годах. Для этого необходимо достаточное количество кислорода и топлива.
В организации создали экспериментальную установку Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Эта система находится в стадии тестирования на марсоходе Mars Perseverance, который был запущен в июле.
Аппарат преобразует углекислый газ, составляющий 96% атмосферы Красной планеты, в кислород. На Марсе кислород составляет всего 0,13% атмосферы, в то время как атмосфера Земли содержит 21%. Фактически, система работает как деревья — втягивает марсианский воздух насосом, затем отделяет два атома кислорода от каждой молекулы углекислого газа (CO2).
Специалисты Вашингтонского университета предложили еще один способ, дополняющий MOXIE. Их технология позволяет добывать кислород из соленых озер на Марсе.
Экспериментальную методику предложил профессор Виджай Рамани. Она подразумевает использование совершенно другого ресурса. Речь идет о соленой воде из озер, которые находятся под поверхностью Марса. Большая часть воды, которая существует на Марсе, представляет собой лед – как на полюсах, так и в средних широтах планеты.
Согласно технологии Рамани, устройство будет брать воду и расщеплять ее на водород и кислород. Соответствующее исследование профессора и его коллег было опубликовано в журнале PNAS.
Сейчас команда разработчиков тестирует маленькую версию MOXIE. Это поможет исследователям узнать, как ряд факторов окружающей среды, включая пыльные бури, ветры и песок, а также температуру углекислого газа, могут влиять на аппарат. Полномасштабная система по размеру будет немного больше, чем домашняя плита. Ее вес составит около 1000 кг.
А на Луне можно также?
Предположительно да, ведь, как оказалось, в лунной почве содержится огромное количество кислорода. Исследования показывают, что около 45% веса пыли и камней — это чистый кислород.
Группа учёных из Metalysis и Университета Глазго предлагает перерабатывать лунный грунт, побочным эффектом чего станет железо и другие металлические порошки. Сообщается, что добыча собственного кислорода позволит ускорить создание колонии на Луне, а также значительно упростит доставку полезных грузов колонистам.
Отмечается, что материал лунной поверхности почти наполовину состоит из кислорода. Исследователи впервые продемонстрировали пригодный способ его выделения: им удалось добиться выхода почти 100% элемента, а оставшийся продукт был сплавом металлов, то есть также ценным ресурсом.
Добытый кислород можно смешать с другими газами, чтобы сделать его пригодным для дыхания. Также кислород можно использовать в качестве топлива, а Луну — как плацдарм для освоения дальнего космоса. В конце концов, полученное железо легко приспособить для строительства. Эти и многие факторы заинтересовали экспертов ESA, благодаря чему учёные получат необходимое финансирование на ближайшие 9 месяцев.
Новый метод даёт доступ к быстрой и экономичной добыче кислорода, необходимого для поддержания жизнедеятельности на Луне. Кроме того, металл, получаемый в результате реакции, можно будет использовать для производства на месте.
На других планетах можно добывать кислород?
В статье, опубликованной в Nature Astronomy 12 февраля 2018 года Мендильо, адъюнкт-профессор астрономии Пол Уизерс и доктор философии Павел Дальба предлагают взглянуть на ионосферу экзопланеты — тонкий верхний слой атмосферы, который пронизан частицами. Найдете в ней ионы кислорода — и вы нашли жизнь. По крайней мере жизнь в том виде, в котором мы ее знаем.
На протяжении всей истории человеческой цивилизации мы никогда не доходили до сути рассмотрения вопроса об обитаемости Вселенной — вплоть до последних 15 лет — когда мы смогли увидеть планеты вокруг других звезд. А теперь мы находимся на таком этапе решения проблемы, что нужно придумываем идеи, как именно обнаружить жизни вне Земли. Это будет великое интеллектуальное состязание.
Джон Кларк, профессор астрономии Бостонского университета, директор Центра космической физики
Их работа началась, когда Мендильо и Витерс получили грант от Национального научного фонда (NSF) для сравнения всех планетных ионосфер в Солнечной системе. (Она есть на всех планетах, кроме Меркурия, который так близок к Солнцу, что его атмосфера полностью отсутствует.)
