Гравитация на марсе: Гравитация на Марсе значительно ниже, чем на Земле |

Содержание

Предложено объяснение гравитационному феномену Марса

NASA/JPL-Caltech/MSSS

Исследователи во главе с Габриэллой Джилли из Института астрофизики и науки в Лиссабоне представили работу, описывающую механизм работы гравитационных волн в атмосфере Марса. Он оказался похож на земной, но из-за специфики Красной планеты его мощность гораздо больше.

Авторская статья опубликована в журнале Journal of Geophysical Research, а коротко об открытии рассказывает Phys.org. Как известно, Марс обладает очень тонкой атмосферой, размером всего в одну сотую от атмосферы нашей планеты, а сила притяжения там составляет чуть более одной трети силы, которую мы ощущаем на Земле.

Этим ученые объясняют то, что на Марсе происходят глобальные пылевые бури, подобных которым на Земле нет. В новом исследовании астрофизики зашли еще дальше и описали механизм, который управляет воздушными потоками в марсианской атмосфере. Это давняя загадка для ученых.

Дело в том, что данные об атмосфере, полученные с орбиты Красной планеты и непосредственно с ее поверхности, различаются. Причем различие, порой, выходит за рамки допустимой погрешности. Однако разногласия исчезают, если применить для их оценки метод, предложенный Габриэллой Джилли.

Она предположила, что волны, вздымающиеся вверх по разреженному воздуху Марса и вызванные возмущениями воздуха, оказывают сильное влияние на атмосферу в целом. Речь идет о гравитационных волнах — небольших колебаниях плотности воздуха и температуры, распространяющихся в атмосфере. Подобное встречается и на Земле.

Эти волны могут быть вызваны рядом процессов. Например, в результате столкновения теплого и холодного воздуха или прохода потока воздуха над горами. Эти волны переносят и выделяют энергию, что заставляет ветра ускоряться или замедляться. То есть они играют определенную роль в циркуляции атмосферы на планете.

На Земле это влияние не очень заметно. Однако на Марсе, согласно данным проведенного компьютерного моделирования, оно играет глобальную роль. На Красной планете гравитационные волны, вероятно, взаимодействуют с периодическими колебаниями атмосферы в целом, называемыми суточными приливами. Они возникают из-за перепадов дневной и ночной температур.

На Марсе эти приливы намного сильнее, чем на Земле, потому что там, напомним, очень тонкая атмосфера. Исследование показывает, что воздействие гравитационных волн на дневные приливы Марса, как правило, замедляет ветры на высотах более 50 км. А это согласуется с данными, полученными с поверхности Красной планеты.

Исследователи использовали трехмерную модель, разработанную парижской лабораторией Laboratoire de Meteorologie Dynamique (LMD). Этой моделью пользуются многие астрофизики, добавляя в нее все новые данные о Марсе.

Моделирование подтвердило предположения команды Джилли. Оно показало, что гравитационные волны на Марсе действительно обладают специфическими свойствами, позволяющими им глобально влиять на атмосферу. Кстати, на снимках с орбиты можно разглядеть своего рода рябь, чем-то похожую на отпечаток пальца. Это и есть следы гравитационных волн.

НаукаКосмосИсследование Марса

«Есть ли гравитация на Марсе?» — Яндекс Кью

Что наука говорит о рождении детей в космосе

Семья резвится на поверхности Марса на иллюстрации.

Иллюстрация Роберта Мюррея / Mars Society

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Перенесемся на несколько десятилетий или полвека вперед, и не исключено, что люди могут жить на Марсе — строить жилища, передвигаться на вездеходах, добывать ресурсы из недр и производить первое поколение двуногих марсиан. .

За исключением того, что никто не знает, могут ли люди успешно размножаться в космосе, будь то во время космического полета или на другой планете. Чтобы было ясно, заниматься сексом в (гораздо) более низкой гравитации — это простая физическая задача. Но множество неизвестных крутится вокруг того, как космическая среда влияет на реальную биологическую последовательность событий, которые должны точно разворачиваться для роста нового человека, от оплодотворения до отлучения от груди.

Не то чтобы мы не пытались разобраться. Мыши, крысы, саламандры, лягушки, рыбы и растения были объектами экспериментов, изучающих, как космический полет влияет на размножение. Проще говоря, результаты пока неоднозначны и неубедительны.

