1IWF/ÖAW GRAZ
Die atmosphärische Entwicklung von Venus und Mars
Graz in Space 2008KF-Uni Graz, 4.9.2008
Ute Amerstorfer (IWF)
2IWF/ÖAW GRAZ
Warum Venus und Mars?
Kurze Vorstellung unserer Nachbarn
Entwicklung von terrestrischen AtmosphärenGenerellesVenusMars
Die Raumsonden Mars Express und Venus Express
Überblick
3IWF/ÖAW GRAZ
…Venus und Mars?W
arum
… Erde, Venus, Mars:Ähnliche Entfernungen zur SonneÄhnliche GrößeÄhnliche Zusammensetzungen und AufbauUngefähr zur gleichen Zeit entstandenÄhnliche Anfangsbedingungen
⇒ GANZ ANDERE ENTWICKLUNG
Wie sieht es mit Leben auf Venus und Mars aus?
4IWF/ÖAW GRAZ
…Venus und MarsUn
sere
Nac
hbar
n…
Venus Erde Mars
Radius 6000 km 6400 km 3400 km
Masse 5 x 1024 kg 6 x 1024 kg 6 x 1023 kg
Temperatur 400 °C 20 °C -55 °C
Oberflächendruck 90 bar 1 bar 0.006 bar
www.solarviews.com
5IWF/ÖAW GRAZ
…AtmosphärenTe
rres
tris
che.
.. Wie kommt es zu einer Atmosphäre?
Nach Entstehung: primäre Atmosphäre (Wasserstoff, Helium)
ging schnell verloren
Sekundäre Atmosphäre durch vulkanische Aktivität
Kohlendioxid
Wasser
Stickstoff
Gleich für Venus, Erde
und Mars
http://zebu.uoregon.edu/~imamura/121/lecture-10/lecture-10.html
6IWF/ÖAW GRAZ
…AtmosphäreD
ie V
enus
... Wie sieht die Atmosphäre heute aus?
Dicke Wolkenschicht aus Schwefelsäure
Zusammensetzung:
96% Kohlendioxid
4% Stickstoff
Exzellenter Treibhauseffekt:
Hohe Temperaturen
7IWF/ÖAW GRAZ
Wie kommt es zu so einer extremen Atmosphäre?
Hohe Oberflächentemperaturen
Wasser verdampft (oder bleibt in Atmosphäre)
wird durch UV-Strahlung aufgespalten in H und O
H kann fliehen
O reagiert mit anderen Bestandteilen bzw. kann ebenfalls fliehen
Die
Ven
us…
…Atmosphäre
www.astronomynotes.com/solarsys/s9.htm
8IWF/ÖAW GRAZ
Gase in Atmosphäre führen zu Treibhauseffekt
Temperatur steigt
weiter anmehr Treibhausgase entstehen
Die
Ven
us…
…Atmosphäre
http://wise.fau.edu/divdept/physics/jordanrg/LLS/lecture14/LLS_lecture_14.htm
„RunawayGreenhouse
Effect“
9IWF/ÖAW GRAZ
…AtmosphäreD
ie M
ars.
.. Wie sieht die Atmosphäre heute aus?
Sehr dünne Atmosphäre
Zusammensetzung:
95% Kohlendioxid
3% Stickstoff
Niedrige Temperaturen
http://physics.uoregon.edu
10IWF/ÖAW GRAZ
Wie kommt es zu so einer extremen Atmosphäre?
Vulkanische Aktivität lässt nach
keine Produktion von CO2 mehr
Treibhauseffekt lässt nach
Atmosphärendruck wird niedriger
bis flüssiges Wasser nicht mehr existieren kann
Wasser in Atmosphäre
wird dissoziiert
Wasserstoff entweicht in den Weltraum
Sauerstoff reagiert mit anderen Atomen oder entweicht in den Weltraum
Die
Mar
s……Atmosphäre
11IWF/ÖAW GRAZ
Wie entweicht der Wasserstoff in den Weltraum?