Одновременно команда также работала с миссией NASA MAVEN, пытаясь понять, как молекулы, которые составляли ионосферу Марса, убежали с этой планеты. С самого начала космической эры ученые понимали, что планетарные ионосферы сильно различаются, и команда исследователей сфокусировала свое внимание на том, почему это было именно так, и почему ионосфера Земли была настолько отличной от других.
В то время как другие планеты наполняют свои ионосферы сложными заряженными молекулами, возникающими из углекислого газа или водорода, ионосфера Земля держит свой состав довольно простым, в основном с заполнением пространства кислородом. И этот кислород — особый тип кислорода — одиночные атомы с положительным зарядом.
Большинство планет в нашей Солнечной системе имеют немного кислорода в своих атмосферах, но у Земли его много, около 21%. Это связано с тем, что очень много организмов заняты превращением света, воды и углекислого газа в сахар и кислород — этот процесс называется фотосинтезом, и он происходит на Земле последние 3,8 миллиарда лет.
Как и Земля, Венера имеет большое железное ядро и скалистую силикатную мантию, а ее кора, по аналогии с нашей планетой, базальтовая.
Однако на Венере отсутствует кислород — 96% атмосферы состоит из углекислого газа, а несколько раз в день на поверхности выпадают дожди из серной кислоты. Вряд ли хотя бы один известный науке организм проживет в таких условиях больше нескольких секунд, а техника — больше нескольких часов.
Европа — это шестой спутник Юпитера и один из крупнейших спутников в Солнечной системе. Юпитерианская луна интересует ученых по той причине, что она является одним из небесных тел, на которых потенциально может существовать жизнь. Поверхность Европы покрыта слоем льда толщиной несколько километров, под которым находится жидкий водный океан глубиной около 160 километров. Для того чтобы в океане могли развиваться крупные формы жизни, похожие на земные, в воде должен быть растворен кислород. Но этот элемент не может проникнуть сквозь ледяной покров.
Ученые предложили механизм, который объясняет, как под лед может попасть большое количество O2. Кислород образуется на поверхности Европы, когда поток высокоэнергетических частиц из космоса бомбардирует лед — при этом образуются высокоэнергетические формы кислорода, которые способны вступать в реакцию со многими веществами.
Ученые предположили, что содержащие кислород соединения попадают в океан при подвижках корки льда, которые происходят из-за приливного воздействия Юпитера. Обломки льда, на поверхности которых образуется активный кислород, при этом уходят в глубину.
Диона — четвертый спутник газового гиганта Сатурна и еще одно небесное тело, на котором потенциально есть кислород. Космический зонд «Кассини» обнаружил следы этого газа в воздушной оболочке данного объекта. Правда, наличие кислорода в данном случае вовсе не связано с присутствием на Дионе живых организмов.
Уже в прошлом столетии удалось установить, что Диона, имеющая диаметр 1123,4 километра (то есть, она меньше нашей Луны), состоит из водяного льда со значительной примесью каменных пород во внутренних слоях.
Однако достаточно долгое время ученые были убеждены, что никакой атмосферы у этого спутника быть не может — она слишком мала, чтобы удерживать вокруг себя газовую оболочку посредством силы тяготения. Тем не менее, не так давно это представление о природе Дионы было опровергнуто, причем данные для подобного опровержения предоставил тоже «Кассини» — но уже не астроном, а автоматический зонд.
Можно ли производить кислород в космосе?
На МКС запаса кислорода восполняются за счет электролиза воды (разложения ее на водород и кислород). Этим на МКС занимается система «Электрон», расходующая 1 кг воды на человека в сутки. Запасы кислорода также время от времени пополняются в ходе грузовых миссий к орбитальной станции.
Ученые из Калтеха решили найти в рамках своего исследования иной метод производства кислорода. В итоге они пришли к созданию реактора, который удаляет из формулы «CO2» (диоксида углерода) «С» (углерод), оставляя только кислород. Исследователи обнаружили, что если разгонять и ударять молекулы диоксида углерода об инертные поверхности, такие как золотая фольга, то их можно расщепить на молекулярный кислород и атомарный углерод.
