Атмосфера Марса , как и атмосфера Венеры, в основном состоит из углекислого газа, хотя и существенно тоньше. После обнаружения метана в 2003 г. исследования атмосферы возобновились с большим азартом. Наличие метана косвенно может указывать на наличие жизни на Марсе, хотя больше вероятности, что это следы вулканической или гидротермальной активности планеты.
Атмосфера на 96% состоит из двуокиси углерода, 2.1% из аргона и 1.9% из азота. Так же были найдены следы кислорода, метана, монооксида и двуокиси углерода,и небольшое количество водяного пара в виде холодных облаков. Концентрация углекислого газа на Марсе в 23 раза превышает земной показатель. Это делает невозможным существование любой жизни на Марсе. По крайне мере той жизни, к которой мы все привыкли на родной Земле.
Состав атмосферы Марса.
Состав атмосферы, а так же ее масса сильно колеблется в течение марсианского года. Зимой большая часть углекислого газа конденсируется в полярных шапках , поэтому атмосфера становится более разряженной. Летом же эта часть испаряется, и плотность атмосферы увеличивается.
Но и зимой и летом плотность атмосферы не настолько большая, чтобы сглаживать температурные колебания. В течение одного марсианского дня скачки температуры превышают 100 o C. Днем она поднимается до +30 o C, а ночью опускается до -80 o C. На полюсах минимальная температура опускается еще ниже, до -150 o C.
Атмосферное давление на Марсе составляет 600 Па. Для сравнения на Земле атмосферное давление составляет 101 Па, а на Венере огромные 9.3 МПа. На вулкане Олимп , самой высокой точкой на Марсе, атмосферное давление составляет жалкие 30 Па. А в самой глубой точке планеты, в равнине Эллада, достигает 1155 Па.
Наблюдения марсохода "Mars Exploration Rover" с поверхности Марса показали, что несмотря на разряженность атмосферы, воздух довольно пыльный. Марсианское небо постоянно окрашено с светло-коричневый и оранжевый цвет. Взвешенные частицы песка и пыли поднимаются на высоту 1.5 км. над поверхностью планеты и из-за низкого давления оседают довольно долго.
История атмосферы
Ученые полагают, что атмосфера Марса менялась в течение жизни планеты. Есть доказательства, что на планете были огромные океаны несколько миллиардов лет назад. Но в настоящее время вода может существовать только в виде пара или льда. Во-первых, атмосферное давление способно "удерживать" воду в жидком состоянии только в самых низких точках планеты. А во-вторых, средняя температура на поверхности составляет -63 o C, поэтому вода может существовать только в твердом состоянии.
Тем не менее, в начале своей истории Марс имел более благоприятные условия. В начале 2013 г. было объявлено, что атмосфера Марса была богата кислородом около 4 миллиардов лет назад (). Среди возможных причин истощения кислорода в атмосфере называют следующие:
- Постепенное разрушение атмосферы солнечным ветром.
- Столкновение с огромным метеоритом или кометой, имевшее катастрофические последствия для Марса.
- Низкая гравитация Марса, не позволяющая удержать атмосферу.
Потенциал для использования людьми
Как же человек может использовать атмосферу Марса? Этот вопрос задается все чаще, поскольку колонизация Марса сейчас уже не выглядит неосуществимой фантастической мечтой. Да, вопросов пока больше, чем ответов. Но и решать вопросы нужно по одному, а не все сразу.
Двуокись углерода из атмосферы Марса можно использовать для создания ракетного топлива для обратного полета на Землю. Есть несколько вариантов использования такого богатого объема CO 2 , один из них - процесс Сабатье. Этот химический процесс представляет собой реакцию двуоксида углерода с водородом при никелевом катализаторе. В результате этой реакции получается кислород и метан.
Реакция Сабатье уже "примеряется" учеными из НАСА для переработки углекислого газа на Международной космической станции, оставшегося после дыхания космонавтов. Поэтому на Марсе нам, возможно, и не понадобиться кислород в атмосфере - мы его произведем сами.
