Das Fehlen einer nennenswerten Atmosphäre und die damit verbundene geringe Erwärmung des Treibhauses in Verbindung mit der Entfernung des Mars von der Sonne machen den Mars zu einem sehr kalten Ort.
Die einzigen nennenswerten Wetterphänomene auf dem Mars sind Staubstürme und starke Winde. Diese Staubstürme können die Sonne für sehr lange Zeiträume verdunkeln, manchmal über mehrere Wochen.
Wird es auf dem Mars genug natürliches Sonnenlicht geben, um Pflanzen wie Tomaten anzubauen, wenn sie in einem geeigneten Gewächshaus untergebracht sind, oder werden künstlich beheizte Gewächshäuser benötigt?
Die beiden Bilder unten zeigen das Sonnenspektrum, wie es von der Erde bzw. vom Mars aus gesehen wird.
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Oberhalb der Erdatmosphäre beträgt die Sonneneinstrahlung etwas mehr als 1300 W/m2 (1300 Watt pro Quadratmeter). Die Erdatmosphäre ist nicht vollkommen durchlässig für das Sonnenlicht, und etwa ein Viertel des Sonnenlichts wird absorbiert oder gestreut, bevor es die Oberfläche erreicht.
An der Erdoberfläche, wenn die Sonne zur lokalen Mittagszeit direkt über der Erde steht (klare, trockene Atmosphäre), reduziert sich die Sonneneinstrahlung auf etwa 1000 W/m2 (1000 Watt pro Quadratmeter). Dieser Wert ist sehr variabel und hängt unter anderem von der Menge an Staub und Wasserdampf in der Atmosphäre ab.
Zur Mittagszeit auf dem Mars, wenn die Sonne direkt über der Erde steht, beträgt die Sonneneinstrahlung 590 W/m2 (590 Watt pro Quadratmeter).
Alle oben genannten Messungen wurden mit dem einfallenden Licht senkrecht zur absorbierenden Oberfläche durchgeführt. Fällt das Sonnenlicht schräg auf die Oberfläche, so fällt weniger Energie (pro Quadratmeter) auf die Oberfläche.
Die beiden wichtigsten Merkmale dieser Bilder sind:
- Die Formen der Spektren sind identisch. Sie unterscheiden sich nur in ihrer Höhe.
- Die Gesamtfläche jedes Spektrums ist proportional zur Gesamtenergie des Sonnenlichts. Mit anderen Worten, die Fläche der Bilder ist proportional zur Bestrahlungsstärke.
Wo auf der Erde…?
Die maximale Sonneneinstrahlung auf dem Mars beträgt etwa 590 W/m2 im Vergleich zu etwa 1000 W/m2 auf der Erdoberfläche.
Die Intensität der Sonne auf einem horizontalen Fleck der Erdoberfläche von 590 W/m2 tritt auf, wenn die Sonne nur 36 Grad über dem Horizont steht. Zum Beispiel ist die maximale Intensität der Sonne zu lokaler Mittagszeit auf dem Mars, wenn die Sonne direkt über dem Horizont steht, ungefähr die gleiche Intensität wie die Sonne auf der Erde am Mittag des 15. Februar in Minneapolis, MN oder Portland, Oregon.
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Das obige Diagramm vergleicht die Intensität der Sonne auf dem Mars mit der Intensität der Sonne an Ihrem Standort auf der Erde, wobei das Datum und der Breitengrad bestimmter Standorte verwendet werden. Für jeden Breitengrad und jedes Datum können Sie feststellen, ob die Intensität des Sonnenlichts auf der Erde kleiner oder größer ist als die Intensität des Sonnenlichts auf dem Mars. Im dunkel schattierten Bereich (blau-grün) übersteigt die Sonneneinstrahlung auf der Erde nie 590 W/m2 (die maximale Sonneneinstrahlung auf dem Mars). Im hell schattierten Bereich (gelb) übersteigt die Sonneneinstrahlung auf der Erde zumindest für einen Teil des Tages 590 W/m2. Auf der roten Linie zwischen den beiden schattierten Bereichen erreicht die Intensität des Sonnenlichts auf der Erde für wenige Augenblicke (zur lokalen Mittagszeit) genau 590 W/m2.
Tomaten auf Devon Island
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Devon Island ist die größte unbewohnte Insel der Erde. Sie befindet sich auf 75oN und hat Oberflächenmerkmale, die stark an die Oberfläche des Mars erinnern. Da sie so weit im Norden liegt, hat Devon Island eine Sonneneinstrahlung, die der am Marsäquator ähnelt. Mit Ausnahme einer kurzen Periode im Juni übersteigt die Intensität der Sonne auf Devon Island niemals die Sonnenintensität auf dem Mars
Sie können diese Tatsache überprüfen, indem Sie die Sonnenbedingungen auf der Erde bei 75°N auf der obigen Grafik lokalisieren.
- Wird es genug Sonnenlicht geben, um draußen auf der Devon-Insel Tomaten zu züchten?
Werden Tomaten in einem Gewächshaus auf der Devon-Insel wachsen oder muss die Sonnenenergie gesammelt, in Batterien gespeichert und dann mit künstlicher Wärme und Licht „konzentriert“ werden?
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Tomatenanbau mit ‚konzentrierter‘ Sonnenenergie
Obwohl die Lichtintensität (nur in der Nähe der lokalen Mittagszeit) auf Devon Island ähnlich ist wie am Marsäquator zu erwarten, beträgt die Tageslichtdauer aufgrund der hohen geografischen Breite (oberhalb des Polarkreises) 24 Stunden pro Tag.
Auf dem Mars, in der Nähe des Äquators, beträgt die Dauer des Tageslichts etwa 12 Stunden, gefolgt von etwa 12 Stunden Dunkelheit. Ein Gewächshaus auf dem Mars muss gut isoliert sein, um große Temperaturabfälle in der Nacht zu vermeiden.
Vielleicht ist eine Kombination aus passiver Gewächshausheizung während des Tages, ergänzt durch elektrische Heizung und Beleuchtung in der Nacht erforderlich, um eine geeignete Wachstumsumgebung für Pflanzen auf dem Mars zu schaffen.
Das Sammeln und Speichern von Sonnenenergie ist ein extrem ineffizienter Prozess. Ein Großteil der Energie geht als Wärme verloren, lange bevor sie als Lichtenergie für das Pflanzenwachstum zur Verfügung steht.
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