Ученые говорят, что их реактор работает по принципу ускорителя частиц. Сперва молекулы CO2 в нем ионизируются, а затем ускоряются с помощью электромагнитного поля, после чего сталкиваются с золотой поверхность. В текущей форме установка обладает весьма низким КПД: на каждые 100 молекул CO2 она способна производить порядка одной-двух молекул молекулярного кислорода.
Однако исследователи обращают внимание на то, что их реактор доказал, что данный концепт производства кислорода действительно возможен и в будущем может стать масштабируемым.
В будущем реактор может использоваться для производства кислорода для астронавтов, которые будут летать на Луну, Марс и за их пределы. На Земле подобная установка с учетом масштабов тоже может оказаться весьма полезной, ведь она сможет снижать концентрации диоксида углерода в атмосфере и перерабатывать их в кислород, тем самым помогая в борьбе с глобальными климатическими изменениями. Однако ученые отмечают, что для практической фазы их установка пока не готова.
Соответственно ответ на этот вопрос, да, однако технические изыскания на этот счет еще не закончены.
ТОП-10 планет, атмосферы которых теоретически пригодны для жизни
Сообщения о том, что астрономы обнаружили в теории пригодную для жизни планету уже не вызывает бурного восторга. Планеты с атмосферой – это не редкость, их обнаружено в общей сложности более двух тысяч, и все в той или иной степени похожи на нашу Землю. Но если рассматривать наиболее землеподобные планеты, то их наберется не больше десятка. Однако, даже в их случае информация о пригодности для жизни будет условной, при этом необходимо уточнять, какие формы жизни ученые имеют в виду. В этой статье перечислены десять экзопланет, которые могли бы быть обитаемыми. Мы расскажем о каждой из них: какая там атмосфера, какие условия, чем они отличаются от привычных нам земным.
Новости об обитаемости планет часто бывают преувеличенными. В качестве примера можно привести открытие GJ1132b, которое изначально преподнесли, как самое значимое в истории. Действительно, она расположена к нам ближе, чем другие экзопланеты. Но назвать ее аналогом Земли будет неправильно хотя бы по той причине, что поверхностная температура на целые сотни градусов выше, чем земная. Точно так же громко преподнесли открытие Kepler 186f и Tau Ceti, в прессе их называли близнецами нашей планеты. Однако, они схожи не так сильно, как хотелось бы ученым.
Чтобы сравнивать экзопланеты по критерию сходства с нашей, ввели коэффициент ESI, он отражает подобие Земле и составляет 0-1. При его определении учитывают множество факторов: качество атмосферы, плотность, температура, скорость при движении по параболе, которую требуется набрать для выхода из-под влияния гравитационного поля. Если показатель превышает 0,8, то небесное тело относят к землеподобным.
Рассмотрим планеты, которые лидируют по данному показателю. Если тебе хотелось бы начать знакомство с космическими просторами с более близких вещей, то обратись к статье «Где начинается космос?».
Kepler 438b
На текущей стадии изучения космоса это лидер по ESI – 0,88. Kepler 438b вращается вокруг своего красного карлик, более холодного и уступающего по размеру Солнцу нашей системы. Размер превышает земной примерно на 12%, нас отделяет от нее 470 св. лет. Оборот делает за 35 суток и, что самое интересное, расположена в обитаемом секторе системы. Там не очень холодно или жарко, что позволяет сохранять воду именно в жидком агрегатном состоянии. Точная температура неизвестна, предположительно она составляет от 0 до 60 градусов. Масса тоже точно не известна, но если ее кора покрыта скалами, то она тяжелее нашей планеты как минимум в 1,4 раза. Главная угроза обитаемости – радиация, которую регулярно выбрасывает центральная звезда. Его не выдержит ни одна из форм жизни.
Gliese 667Cc
Показатель 0,85, тоже вращается по кругу относительно своего карлика красного типа. Отдалена от нас 24 св. годами. Ее удалось обнаружить при измерениях лучевой скорости, приборы зафиксировали колебания в определенной области. Искажения стали результатом воздействия гравитационного поля экзопланеты. Известна масса, примерно в 3,8 раза выше земной. Предположить, какого она размера невозможно, так как это небесное тело не проходит подле светящейся звезды. Занимает обитаемую часть системы, но образующая звезда холодная. Предположительно поверхностная температура не превышает 5 градусов.