«Все наши большие технические гуру, которые хотят, чтобы мы были многопланетной цивилизацией, — это ключевой вопрос, на который еще никто не ответил», — говорит Крис Ленхардт, врач Медицинского колледжа Бейлора, специализирующийся на космической медицине.

«Все сосредоточены на оборудовании, и оно великолепно, но, в конце концов, все портит мягкий мешок с мясом. Игнорирование человеческой системы, если хотите, в будущих планах и проектах приведет только к неудаче».

Серьезность ситуации

На Земле эволюционные процессы точно настроены для работы в среде, характеризуемой одной из основных сил нашей планеты: гравитацией. В космосе гравитации практически не существует, а на Марсе она составляет около 38 процентов силы притяжения Земли. До сих пор никто даже близко не подошёл к выяснению того, как окружающая среда частичной гравитации может повлиять на размножение млекопитающих.

Кроме того, радиация в космосе сильнее и потенциально более опасна, чем здесь, на земле, потому что магнитное поле Земли помогает защитить планету от энергетических космических частиц. Высокие дозы радиации уже вызывают серьезную озабоченность у взрослых космонавтов, и космические агентства тщательно отслеживают облучение своих астронавтов на орбите. То, что это излучение может сделать с гораздо более чувствительным к развитию плодом, вызывает серьезное беспокойство.

Воздействие этих двух факторов — гравитации и радиации — на размножение до сих пор остается главной проблемой, которую пытаются решить ученые. И из-за этических сомнений, связанных с изучением медицинских рисков у людей, ученые десятилетиями запускали в космос различных других животных и связанные с ними ткани.

Ранние эксперименты, проведенные Советами в конце 1970-х годов, включали запуск нескольких крыс на орбиту на борту спутника «Космос 1129». Когда они вернулись, были доказательства того, что они спаривались в космосе, но ни одна из самок так и не родила, что неудивительно для тех, кто изучает грызунов, учитывая их чувствительность к возмущениям окружающей среды.

Позже ученый НАСА Эйприл Ронка отправил беременных крыс на орбиту и наблюдал, как космический полет влияет на более поздние сроки беременности; на Земле процесс родов был более или менее нормальным, но другая работа предполагает, что у детенышей крысы, подвергшихся воздействию микрогравитации, развиваются аномальные вестибулярные системы или механизмы внутреннего уха, связанные с определением направления и ориентации движения.

Космический полет также снижает общее количество сперматозоидов у крыс, но увеличивает аномалии; тем не менее, Ронка писал, что «имеющиеся данные свидетельствуют о том, что многие аспекты беременности, родов и раннего развития млекопитающих могут протекать в условиях измененной гравитации».

С мышами дело обстоит так же сложно. Исследования показывают, что два вида грызунов по-разному реагируют на изменения гравитации. Двухклеточные мышиные эмбрионы, отправленные в космос на борту шаттла «Колумбия », не смогли развиваться дальше, даже несмотря на то, что земные контрольные образцы созревали нормально. Позже работа в моделируемой микрогравитации (достигнутая с помощью вращающегося механизма, называемого клиностатом) показала, что, хотя оплодотворение in vitro может происходить нормально, эмбрионы, культивируемые в условиях микрогравитации, перенесенные самкам мышей, не могут имплантироваться и развиваться с нормальной скоростью.

Все сосредоточены на оборудовании, и оно прекрасно, но, в конце концов, все портит мягкий мясной мешок.
ByKris Lehnhardt Университет Бейлора

Недавно проведенное японцами исследование показало, что лиофилизированная сперма мышей может производить эмбрионы после девяти месяцев пребывания в космосе. Другая работа показывает, что сверчки, нематоды и плодовые мушки могут успешно размножаться, когда речь идет о космическом полете. А японские рыбки медака спаривались и производили потомство, находясь на борту шаттла 9.0035 Колумбия .

Между тем, яйца саламандры из Pleurodeles waltl , оплодотворенные на борту российской космической станции «Мир», произвели эмбрионы, которые развились в личинок, хотя и с некоторыми изменениями. Эксперименты с морскими ежами также предполагают, что оплодотворение может происходить в космосе, но микрогравитация резко влияет на движение их сперматозоидов. А перепелиные яйца, хранящиеся в инкубаторе на «Мире», не смогли нормально развиваться.

В совокупности эти и другие эксперименты не дают четкого представления о том, как космический полет влияет на репродукцию.