Ion pick-up:Ionen werden vom umströmenden Sonnenwind mitgenommen
Instabilitäten (Kelvin-Helmholtz Instabilität):Ablösen von Plasmastrukturen
Thermische Flucht:Teilchen fliehen aufgrund von höherer Temperatur
Sputtering:Kollision von energetischen mit neutralen Teilchen
Dissoziative Rekombination:Kollision von energetischen Elektronen mit Ionen
Fluc
htpr
ozes
se fü
r……Wasserstoff
12IWF/ÖAW GRAZ
Wie bekommt man Informationen?
RaumsondenMars:
Einige Fehlversuche in den 60ern1964: Vorbeiflug von Mariner 4Über 20 Raumsonden
Mars ExpressVenus:
1961: Vorbeiflug von Venera 1Über 20 Raumsonden
Venus Express
Erfo
rsch
ung
von…
…Mars und Venus
ESA
13IWF/ÖAW GRAZ
…Mars ExpressES
A-Ra
umso
nde…
Daten und Instrumente
Start: 2. Juni 2003
Ankunft: 25. Dezember 2003
Dauer: 1 Marsjahr = 687 Erdtage2. Verlängerung: bis Mai 2009
Instrumente:ASPERA (Plasmamessgerät)
PFS (Spektrometer)
SPICAM (Spektrometer)
OMEGA (Spektrometer)
MARSIS (Radarinstrument)
MaRS (Radiostrahlung)
HRSC (Kamera)
ESA
14IWF/ÖAW GRAZ
Wissenschaftliche Ziele
Atmosphäre:Struktur
Zusammensetzung
Oberfläche:Eigenschaften
Verteilung von Wasser und Eis
Innerer Aufbau und Schwerkraft
Plasmaumgebung:Zusammensetzung
Fluchtprozesse
ESA-
Raum
sond
e…
ESA
…Mars Express
15IWF/ÖAW GRAZ
Einige der wichtigsten Resultate
Wasser- und Kohlendioxideis
Hochauflösende Bilder der Oberfläche
Atmosphäre:Nachweis von Methan
Kompletes Höhenprofil von Kohlendioxid
Plasmaumgebung:Verlustprozesse nachgewiesen
ESA-
Raum
sond
e…
ESA
…Mars Express
16IWF/ÖAW GRAZ
Daten und Instrumente
Start: 9. November 2005
Ankunft: 11. April 2006
Dauer: 2 Venustage = 500 ErdtageVerlängerung: bis Mai 2009
Instrumente:MAG (Magnetometer, IWF)
ASPERA (Plasmamessgerät)
PFS (Spektrometer)
SPICAV/SOIR (Spektrometer)
VeRa (Radiostrahlung)
VIRTIS (Spektrometer)
VMC (Kamera)
ESA-
Raum
sond
e……Venus Express
ESA
IWF
17IWF/ÖAW GRAZ
Wissenschaftliche Ziele
Atmosphäre:Struktur
Dynamik
Zusammensetzung
Wolken
Oberflächeneigenschaften
Plasmaumgebung:Zusammensetzung
Fluchtprozesse
ESA-
Raum
sond
e……Venus Express
ESA
18IWF/ÖAW GRAZ
Einige der wichtigsten Resultate
Atmosphäre:Globale Temperaturverteilung
3D Detailbilder des Wirbels um den Südpol
Präzise Windmessungen
Blitze
Entdeckung des Moleküls Hydroxyl
Plasmaumgebung:Verlust von Wasserstoff, Sauerstoff, Helium
Verlust von Wasser
ESA-
Raum
sond
e…
ESA
…Venus Express
19IWF/ÖAW GRAZ
Mars: Wasser- und Kohlendioxideis
Ähnliche Anfangsbedingungen – unterschiedliche Entwicklung
Heute: kalt, trocken, dünne Atmosphäre
Zusa
mm
enfa
ssen
de…
Venus:Unterschiede zwischen Erde und Venus weniger mysteriös alsfrüher angenommenÄhnliche Anfangsbedingungen – unterschiedliche EntwicklungHeute: heiß, trocken, dichte Atmosphäre
…Gedanken am Ende
„Venus, Erde und Mars sind Drillinge, nur wurden sienach der Geburt getrennt”
20IWF/ÖAW GRAZ
DANKE!
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