> > > Атмосфера Марса
Марс - атмосфера планеты : слои атмосферы, химический состав, давление, плотность, сравнение с Землей, количество метана, древняя планета, исследования с фото.
А тмосфера Марса составляет всего 1% земной, поэтому на Красной планете нет никакой защиты от солнечного излучения, а также нормального температурного режима. Состав атмосферы Марса представлен углекислым газом (95%), азотом (3%), аргоном (1.6%) и небольшими примесями кислорода, водяного пара и прочих газов. Также она переполнена мелкими пылевыми частичками, из-за которых планета кажется красной.
Исследователи полагают, что ранее атмосферный слой был плотным, но 4 млрд. лет назад разрушился. Без магнитосферы солнечный ветер врезается в ионосферу и снижает атмосферную плотность.
Это привело к низкому показателю давления – 30 Па. Атмосфера простирается на 10.8 км. В ней присутствует много метана. Причем заметны сильные выбросы в конкретных областях. Выделяют две локации, но источники пока не обнаружены.
В год выходит 270 тонн метана. А значит, речь идет о каком-то активном подповерхностном процессе. Скорее всего, это вулканическая активность, кометные удары или серпентинизация. Наиболее привлекательный вариант – метаногенная микробная жизнь.
Теперь вы знаете о наличии атмосферы Марса, но, к сожалению, она настроена на истребление колонистов. Она не дает скопиться жидкой воде, открыта для радиации и чрезвычайно холодная. Но в ближайшие 30 лет мы все равно нацелены на освоение.
Диссипация планетных атмосфер
Астрофизик Валерий Шематович об эволюции планетных атмосфер, экзопланетных системах и потере атмосферы Марса:
Марс четвертая планета от Солнца и последняя из планет земной группы. Как и остальные планеты в Солнечной системе (не считая Земли) назван в честь мифологической фигуры — римского бога войны. В дополнение к его официальному названию Марс иногда называют Красной планетой, что связано с коричнево-красным цветом его поверхности. При всем этом Марс является второй самой маленькой планетой в Солнечной системе после .
В течение практически всего девятнадцатого века считалось, что на Марсе существует жизнь. Причина такой веры заключается частично в ошибке, а частично в человеческом воображении. В 1877 году астроном Джованни Скиапарелли смог наблюдать то, что, по его мнению, было прямыми линиями на поверхности Марса. Подобно другим астрономам, когда он заметил эти полосы, то предположил, что подобная прямота связана с существованием на планете разумной жизни. Популярной в то время версией о природе этих линий было предположение о том, что это были оросительные каналы. Тем не менее, с развитием более мощных телескопов в начале двадцатого века астрономы смогли увидеть марсианскую поверхность более четко и определить, что эти прямые линии были всего лишь оптической иллюзией. В результате все более ранние предположения о жизни на Марсе остались без доказательств.
Большое количество научной фантастики написанной в течение двадцатого века было прямым следствием убеждения, что на Марсе существует жизнь. Начиная от небольших зеленых человечков, заканчивая рослыми захватчиками с лазерным оружием, марсиане были в центре внимания многих теле- и радиопрограмм, комиксов, фильмов и романов.
Не смотря на то, что открытие марсианской жизни в восемнадцатом веке в результате оказалось ложным, Марс оставался для научных кругов наиболее дружелюбной для жизни (не считая Земли) планетой в Солнечной системе. Последующие планетарные миссии были без сомнения посвящены поиску хоть какой-либо формы жизни на Марсе. Так миссия под названием Viking, осуществленная в 1970-е годы, проводила эксперименты на марсианской почве в надежде обнаружить в ней именно микроорганизмов. В то время считалось, что образование соединений в ходе экспериментов может быть результатом биологических агентов, однако позже было установлено, что соединения химических элементов могут быть созданы и без биологических процессов.
Однако даже эти данные не лишили ученых надежды. Не обнаружив признаков жизни на поверхности Марса, они предположили, что все необходимые условия могут существовать под поверхностью планеты. Эта версия актуальна и сегодня. По крайней мере, такие планетарные миссии настоящего как ExoMars и Mars Science предполагают проверку всех возможных вариантов существования жизни на Марсе в прошлом или настоящем, на поверхности и под ней.