«Если бы вы взяли репродукцию и разбили ее на все ее различные части… на самом деле никогда не существовало специальной научной программы, которая изучала бы, как космическая среда влияет на каждый из этих этапов», — говорит Ленхардт. «Одно дело знать, что это вообще возможно, и совсем другое — знать, что это можно сделать безопасно и получить хороший результат».

В целом, однако, это не очень хорошо для млекопитающих, у которых успешное эмбриональное развитие начинается со сложного обмена между мамой и плодом и далее становится все более сложным.

«Повсеместно почти каждое исследование показало, что в космосе либо что-то не работает вообще, либо не так хорошо, и поэтому по мере нашего продвижения вперед нам нужны более качественные и масштабные исследования, а также исследования человека, — говорит Джеймс Нодлер из Хьюстонской клиники лечения бесплодия, изучавший связь между гравитацией и эмбриональным развитием.

О мышах и людях

В попытке решить некоторые проблемы, связанные с долговременным пребыванием людей на поверхности Марса, группа, базирующаяся в основном в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли, разработала эксперимент, который позволит ученым изучить долговременное воздействие частичной гравитации на репродукцию млекопитающих.

«Прежде чем делать значительные инвестиции в возможности, ведущие к таким новаторским усилиям, необходимо изучить проблемы воспроизводства нескольких поколений млекопитающих в условиях частичной гравитации», — пишут ученые. «Люди могут столкнуться с репродуктивными проблемами в условиях гравитации, отличных от земных, поскольку гравитационные силы могут нарушать процессы жизненного цикла млекопитающих и активно формировать геномы таким образом, чтобы они наследовались».

Как предполагалось, эксперимент будет включать в себя вывод колонии мышей на лунную орбиту, заключенную во вращающуюся среду обитания, которую можно будет наблюдать и управлять почти полностью автономно, благодаря 600 камерам и телероботам для ухода за животными.

Названный MICEHAB, для независимой колонии с несколькими поколениями для внеземного проживания, автономности и здоровья поведения, эксперимент будет изучать влияние космических полетов и частичной гравитации по крайней мере на три поколения мышей в год, при этом ученые будут отслеживать уровень рождаемости и общее состояние здоровья животных. .

Приблизительно раз в год автономная колония мышей встречалась с запланированной средой обитания человека в цис-лунном пространстве, позволяя астронавтам извлекать образцы из эксперимента и выполнять любое необходимое техническое обслуживание с целью проведения эксперимента в течение 10 лет. годы.

«Исследования репродукции млекопитающих в условиях частичной гравитации должны быть проведены до конца 2020-х годов, чтобы принять обоснованные проектные решения относительно будущих миссий человека на Марс», — пишут ученые. «Постоянные поселения на поверхности могут оказаться невозможными, если проблемы воспроизводства частичной гравитации слишком велики, чтобы их можно было преодолеть».

Но на данный момент нет никаких признаков того, что MICEHAB будет запущен в ближайшее время, и даже если бы это было так, некоторые ученые опасаются, что это на самом деле не ответит на вопросы, которые мы хотим знать о себе. Репродукция человека резко отличается даже от репродукции других приматов, и ни один из исследованных до сих пор организмов не является эффективным суррогатом, говорит Нодлер, репродуктивный эндокринолог, специализирующийся на вспомогательных репродуктивных технологиях.

«Если вы посмотрите на ранние исследования ЭКО, они пропустили множество исследований на мышах и приматах — это просто не то же самое», — говорит Нодлер. «Нельзя переоценить тот факт, что в какой-то момент нам придется провести исследования на людях, чтобы увидеть, что здесь происходит на самом деле».

Этика и эмбрионы

Но решение о том, какой эксперимент провести, зависит от целей, говорит Нодлер, и от того, думаем ли мы немного вне рамок «нормального» воспроизводства и потенциально полагаемся на вспомогательные технологии для производства поколения марсиан.

«Наша конечная цель — увидеть, если мы отправим мужчину и женщину, и они займутся сексом, смогут ли они родить ребенка?» он спросил. «Или мы хотим сказать, можем ли мы взять целую кучу эмбрионов, заморозить их на Земле, отправить на Марс и разморозить?»

Проведение этого первого эксперимента технически достаточно просто, хотя и связано с потенциальными этическими проблемами. И хотя изучение точного воздействия космической среды на человеческие эмбрионы более сложное, сегодня это реально сделать, если бы не еще большая куча морально-этических загвоздок.