Kepler 442b
Kepler 62e и 62f
Позволили обнаружить себя Кеплеру, когда проходили перед своей звездой. Названы в честь обнаружившего их телескопа. Удаление от нас – 1200 св. годов. Это холодные планеты с орбитальными периодами 122 и 267, что позволяет считать их землеподобными. Радиусы больше нашего соответственно в 1,6 и 1,4 раза. Как и многие другие тела, обнаруженные Кеплером, обладают неопределенной массой, но астрономы предполагают, что каждая в 30 раз тяжелее Земли. Температурный режим позволяет сохранять воду жидкой, но это зависит не только от климата, но и от атмосферы.
Kepler 452b
Индекс – 0,84, обнаружена первой среди всех планет, схожих с нашей. Открытие сделали в 2015 году, и это было сенсацией. Находится на расстоянии 1400 св. лет, вращается вокруг своего солнца, полный оборот делает за 385 суток. Гравитационное влияние сложно оценить, так как она находится очень далеко и излучает тусклое сияние. По этой же причине неизвестна масса. Ученые считают, что температура на Kepler 452b колеблется от минус 20 до плюс 10 градусов. Это оптимально для поддержания жизни.
Любопытная информация о космических просторах представлена в статье «Интересные факты об астрономии дальнего космоса».
Kepler-283c
Gliese 832 c
Открыта относительно недавно, в 2014 году, от нас отделена 16,1 световым годом. Коэффициент подобия – 0,81. Относится к созвездию Журавля и системе красного карлика под названием Глизе 832, делает оборот вокруг материнской звезды за 36 суток. Климат схож с земным по температуре, но он подвержен более резким перепадам. Это обусловлено вращением вокруг источника энергии и тепла. Ввиду колебаний средняя температура не высокая – около минус 20 градусов. При этом важно учитывать интересное обстоятельство: если атмосфера будет более плотной, то температура могла бы быть более высокой. От этого климат стал бы более жарким, и экзопланета стала бы похожей на Венеру.
Проксима Центавра b
Самая близкая к Солнцу из землеподобных экзопланет, вращается вокруг Проксима Центавра, это красный карлик. Период обращения – 11,2 дня. От нас расположена всего в 4,2 св. годах. Соответствует на 0,87 из 1 возможного. Расположена к своему солнцу близко, примерно в 7 млн километров. Но несмотря на близость тепла получает мало, так происходит из-за низкой светимости. Если сравнивать с нашей планетой, то эта получает на 35% света меньше. Ввиду этого можно предположить, что там может быть жидкая вода.
Tau Ceti e
Входит в созвездие Кита, коэффициент соответствия – 0,78, от нас отделена 12 световыми годами. Получает от своего солнца на 60% больше энергии, чем мы от своего. Атмосфера чем-то напоминает Венеру, она плотная, тяжело пропускает свет, но при этом неплохо нагревается. Благодаря этого средняя температура поверхности – 70 градусов по Цельсию. Предполагается, что в горячей воде местных водоемов могут жить простейшие микроорганизмы. Узнать это наверняка невозможно, так как самый быстрый космический корабль из существующих на данный момент летел бы до Тау Кит более 200 тысяч лет.
Показатель ESI ниже, чем требуется для признания землеподобной, всего 0,64. Однако, это планета в нашей системе, и некоторые сходства вызывают любопытство. Но отличия существенные. Атмосфера примерно в десять раз меньше нашей, объяснение в слабой гравитации. Ввиду небольшой плотности и низкой атмосферы наблюдаются интересные воздушные явления, здесь часто возникают солнечные ветра. В химическом составе атмосферы преобладает углекислый газ.
Эти планеты с атмосферой похожи на нашу, но это вовсе не означает, что каждая из нас пригодна для жизни практически. Условия зависят от того, насколько активны родные звезды системы, как экзопланеты расположены и перемещаются относительно них. Не исключено, что когда-нибудь учеными будет обнаружена планета, полностью идентичная Земле со звездой, похожей на Солнце.