Атмосфера Марса
По своему составу атмосфера Марса очень похожа на атмосферу , одной из наименее гостеприимных атмосфер во всей Солнечной системе. Основным компонентом в обеих средах является двуокись углерода (95% для Марса, 97% для Венеры), но есть большое отличие – парниковый эффект на Марсе отсутствует, поэтому температура на планете не превышает 20°C, в отличие от 480°С на поверхности Венеры. Такая огромная разница связана с разной плотностью атмосфер этих планет. При сопоставимой плотности, атмосфера Венеры чрезвычайно толстая, тогда как Марс обладает довольно тонким атмосферным слоем. Проще говоря, если бы толщина атмосферы Марса была более значительна, то он напоминал бы Венеру.
Кроме того Марс обладает очень разреженной атмосферой, — атмосферное давление составляет лишь около 1% от давления на . Это эквивалентно давлению в 35 километров над поверхностью Земли.
Одним из самых первых направлений в исследовании марсианской атмосферы является ее влияние на присутствие воды на поверхности. Не смотря на то, что полярные шапки содержат воду в твердом состоянии, а воздух содержит водяной пар, образующийся в результате морозов и низкого давления, сегодня все исследования указывают на то, что «слабая» атмосфера Марса не способствует существованию воды в жидком состоянии на поверхности планеты.
Тем не менее, полагаясь на последние данные марсианских миссий, ученые уверены, что вода в жидком виде на Марсе существует и находится она на один метр ниже поверхности планеты.
Вода на Марсе: предположение / wikipedia.org
Однако не смотря на тонкий атмосферный слой Марс обладает достаточно приемлемыми по земным меркам погодными условиями. Наиболее экстремальными формами этой погоды являются ветра, пыльные бури, морозы и туманы. Как результат такой погодной деятельности в некоторых районах Красной планеты были замечены значительные следы эрозии.
Еще одним интересным пунктом о марсианской атмосфере можно указать то, что как утверждает сразу несколько современных научных исследований, в далеком прошлом она была достаточно плотной для существования на поверхности планеты океанов из воды в жидком состоянии. Однако, согласно тем же исследованиям, атмосфера Марса была резко изменена. Ведущей версией такого изменения на данный момент является гипотеза о столкновении планеты с другим достаточно объемным космическим телом, что привело потере Марсом большей части своей атмосферы.
Поверхность Марса обладает двумя значительными особенностями, которые, по интересному стечению обстоятельств, связаны с различиями в полушариях планеты. Дело в том, что северное полушарие имеет достаточно гладкий рельеф и всего несколько кратеров, тогда как южное полушарие буквально испещрено возвышенностями и кратерами разной величины. Помимо топографических различий, обозначающих разницу в рельефе полушарий, есть и геологические, — исследования указывают на то, что области в северном полушарии гораздо более активны, нежели в южном.
На поверхности Марса находится самый большой из известных на сегодняшний день вулканов — Olympus Mons (Гора Олимп) и самый крупный из известных каньонов – Mariner (долина Маринер). В Солнечной системе пока не найдено ничего более грандиозного. Высота Горы Олимп составляет 25 километров (это в три раза выше Эвереста, самой высокой горы на Земле), а диаметр основания 600 километров. Длина долины Маринер составляет 4000 километров, ширина 200 километров, а глубина почти 7 километров.
На сегодняшний день самым значительным открытием в отношении марсианской поверхности было обнаружение каналов. Особенностью этих каналов является то, что они, по мнению экспертов NASA , были созданы проточной водой, и, таким образом, являются наиболее достоверным доказательством теории о том, что в далеком прошлом поверхность Марса значительно напоминала земную.
Наиболее известной перейдолией связанной с поверхностью Красной планеты является так называемое «Лицо на Марсе». Рельеф действительно очень напоминал человеческое лицо тогда, когда был получен первый снимок определенной местности космическим аппаратом Viking I в 1976 году. Многие люди в то время посчитали этот снимок настоящим доказательством того, что на Марсе существовала разумная жизнь. Последующие снимки показали, что это всего лишь игра освещения и человеческая фантазия.