Например, ученые могут отправить человеческую сперму и яйцеклетки на Международную космическую станцию и попытаться оплодотворить in vitro , чтобы увидеть, будет ли это вообще работать, а затем сравнить, сколько эмбрионов было произведено, по сравнению с контролем на Земле.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

1 / 8

После трех неудачных запусков генеральный директор SpaceX Илон Маск собрал достаточно средств для запуска четвертой версии ракеты SpaceX Falcon 1. 28 сентября 2008 г. игра Маска окупилась, когда Falcon 1 стала первой частной ракетой на жидком топливе, вышедшей на орбиту Земли. Ракета стартует с испытательного полигона Рейгана на Маршалловых островах.

После трех неудачных запусков генеральный директор SpaceX Илон Маск собрал достаточно средств для запуска четвертой версии ракеты SpaceX Falcon 1. 28 сентября 2008 года игра Маска окупилась, когда Falcon 1 стал первой частной жидкостной ракетой. топливная ракета на орбиту Земли. Здесь видно, как ракета взлетает с полигона Рейгана на Маршалловых островах.0119

Фотография из НАСА

«Проблема в том, что это потенциально жизнеспособные эмбрионы, и с ними у людей будет расцвет», — говорит Нодлер.

Ученые также могут отправить на МКС уже оплодотворенные эмбрионы и посмотреть, как космическая среда влияет на развитие, повреждение ДНК и восстановление. Это можно было бы сделать, говорит Нодлер, с эмбрионами, у которых уже нет шансов на нормальное развитие, что могло бы устранить некоторые этические проблемы, но настоящим испытанием было бы изучение влияния космического полета на жизнеспособные эмбрионы.

«Пусть они останутся замороженными на МКС в течение шести месяцев или года, затем верните их на Землю и используйте их, чтобы попытаться родить живого ребенка. Было бы очень, очень сложно получить одобрение, но в какой-то момент вы должны это сделать», — говорит он, отмечая, что «у нас есть тысячи выброшенных эмбрионов, которые, по словам пациентов, мы можем использовать для научных исследований. Проблема в том, чтобы заставить кого-то позволить мне использовать их для научных исследований».

Ленхардт соглашается с тем, что будет сложно изучать репродукцию человека в космосе, не изучая людей, а это означает готовность как можно скорее решить не только научные проблемы, но и этические затруднения.

«Моральные и этические проблемы не исчезнут, — говорит он. «Итак, нам придется столкнуться с ними лицом к лицу, когда мы будем работать над такими вещами в будущем».

Примечание редактора: В предыдущей версии этой статьи было неверно указано, что Крис Ленхардт учится в Бейлорском университете; он учится в Медицинском колледже Бейлора.

Читать дальше

Что происходит с вашим мозгом, когда вы видите птицу в природе?

Окружающая среда

Что происходит с вашим мозгом, когда вы видите птицу в природе?

Новое исследование дает удивительное представление о том, как времяпрепровождение на свежем воздухе влияет на наше самочувствие и какие части природы могут быть более терапевтическими, чем другие.

Крис Хемсворт рисковал своим телом — ради науки

Журнал

Крис Хемсворт рисковал своим телом — ради науки

В своем новом сериале Nat Geo «Безграничный» актер висит на веревке высоко над каньоном и бороздить холодные воды — и все это для проверки экстремальных стратегий продления жизни.

Эксклюзивный контент для подписчиков

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу

Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении истории будет исследовать красную планету

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу

Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории

Узнайте, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету

Подробнее

Насколько сильна гравитация на Марсе?

Планета Марс имеет мало общего. Обе планеты имеют примерно одинаковую площадь поверхности суши, устойчивые полярные шапки, и обе имеют одинаковый наклон осей вращения, что обеспечивает каждой из них сильную сезонную изменчивость. Кроме того, обе планеты представляют убедительные доказательства изменения климата в прошлом. В случае Марса эти данные указывают на то, что когда-то на его поверхности была жизнеспособная атмосфера и жидкая вода.

В то же время две наши планеты действительно очень разные, и в ряде очень важных аспектов. Одним из них является тот факт, что гравитация на Марсе — лишь малая часть того, что здесь, на Земле. Понимание того, какое влияние это, вероятно, окажет на людей, имеет чрезвычайно важное значение, когда придет время отправлять пилотируемые миссии на Марс, не говоря уже о потенциальных колонистах.

