कैसे मंगल खो देता है पानी - एक सिमुलेशन अध्ययन

जब गर्मियों में मंगल ग्रह के दक्षिणी गोलार्ध में आता है, तो उसके वायुमंडल में एक "खिड़की" खुलती है, जिसके माध्यम से जल वाष्प ग्रह के गैस के गोले की निचली परतों से ऊपरी तक बढ़ सकता है।

हवाएँ इस जल वाष्प का अधिकांश भाग मंगल के उत्तरी ध्रुव तक ले जाती हैं, जहाँ यह बर्फ के रूप में सतह पर बसती है, हालाँकि, एक निश्चित मात्रा में जल वाष्प अभी भी सड़ता है और बाहरी अंतरिक्ष में गायब हो जाता है, धीरे-धीरे जल के लाल ग्रह को वंचित करता है।




मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी (मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी, रूस) के वैज्ञानिकों (दिमित्री शापानशिकोव, अलेक्जेंडर मेदवेदेव, अलेक्जेंडर रोडिन और पॉल हार्टोग) के एक समूह ने रूसी विज्ञान अकादमी (रूस) के अंतरिक्ष अनुसंधान संस्थान और सौर प्रणाली अनुसंधान संस्थान का नाम रखा। मैक्स प्लैंक (जर्मनी) ने इस असामान्य मार्टियन चक्र और अपने अध्ययन में अंतरिक्ष में जल वाष्प के हिस्से की रिहाई का वर्णन किया, जो कि जर्नल जियोफिजिकल रिसर्च लेटर्स में प्रस्तुत किया गया है।



वैज्ञानिकों के अनुसार, कई लाखों साल पहले, मंगल महासागरों, समुद्रों और पानी के अन्य स्रोतों में समृद्ध था। हालांकि, इस लंबे समय के दौरान एक अजीब प्राकृतिक "पंप" मंगल ग्रह के ऊपरी वातावरण में काम किया, जिसकी मदद से लाल ग्रह निर्जलित हुआ। आज तक, ग्रह की सतह पर पानी की मूल मात्रा का लगभग 20% बचा है।

अपने अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने मंगल ग्रह द्वारा पानी के नुकसान की प्रक्रिया के एक मॉडल को फिर से बनाया और निर्धारित किया कि यह तंत्र अभी भी काम करना जारी रखता है, और इसकी कार्यक्षमता पंप के समान है। इस तंत्र के कंप्यूटर मॉडलिंग से पता चलता है कि जल वाष्प मंगल के मध्य वातावरण में ठंडी हवा की बाधा को कैसे पार करता है और उच्च परतों तक पहुंचता है। यह, वैज्ञानिक कार्य के लेखकों के अनुसार, यह समझने में मदद करेगा कि पृथ्वी के विपरीत मंगल ने अपना अधिकांश पानी क्यों खो दिया।



अध्ययन सारांश

लाखों साल पहले, मंगल ग्रह एक विशाल पानी की सतह वाला ग्रह था, इस पर नदियाँ बहती थीं और यहाँ तक कि समुद्र भी डूब जाते थे। लेकिन समय बीत गया, और ग्रह पर प्राकृतिक तंत्र ने धीरे-धीरे पानी के भंडार को कम कर दिया, मान्यता से परे मंगल की सतह को बहुत बदल दिया।

आज, मंगल की सतह पर, आप जमे हुए पानी के साथ बहुत कम क्षेत्र पा सकते हैं, और वातावरण में जल वाष्प केवल ट्रेस मात्रा में पाया जाता है। इस प्रकार, मंगल वर्तमान में कम से कम 80 प्रतिशत पानी की आपूर्ति खो सकता है।

इस तरह के वैश्विक, लेकिन लंबे समय तक पानी के नुकसान का कारण यह है कि मार्टियन वातावरण की ऊपरी परतों में, सौर पराबैंगनी विकिरण हाइड्रोजन (एच) और हाइड्रॉक्सिल रेडिकल (OH) में पानी के अणुओं को तोड़ता है। और पहले से ही इस प्रक्रिया के बाद, बाहरी स्थान में हाइड्रोजन के अस्थिर उतार-चढ़ाव होता है।

मंगल और अंतरिक्ष दूरबीनों की कक्षा में वैज्ञानिक जांच का उपयोग करने वाले माप बताते हैं कि वर्तमान में, मंगल पर जल वाष्प इस तरह से ग्रह को विभाजित और छोड़ना जारी रखता है।

लेकिन यह कैसे और क्यों संभव था?

