Het ontbreken van een significante atmosfeer, en dus weinig opwarming door broeikasgassen, gecombineerd met de afstand van Mars tot de zon, maakt Mars inderdaad een zeer koude plek.
De enige weersverschijnselen van betekenis op Mars zijn stofstormen en sterke winden. Deze stofstormen kunnen de zon gedurende zeer lange perioden, soms meer dan enkele weken, verduisteren.
Zal er op Mars genoeg natuurlijk zonlicht zijn om gewassen zoals tomaten te verbouwen, als ze in een geschikte kas worden ondergebracht, of zullen er kunstmatig verwarmde kassen nodig zijn?
De twee onderstaande afbeeldingen illustreren het zonnespectrum zoals dat respectievelijk vanaf de aarde en Mars wordt gezien.
Download afbeelding
Boven de dampkring van de aarde is de zonnestraling iets meer dan 1300 W/m2 (1300 watt per vierkante meter). De aardatmosfeer is niet perfect doorzichtig voor zonlicht en ongeveer een kwart van het zonlicht wordt geabsorbeerd of verstrooid voordat het het aardoppervlak bereikt.
Aan het aardoppervlak, met de zon recht boven ons op het lokale middaguur (heldere, droge atmosfeer), is de zonne-instraling gereduceerd tot ongeveer 1000 W/m2 (1000 watt per vierkante meter). Deze waarde is zeer variabel, afhankelijk van onder andere de hoeveelheid stof en waterdamp in de atmosfeer.
Op het middaguur op Mars, met de zon recht boven ons, is de zonne-instraling 590W/m2 (590 watt per vierkante meter).
Alle bovenstaande metingen zijn gedaan met het invallende licht loodrecht op het absorberende oppervlak. Als het zonlicht onder een hoek op het oppervlak valt, zal er minder energie (per vierkante meter) op het oppervlak invallen.
De twee belangrijkste kenmerken van deze afbeeldingen zijn:
- De vormen van de spectra zijn identiek. Ze verschillen alleen in hun hoogte.
- De totale oppervlakte van elk spectrum is evenredig met de totale energie van het zonlicht. Met andere woorden, het oppervlak van de beelden is evenredig met de bestralingssterkte.
Waar op aarde… ?
De maximale zonne-instraling op Mars is ongeveer 590 W/m2 vergeleken met ongeveer 1000 W/m2 aan het aardoppervlak.
De intensiteit van de zon op een horizontaal stuk van het aardoppervlak van 590W/m2 doet zich voor wanneer de zon zich op een afstand van slechts 36 graden boven de horizon bevindt. Zo is de maximale intensiteit van de zon, om 12 uur ’s middags op Mars, met de zon recht boven ons, ongeveer even sterk als de zon op aarde om 12 uur ’s middags op 15 februari in Minneapolis, MN of Portland, Oregon.
Download afbeelding
Download afbeelding
De bovenstaande grafiek vergelijkt de intensiteit van de zon op Mars met de intensiteit van de zon op uw locatie op aarde, met behulp van de datum en breedtegraad van specifieke locaties. Voor elke breedtegraad en elke datum kun je bepalen of de intensiteit van het zonlicht op aarde lager of hoger is dan de intensiteit van het zonlicht op Mars. In het donker gearceerde gebied (blauwgroen) is de zonne-instraling op aarde nooit hoger dan 590 W/m2 (de maximale zonne-instraling op Mars). In het licht gearceerde gebied (geel) is de zonne-instraling op aarde ten minste een deel van de dag hoger dan 590 W/m2. Op de rode lijn tussen de twee gearceerde gebieden bereikt de intensiteit van het zonlicht op aarde gedurende slechts enkele momenten (op het lokale middaguur) precies 590 W/m2.
Tomaten op Devon Island
Download afbeelding
Devon Island is het grootste onbewoonde eiland op aarde. Het ligt op 75oNB en heeft oppervlaktekenmerken die sterk lijken op het oppervlak van Mars. Omdat het zo ver noordelijk ligt, heeft Devon Island een zoninstraling die vergelijkbaar is met die op de evenaar van Mars. Behalve gedurende een korte periode in juni is de intensiteit van de zon op Devon Island nooit hoger dan de intensiteit op Mars
U kunt dit feit verifiëren door de zonneomstandigheden op aarde, op 75°NB op de bovenstaande kaart te vinden.
- Zal er op Devon Island genoeg zonlicht zijn om buiten tomaten te kweken?
Zullen tomaten op Devon Island in een kas groeien of moet de zonne-energie worden verzameld, opgeslagen in batterijen en vervolgens worden “geconcentreerd” met behulp van kunstmatige warmte en licht?
Download afbeelding
. Onderzoeksstation
Download afbeelding
Tomaten kweken met ‘geconcentreerde’ zonne-energie
Hoewel de lichtintensiteit (alleen rond het lokale middaguur) op Devon Island vergelijkbaar is met die op de evenaar van Mars, is de duur van het daglicht in deze periode 24 uur per dag vanwege de hoge breedtegraad (boven de poolcirkel).
Op Mars, in de buurt van de evenaar, is de duur van het daglicht ongeveer 12 uur, gevolgd door ongeveer 12 uur duisternis. Een kas op Mars zal goed geïsoleerd moeten zijn om ’s nachts enorme temperatuurdalingen te voorkomen.
Misschien is een combinatie van passieve kasverwarming overdag, aangevuld met elektrische verwarming en verlichting ’s nachts nodig om een geschikte kweekomgeving te bieden voor planten die op Mars kunnen worden gekweekt.
Het verzamelen en opslaan van zonne-energie is een uiterst inefficiënt proces. Een groot deel van de energie gaat verloren als warmte, lang voordat het beschikbaar komt als lichtenergie voor plantengroei.
Download afbeelding