Марс По сравнению с Землей:

Различия между Марсом и Землей имеют решающее значение для существования жизни, какой мы ее знаем. Например, атмосферное давление на Марсе составляет ничтожную долю от того, что здесь, на Земле: в среднем от 7,5 миллибар на Марсе до чуть более 1000 здесь, на Земле. Средняя температура поверхности на Марсе также ниже: холодные -63 °C по сравнению с мягкими земными 14 °C.

Художественное исполнение интерьера Марса. Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech

И хотя продолжительность марсианских суток примерно такая же, как и здесь, на Земле (24 часа 37 минут), продолжительность марсианского года значительно больше (687 дней). Кроме того, гравитация на поверхности Марса намного ниже, чем здесь, на Земле — на 62% ниже, если быть точным. Всего 0,376 земного стандарта (или 0,376 г ), человек, который весит 100 кг на Земле, весил бы всего 38 кг на Марсе.

Эта разница в силе тяжести на поверхности обусловлена рядом факторов, в первую очередь массой, плотностью и радиусом. Несмотря на то, что у Марса почти такая же площадь поверхности суши, как у Земли, он имеет только половину диаметра и меньшую плотность, чем Земля, имея примерно 15% объема Земли и 11% ее массы.

Расчет марсианской гравитации:

Ученые рассчитали гравитацию Марса на основе теории всемирного тяготения Ньютона, согласно которой гравитационная сила объекта пропорциональна его массе. Применительно к сферическому телу, такому как планета с заданной массой, гравитация на поверхности будет примерно обратно пропорциональна квадрату ее радиуса. Применительно к сферическому телу с заданной средней плотностью она будет примерно пропорциональна его радиусу.

Гравитационная модель Марса 2011 (MGM2011), показывающая изменения гравитационных ускорений на поверхности Марса. Кредит: geodesy.curtin.edu.au

Эти пропорции могут быть выражены формулой Земли, , что равно 9,8 м/с²), м — это ее масса, выраженная как кратное массе Земли (5,976·10 ²⁴ кг) – и r его радиуса, выраженного как кратное (среднему) радиусу Земли (6371 км).

Например, масса Марса составляет 6,4171 x 10 ²³ кг, что в 0,107 раза больше массы Земли. Он также имеет средний радиус 3389,5 км, что составляет 0,532 радиуса Земли. Таким образом, поверхностная гравитация Марса может быть выражена математически как: 0,107/0,532², из чего мы получаем значение 0,376. Основываясь на гравитации собственной поверхности Земли, это соответствует ускорению 3,711 метра в секунду в квадрате.

Последствия:

В настоящее время неизвестно, какое влияние на организм человека окажет длительное воздействие такой гравитации. Однако продолжающиеся исследования воздействия микрогравитации на астронавтов показали, что она оказывает пагубное влияние на здоровье, включая потерю мышечной массы, плотности костей, функций органов и даже зрения.

Понимание гравитации Марса и ее влияния на земных существ — важный первый шаг, если мы хотим когда-нибудь отправить туда астронавтов, исследователей и даже поселенцев. По сути, последствия длительного воздействия гравитации, которая составляет чуть более одной трети земной нормы, будут ключевым аспектом любых планов предстоящих пилотируемых миссий или усилий по колонизации.

Художественный концепт марсианского астронавта, стоящего за пределами среды обитания Mars One. Фото: Bryan Versteeg/Mars One

Например, такие краудсорсинговые проекты, как Mars One, учитывают вероятность ухудшения состояния мышц и развития остеопороза у их участников. Ссылаясь на недавнее исследование астронавтов Международной космической станции (МКС), они признают, что продолжительность полета от 4 до 6 месяцев показывает максимальную потерю 30% мышечной производительности и максимальную потерю 15% мышечной массы.

Их предполагаемая миссия требует много месяцев в космосе, чтобы добраться до Марса, и для тех, кто добровольно соглашается провести остаток своей жизни, живя на марсианской поверхности. Естественно, они также заявляют, что их астронавты будут «хорошо подготовлены с помощью научно обоснованной программы противодействия, которая сохранит их здоровье не только для миссии на Марс, но и по мере того, как они будут приспосабливаться к жизни в условиях гравитации на поверхности Марса». Что это за меры, пока неясно.

Узнать больше о марсианской гравитации и о том, как земные организмы живут под ней, может быть благом для исследования космоса и миссий на другие планеты. И по мере того, как многие роботизированные посадочные и орбитальные миссии на Марс, а также запланированные пилотируемые миссии производят больше информации, мы можем ожидать получения более четкой картины того, на что похожа марсианская гравитация вблизи.