Wie viel wahrscheinlicher ist es, dass eine Kolonie auf dem Mars von einem Meteoriten getroffen wird, als eine ähnliche Struktur auf der Erde?

Das ist eine interessante Frage! Teilantwort!

Ich weiß nichts über die Häufigkeit von Marsmeteoriten, aber für einen bestimmten Meteoriten können wir seine Endgeschwindigkeit (falls er ihn erreicht) und seine kinetische Energie abschätzen.

Wenn es die Endgeschwindigkeit nicht erreicht, wird es verdammt viel schneller fahren und verdammt viel mehr kinetische Energie im Quadrat haben.

Ein Eisenmeteorit mit einem Radius von 1 cm hat eine kinetische Endenergie von 27 Joule auf der Erde, aber 540 Joule auf dem Mars!

Bei 10 cm sind es 240 KiloJoule und 5,4 MegaJoule!

Aber die meisten Meteoriten sind klein.

Die größeren sind extrem selten.

Wenn Sie den ganzen Staub und Schmutz von einem Flachdachgebäude aufsammeln und mit einem starken Magneten durchsieben, können Sie eisenhaltige Mikrometeoritentrümmer sammeln, und wenn Sie viele starke Magnete in einer Wüste herumschleppen, können Sie eine Menge davon sammeln größere Stücke, aber diese werden einer Kolonie wahrscheinlich keinen Schaden zufügen oder überhaupt auffallen.

Ihre Endgeschwindigkeit wird auf dem Mars aufgrund der geringeren Luftdichte höher sein, die geringere Schwerkraft trägt nur wenig dazu bei, diesen Effekt abzuschwächen.

Aus der Endgeschwindigkeit von Wikipedia :

Wo$m$,$A$Und$C_D$sind die Masse, die Querschnittsfläche und der Luftwiderstandsbeiwert des Meteoriten und$\rho$ist die Dichte der Atmosphäre nahe der Oberfläche.

Für die Berechnung unten habe ich eine Dichte von gewählt$\rho$von 7,5 g/cm^3 typisch für einen Eisenmeteoriten.

    r (cm)            0.01       0.10        1.00       10.00   
------------        ---------  ---------   ---------   ---------
vt_earth  (m/s)      3.88        12.29       38.85      122.85 
vt_mars   (m/s)     19.29        60.99      192.87      609.92 
KE_earth   (J)       2.37e-07     2.37e-03    2.37e+01    2.37e+05 
KE_mars    (J)       5.84e-06     5.84e-02    5.84e+02    5.84e+06

Von dieser Antwort auf Wer hat „Egg Rock“ entdeckt? Der Curiosity-Rover oder Menschen?

...Ausschnitt des Bildes von "Egg Rock" von redplanet.asu.edu/?p=21047 , der die Stellen zeigt, an denen der ChemCam-Laser von Curiosity Material abgetragen hat.

Siehe auch (und darin enthaltene Verweise und Antworten):

• Wurden schon einmal „frostige Meteoriten“ kurz nach der Landung beobachtet? Gibt es Fotos?
• Warum rosten oder oxidieren Eisenmeteoriten auf dem Mars nicht? Warum glänzen sie?

Python-Skript für Plot:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def vt(r, g, rho_m, rho_a):
Cd = 1.
A = np.pi * r**2
m = rho_m * (4/3) * np.pi * r**3
v_terminal = np.sqrt(2 * m * g / (rho_a * A * Cd))
KE = 0.5 * m * v_terminal**2
return v_terminal, KE

np.set_printoptions(precision=2, suppress=False)
r = np.logspace(-4, -1, 4) # meters
r_cm = 100 * r

rho_meteor = 7500 # kg/m^3

vt_earth, KE_earth = vt(r=r, g=9.81, rho_m=rho_meteor, rho_a=1.3)
vt_mars, KE_mars  = vt(r=r, g=3.72, rho_m=rho_meteor, rho_a=0.02)

print('    r (cm):           ', r_cm)
print('    vt_earth (m/s):   ', vt_earth)
print('    vt_mars (m/s):    ', vt_mars)
print('    KE_earth (J):     ', KE_earth)
print('    KE_mars (J):      ', KE_mars)

fig, axes = plt.subplots(2, 1)
ax1, ax2 = axes
fs = 12
ax1.plot(r_cm, vt_earth, '--g')
ax1.plot(r_cm, vt_mars, '-r')
ax2.plot(r_cm, KE_earth, '--g')
ax2.plot(r_cm, KE_mars, '-r')
ax2.set_xlabel('meteorite radius (cm)', fontsize=fs)
ax1.set_ylabel('terminal velocity (m/s)', fontsize=fs)
ax2.set_ylabel('terminal kinetic energy (J)', fontsize=fs)
for ax in axes:
ax.set_xscale('log')
ax.set_yscale('log')
plt.suptitle('meteorite CD=1.0, density = 7.5 g/cm^3')
plt.show()

Uhohs Antwort deckt genau den Schaden ab, den ein bestimmter Meteorit beim Aufprall haben würde.