दरअसल, पृथ्वी पर ट्रोपोपॉज के साथ सादृश्य द्वारा, मार्टियन वातावरण की मध्य परत को व्यावहारिक रूप से हाइड्रोजन के ऐसे भाग को रोकना चाहिए, क्योंकि इस परत की ऊंचाई पर यह आमतौर पर पहले से ही इतना ठंडा होता है कि जल वाष्प बर्फ में बदल जाता है।

इस सवाल का जवाब पाने के लिए, रूसी और जर्मन शोधकर्ताओं ने एक सिमुलेशन का आयोजन किया जिसमें एक पंप से मिलता-जुलता एक अज्ञात तंत्र सामने आया।

उनके सिमुलेशन में, मंगल को कवर करने वाले पूरे वातावरण में प्रवाह को व्यापक रूप से वर्णित किया गया है: ग्रह की सतह से 160 किलोमीटर की ऊंचाई तक की परतों तक।

गणना से पता चलता है कि गैस शेल की बर्फीली मध्य परत दिन में दो बार जल वाष्प के लिए पारगम्य हो जाती है, लेकिन केवल ग्रह पर एक निश्चित स्थान पर और वर्ष के एक निश्चित समय पर (कक्षा में एक निश्चित बिंदु पर)।

मंगल ग्रह की कक्षा इस प्रक्रिया में एक निर्णायक भूमिका निभाती है: सूर्य के चारों ओर ग्रह का पथ, जो पृथ्वी के दो वर्षों तक रहता है, पृथ्वी की तुलना में बहुत अधिक अण्डाकार है।

सूर्य के निकटतम बिंदु पर (दक्षिणी गोलार्ध में गर्मियों के साथ लगभग), मंगल की कक्षा में सबसे दूर के बिंदु की तुलना में लगभग 42 मिलियन किलोमीटर की दूरी पर स्थित है, इसलिए दक्षिणी गोलार्ध में गर्मियों में उत्तरी की तुलना में काफी गर्म है।









जब ग्रीष्म ऋतु मंगल के दक्षिणी गोलार्ध में आती है, तो दिन के कुछ समय में जल वाष्प स्थानीय रूप से गर्म हवा के साथ उठकर ऊपरी वायुमंडल तक पहुँच सकती है।

वहाँ, हवा की धाराएँ उत्तरी ध्रुव तक गैस ले जाती हैं, जहाँ यह फिर से ठंडी हो जाती है और बैठ जाती है। हालांकि, जल वाष्प का हिस्सा इस चक्र से बाहर रखा गया है: सौर विकिरण के प्रभाव में, पानी के अणु क्षय होते हैं, और हाइड्रोजन अंतरिक्ष में भाग जाते हैं।

यह असामान्य हाइड्रोलॉजिकल चक्र मंगल की एक और विशेषता से बढ़ा है - विशाल धूल तूफान जो कई वर्षों के अंतराल के साथ पूरे मंगल ग्रह को फैलाते हैं।

इस तरह के तूफान के दौरान वातावरण में फैलने वाली धूल की एक बड़ी मात्रा ऊपरी वायुमंडल में जल वाष्प के परिवहन की सुविधा प्रदान करती है।

आखिरी बार 2007 और 2018 में मंगल ग्रह पर ऐसी धूल भरी आंधी आई थी, वे भी मोटे तौर पर कक्षीय जांच द्वारा प्रलेखित थे।



