Brak znaczącej atmosfery, a więc bardzo małe ocieplenie cieplarniane, w połączeniu z odległością Marsa od Słońca, czynią z niego bardzo zimne miejsce.
Jedynymi znaczącymi zjawiskami pogodowymi na Marsie są burze pyłowe i silne wiatry. Te burze pyłowe mogą przesłonić Słońce na bardzo długie okresy czasu, czasami przekraczające kilka tygodni.
Czy na Marsie będzie wystarczająco dużo naturalnego światła słonecznego, aby uprawiać rośliny takie jak pomidory, jeśli będą one umieszczone w odpowiedniej szklarni, czy też konieczne będą sztucznie ogrzewane szklarnie?
Dwa obrazy poniżej ilustrują widmo słoneczne widziane odpowiednio z Ziemi i Marsa.
Pobierz obraz
Powyżej atmosfery Ziemi natężenie promieniowania słonecznego wynosi nieco ponad 1300 W/m2 (1300 watów na metr kwadratowy). Atmosfera Ziemi nie jest idealnie przezroczysta dla światła słonecznego i około jedna czwarta światła słonecznego jest pochłaniana lub rozpraszana zanim dotrze do powierzchni.
Na powierzchni Ziemi, przy Słońcu bezpośrednio nad głową w lokalne południe (czysta, sucha atmosfera), natężenie promieniowania słonecznego jest zredukowane do około 1000 W/m2 (1000 watów na metr kwadratowy). Wartość ta jest bardzo zmienna w zależności od takich rzeczy jak ilość pyłu i pary wodnej w atmosferze.
W południe na Marsie, przy Słońcu bezpośrednio nad głową, natężenie promieniowania słonecznego wynosi 590 W/m2 (590 watów na metr kwadratowy).
Wszystkie powyższe pomiary są wykonywane przy świetle padającym prostopadle do powierzchni absorbującej. Jeśli światło słoneczne pada na powierzchnię pod kątem, na powierzchnię padnie mniej energii (na metr kwadratowy).
Dwie najważniejsze cechy tych obrazów to:
- Kształty widm są identyczne. Różnią się one jedynie wysokością.
- Całkowita powierzchnia każdego widma jest proporcjonalna do całkowitej energii światła słonecznego. Innymi słowy, obszar obrazów jest proporcjonalny do natężenia napromieniowania.
Gdzie na Ziemi… ?
Maksymalne natężenie promieniowania słonecznego na Marsie wynosi około 590 W/m2 w porównaniu do około 1000 W/m2 na powierzchni Ziemi.
Natężenie promieniowania słonecznego na poziomym skrawku powierzchni Ziemi wynoszące 590 W/m2 występuje, gdy Słońce znajduje się zaledwie 36 stopni nad horyzontem. Dla przykładu, maksymalna intensywność Słońca, w lokalne południe na Marsie, przy Słońcu bezpośrednio nad horyzontem, jest w przybliżeniu taka sama jak Słońce na Ziemi w południe 15 lutego w Minneapolis, MN lub Portland, Oregon.
Pobierz obrazek
Wykres powyżej porównuje intensywność światła słonecznego na Marsie do intensywności światła słonecznego w Twoim miejscu na Ziemi, używając daty i szerokości geograficznej konkretnych lokalizacji. Dla każdej szerokości geograficznej i dowolnej daty możesz określić, czy intensywność światła słonecznego na Ziemi jest mniejsza lub większa od intensywności światła słonecznego na Marsie. W ciemno zacienionym obszarze (niebiesko-zielonym) natężenie promieniowania słonecznego na Ziemi nigdy nie przekracza 590 W/m2 (maksymalne natężenie promieniowania słonecznego na Marsie). W jasno zacienionym obszarze (żółty) natężenie promieniowania słonecznego na Ziemi przekracza 590 W/m2 przynajmniej przez część dnia. Na czerwonej linii pomiędzy dwoma zacienionymi obszarami natężenie promieniowania słonecznego na Ziemi osiąga dokładnie 590 W/m2 tylko przez kilka chwil (w lokalne południe).
Pomidory na wyspie Devon
Pobierz obrazek
Wyspa Devon jest największą niezamieszkałą wyspą na Ziemi. Znajduje się na 75oN i ma cechy powierzchni, które mocno przypominają powierzchnię Marsa. Będąc tak daleko na północy, Wyspa Devon ma napromieniowanie słoneczne podobne do napromieniowania słonecznego na równiku marsjańskim. Z wyjątkiem krótkiego okresu w czerwcu, intensywność Słońca na Wyspie Devon nigdy nie przekracza intensywności słonecznej na Marsie
Możesz zweryfikować ten fakt, lokalizując warunki słoneczne na Ziemi, na 75°N na powyższym wykresie.
- Czy na Wyspie Devon będzie wystarczająco dużo światła słonecznego, by uprawiać pomidory na zewnątrz?
Czy pomidory będą rosły w szklarni na Wyspie Devon, czy też energia słoneczna będzie musiała być zbierana, przechowywana w akumulatorach, a następnie „skoncentrowana” przy użyciu sztucznego ciepła i światła?
Pobierz zdjęcie
Download image
Hodowla pomidorów przy użyciu 'skoncentrowanej' energii słonecznej
Ale natężenie światła (tylko w okolicach lokalnego południa) na Devon Island jest podobne do tego, którego można się spodziewać na równiku marsjańskim, czas trwania światła dziennego w tym czasie wynosi 24 godziny na dobę z powodu wysokiej szerokości geograficznej (powyżej koła podbiegunowego).
Na Marsie, w pobliżu równika, czas trwania światła dziennego wynosi około 12 godzin, a następnie około 12 godzin ciemności. Marsjańska szklarnia będzie musiała być dobrze izolowana, aby uniknąć ogromnych spadków temperatury w nocy.
Może być konieczna kombinacja pasywnego ogrzewania szklarni w ciągu dnia, uzupełniona ogrzewaniem elektrycznym i oświetleniem w nocy, aby zapewnić odpowiednie środowisko dla roślin uprawianych na Marsie.
Zbieranie i magazynowanie energii słonecznej jest procesem niezwykle nieefektywnym. Znaczna część energii jest tracona w postaci ciepła na długo przed tym, jak zostanie udostępniona jako energia świetlna do wzrostu roślin.
Pobierz obrazek
Pobierz obrazek
Pobierz obrazek