Ich füge diesem Ansatz die Wahrscheinlichkeit hinzu, dass ein Meteorit sogar den Mars oder die Erde trifft.

Ein Marsjahr ist 1,6-mal länger als ein Erdenjahr (686,96 Tage gegenüber 365,25). In erster Näherung ist es im Durchschnitt genauso wahrscheinlich, dass ein Planet an jedem Punkt seiner Umlaufbahn von einem Meteoriten getroffen wird (das ist nicht ganz richtig, und deshalb haben wir jährliche Meteoritenschauer). Mit anderen Worten, ich gehe hier davon aus, dass die Verteilung der Meteoriten im inneren Sonnensystem aus einer einheitlichen Richtung erfolgt.

Außerdem beträgt der Radius des Mars 3397 km im Vergleich zu 6378 km der Erde. Unter der Annahme, dass die Planeten kugelförmig sind, wäre die Auffangebene (stellen Sie sich das als "Ziel" vor) des Meteoriten, der sich in einer geraden Linie bewegt, eine Scheibe, deren Radius der Radius des Planeten ist. Hier kommt es auf die Fläche dieser Scheibe an. Und das Radio des Bereichs der Erde über dem Bereich des Mars beträgt etwa 3,525 ($A=r^2\pi$).

Daher ist es etwa 5,6-mal weniger wahrscheinlich, dass der Mars von einem Meteoriten getroffen wird, aber wenn dies der Fall ist, ist der Schaden viel schlimmer.

Die Frage des ursprünglichen OP

Könnten Meteoriten die Erforschung des Mars verhindern?

wurde in eine andere Frage umgewandelt, die, wenn auch teilweise, in energetischen Berechnungen und Wahrscheinlichkeitsrechnungen beantwortet wurde. Ich werde versuchen, die ursprüngliche Frage zu beantworten.

Erstens, wie kann ein Meteorit die Kolonisierung eines Planeten verhindern? Sie müssen akzeptieren, dass, wenn Menschen alle Risiken einer mehr als 9-monatigen Reise in den Weltraum eingehen und $$$ ausgeben, es nicht wegen eines zerbrechenden Fensters/Solarmoduls oder sogar eines direkten tödlichen Treffers auf eine Installation zum Nachdenken kommt zweimal. Wie die Abenteurer der Vergangenheit werden sie wieder aufbauen, ihre Toten begraben und weiterziehen. Um eine Kolonisierung zu verhindern, müssen wir also an ein katastrophales Ereignis denken, eines, das aufgrund seiner Auswirkungen auf das etablierte Ökosystem fast alle Lebewesen auslöschen kann, wie der Meteorit, der vor 66 Millionen Jahren (bei Chicxulub) auf die Erde traf.

Nun, um der schnellen und schmutzigen Schätzung willen sagen wir, dass in 10.000 Jahren die Wahrscheinlichkeit, einmal getroffen zu werden, das ^10-4- fache der Wahrscheinlichkeit ist , einmal in 100 Millionen Jahren getroffen zu werden (ich weiß, dass es eine falsche Mathematik ist, aber ich bin es Auf der sicheren Seite). Nehmen Sie außerdem an, dass für den Mars die Wahrscheinlichkeit, einmal in 100 Millionen Jahren getroffen zu werden, 1 beträgt. Zumindest für die Erde ist sie nach den geologischen Aufzeichnungen viel geringer.

Der Chicxulub-Krater hat einen Radius von 90 km. Wahrscheinlich wurden alle lebenden Tiere in einem Umkreis von 2x90 km durch seine kinetische Energie getötet. Dies ist ein Kreis von ~100.000 km ² oder etwa 7 % der Marsoberfläche (R=3400 km). Wenn Sie also zufällig eine Stadt auf den Mars legen, beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass sie über einen Zeitraum von 10.000 Jahren durch ein Chicxulub-ähnliches Ereignis ausgelöscht wird, 7 zu einer Million. In 100 Millionen Jahren ist Ihre Stadt zu 93% verschont geblieben, obwohl wir Gewissheit für das katastrophale Ereignis annehmen.

Als entscheidende Bemerkung sei gesagt, dass es nicht die kinetische Energie von Chicxulub war, die 75 % der Lebensformen auf der Erde auslöschte. Es waren die Auswirkungen seiner Auswirkungen auf die Atmosphäre und die globale Abkühlung, die durch die Asche verursacht wurde, die die Sonne blockierte. Daher ist meine obige Berechnung sinnlos, wenn ich den Einfluss eines großen Meteoriteneinschlags auf die Atmosphäre des Mars nicht vorhersagen kann – was ich nicht kann. Tatsächlich würde meine Rechnung aufgehen, wenn der Mars völlig atmosphärenlos wäre, da in diesem Szenario nur die kinetische Energie schadet.

Daher die Antwort: Mit dem derzeitigen Wissen ist die Wahrscheinlichkeit, dass Meteoriten ein Problem für eine Marskolonisierung darstellen, nicht vorhanden. Selbst unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Mars näher am Asteroidengürtel liegt und seine Atmosphäre nicht schützt.