वैज्ञानिकों का अनुमान है कि 2007 की धूल भरी आंधी के दौरान, मंगल के ऊपरी वायुमंडल में ग्रह की तुलना में शांत समय में दोगुना जल वाष्प छोड़ा गया था।

चूंकि धूल के कण सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करते हैं और इस प्रकार उन्हें गर्म करते हैं, इसलिए मंगल पर वायुमंडल का तापमान बढ़ जाता है।

MIPT और संस्थान के वैज्ञानिकों द्वारा प्राप्त किया गया। मैक्स प्लैंक मॉडल अभूतपूर्व सटीकता के साथ दिखाता है कि वायुमंडल में धूल, बर्फ को जल वाष्प में बदलने से जुड़ी माइक्रॉफ़िसिकल प्रक्रियाओं को प्रभावित करती है।

शोध कार्य के लिए रेखांकन और अनुप्रयोग:

चित्रा 1. ऊर्ध्वाधर भाप प्रवाह



चित्रा 1. पानी के वाष्प के आंचलिक औसत ऊर्ध्वाधर धारा के अक्षांश में मौसमी बदलाव, अलग-अलग ऊंचाई पर वायुमंडल में धूल की मात्रा पर औसतन डेटा का उपयोग करके बनाया गया है: 0, 30, 60, 90, 120 और 150 किमी। सकारात्मक मान (आरोही प्रवाह) लाल रंग में दिखाया गया है, नकारात्मक (अवरोही) प्रवाह नीले रंग में दिखाया गया है।







इस प्रकार, हम मुख्य रूप से Ls = 250◦ और 270 will के बीच के अंतराल में डेटा में रुचि लेंगे।

एक्सोबेस के पास अंतरिक्ष में हाइड्रोजन परमाणुओं से बचना एक आदेश से भिन्न होता है
मौसमी रूप से, दक्षिणी ग्रीष्म संक्रांति (सौर देशांतर Ls max के आसपास अधिकतम)
270◦)

चित्र 1 में पदनाम और नीचे दिए गए आंकड़े:

ppmv (भागों प्रति मिलियन मात्रा द्वारा) मात्रा द्वारा प्रति मिलियन भागों में एकाग्रता की एक इकाई है;

जल वाष्प - जल वाष्प;

ऊंचाई - ऊंचाई;

अक्षांश - अक्षांश;

Ls सौर देशांतर है;

MY28 - मंगल वर्ष 28 (28 वें मंगल वर्ष के दौरान माप);

मूल धूल परिदृश्य (वायुमंडल में धूल की मात्रा पर औसत डेटा (MAVEN मंगल जांच (मार्स एटमॉस्फियर एंड वोलेटाइल इवोल्यूशन) के डेटा के आधार पर), हबल स्वचालित वेधशाला, मार्स टोही ऑर्बिटर (एमआरओ) उपग्रह - डिवाइस से) मार्स क्लाइमेट साउंडर (MCS), PFS इंस्ट्रूमेंट - MEX (प्लैनेटरी फूरियर स्पेक्ट्रोमीटर ऑन बोर्ड मार्स एक्सप्रेस), मार्स ग्लोबल सर्वेयर);

धूल भरी आंधी (डस्ट स्टॉर्म) - धूल के तूफान MY28 में वायुमंडल में धूल की मात्रा पर डेटा का उपयोग किया गया था।

चित्रा 2. जल वाष्प की एकाग्रता और तापमान



चित्रा 2. ऊंचाई और अक्षांश में जल वाष्प की एकाग्रता और तापमान, वायुमंडल में धूल की मात्रा पर औसत डेटा (बाईं ओर स्तंभ में रेखांकन) और धूल तूफान तूफ़ानी वर्ष (दाईं ओर स्तंभ में ग्राफ़) के वर्ष में औसतन डेटा का उपयोग करके मॉडलिंग की जाती है, सभी क्षेत्र ज़ोन और अवधि के दौरान औसत होते हैं। Ls = 250 L और 270◦ के बीच, जहां:

a) जल वाष्प (डार्क आउटलाइन्स), वाटर आइस (श्वेत रूपरेखा) और जल वाष्प के मेरिडियल फ्लो (तीर के साथ रेखाएं जिनके रंग और मोटाई क्रमशः ऊर्ध्वाधर दिशा और ppmv इंगित करते हैं);



(बी) के रूप में (ए) के रूप में ही है, लेकिन MY28 के दौरान धूल भरी आंधी के लिए;



(सी) "मुख्य" धूल परिदृश्य के लिए पानी के प्रवाह के तापमान के साथ एक ग्राफ;



(डी) के रूप में (सी) के रूप में ही है, लेकिन MY28 के दौरान धूल के तूफान के परिदृश्य के लिए, समोच्च लाइनों को छोड़कर जो कि (डी) और (सी) के बीच तापमान अंतर दिखाते हैं।



यह देखा गया है कि तूफानों के दौरान, ऊपरी परतों में जल वाष्प की सांद्रता अधिक होती है, और उनका तापमान अधिक होता है।

चित्रा 3. विभिन्न ऊंचाइयों पर और मार्टियन दिन के अलग-अलग समय पर जल वाष्प की एकाग्रता।

सोल एक मंगल दिवस है। वे सांसारिक से थोड़े लंबे होते हैं और 24 घंटे, 39 मिनट, 35,244 सेकंड बनाते हैं। मंगल पर वर्ष 669.56 "सोलम" या 686.94 पृथ्वी दिनों के बराबर है।



चित्रा 3. एलएस = 250◦ और 270◦ (माप निर्देशांक) के बीच की अवधि के डेटा के अनुसार जल वाष्प (रंग शेड ppmv) की एकाग्रता और ऊर्ध्वाधर गति (आकृति, आकृति पर मान) में औसत मान से विचलन का वितरण-समय-वितरण। लट 75S। Lon 0)।

ऊर्ध्वाधर वेग के सकारात्मक मूल्य ऊपर की ओर आंदोलनों के अनुरूप हैं।

(ए) "मुख्य" धूल परिदृश्य:



(बी) के रूप में ही (ए), लेकिन MY28 के दौरान धूल भरी आंधी के लिए:



जैसा कि आप देख सकते हैं, ऊपरी परतों में दूसरे ग्राफ में एक सकारात्मक ऊर्ध्वाधर गति के साथ जल वाष्प की उच्च एकाग्रता के साथ अधिक खिड़कियां हैं, जो बाहरी स्थान में आगे बढ़ते हुए प्रवाह बनाती हैं।

चित्रा 4. वार्षिक जल चक्र।



चित्रा 4. प्राप्त जल सामग्री (भाप + बर्फ) का ऊर्ध्वाधर वितरण:
(ए) और (सी) - मंगल ग्रह टोही ऑर्बिटर (एमआरओ) डिवाइस पर स्थापित मंगल क्लाइमेट साउंड (एमसीएस) डिवाइस के अनुसार दिन और रात;





(बी) और (डी) - अध्ययन में सिमुलेशन से डेटा के अनुसार दिन और रात।





ऊपर चित्र 4 के रेखांकन में:

- दोपहर में - यह मार्टियन समय पर 15:00 बजे के आंकड़ों के अनुसार है;

- रात में - यह 03:00 बजे मार्टियन समय के आंकड़ों के अनुसार है।

चित्र 4 के सभी रेखांकन पर, देशांतर और अक्षांश में मान औसत किए गए थे।

सिमुलेशन के दौरान डेटा को संसाधित करते समय, स्थानीय समय में औसतन 14: 00-16: 00 और 02: 00–04: 00 के बीच किया गया।

अपने शोध कार्य के समापन में, लेखकों का निष्कर्ष है कि मंगल का वातावरण स्थलीय की तुलना में जल वाष्प के लिए अधिक पारगम्य है, और खुले मौसमी जल चक्र मंगल द्वारा जल वाष्प के नुकसान के प्राकृतिक तंत्र के निरंतर कामकाज में महत्वपूर्ण योगदान देता है।