Подобно другим планетам земной группы, в интерьере Марса выделяют три слоя: кора, мантия и ядро.
Не смотря на то, что точные измерения еще не сделаны, ученые сделали определенные прогнозы о толщине коры Марса на основании данных о глубине долины Маринер. Глубокая, обширная система долины, расположенной в южном полушарии, не могла бы существовать если бы кора Марса не была значительно толще земной. Предварительные оценки указывают на то, что толщина коры Марса в северном полушарии составляет порядка 35 километров и около 80 километров в южном.
Достаточно много исследований было посвящено ядру Марса, в частности выяснению того, является ли оно твердым или жидким. Некоторые теории указали на отсутствие достаточно мощного магнитного поля как признака твердого ядра. Тем не менее, в последнее десятилетие все большую популярность набирает гипотеза о том, что ядро Марса жидкое, по крайней мере, частично. На это указало открытие намагниченных пород на поверхности планеты, что может быть признаком того, что Марс обладает или обладал жидкой сердцевиной.
Орбита и вращение
Орбита Марса примечательна по трем причинам. Во-первых, ее эксцентриситет является вторым по величине среди всех планет, меньше только у Меркурия. При такой эллиптической орбите перигелий Марса составляет 2.07 х 108 километров, что гораздо дальше, чем его афелий — 2,49 х 108 километров.
Во-вторых, научные данные свидетельствуют о том, что столь высокая степень эксцентричности присутствовала далеко не всегда, и, возможно, была меньше Земной в какой-то момент истории существования Марса. Причиной такого изменения ученые называют гравитационные силы соседних планет, воздействующие на Марс.
В-третьих, из всех планет земной группы Марс является единственной, на которой год длится дольше, чем на Земле. Естественным образом это связано с его орбитальным расстоянием от Солнца. Один марсианский год равен почти 686 земным дням. Марсианский день длится примерно 24 часа 40 минут, — именно такое время требуется планете, чтобы завершить один полный оборот вокруг своей оси.
Еще одним примечательным сходством планеты с Землей является ее наклон оси, который составляет примерно 25°. Такая особенность указывает на то, что сезоны на Красной планете сменяют друг друга точно таким же образом как и на Земле. Тем не менее, полушария Марса переживают абсолютно другие, отличные от земных, температурные режимы для каждого сезона. Это связано опять же с гораздо большим эксцентриситетом орбиты планеты.
SpaceX И планы по колонизации Марса
Итак, мы знаем, что SpaceX хочет отправить людей на Марс в 2024 году, но их первой марсианской миссией будет запуск капсулы «Красного Дракона» в 2018 году. Какие шаги собирается предпринять компания для достижения этой цели?
- 2018 год. Запуск космического зонда «Красный Дракон» в целях демонстрации технологий. Цель миссии — достичь Марса и совершить некоторые изыскания на месте посадки в небольшом масштабе. Возможно, поставка дополнительной информации для НАСА или космических агентств других государств.
- 2020 год. Запуск космического корабля Mars Colonial Transporter MCT1 (беспилотный). Цель миссии — отправка груза и возврат образцов. Масштабные демонстрации технологии для обитания, жизнеобеспечения, энергетики.
- 2022 год. Запуск космического корабля Mars Colonial Transporter MCT2 (беспилотный). Вторая итерация MCT. В это время MCT1 будет на обратном пути к Земле, неся марсианские образцы. MCT2 осуществляет поставку, оборудования для первого пилотируемого полета. Корабль MCT2 будет готов к запуску, как только экипаж прибудет на Красную планету через 2 года. В случае возникновения неприятностей (как в фильме «Марсианин») команда сможет им воспользоваться, чтобы покинуть планету.
- 2024 год. Третья итерация Mars Colonial Transporter MCT3 и первый пилотируемый полет. На тот момент все технологии докажут свою работоспособность, MCT1 совершит путешествие на Марс и обратно, а MCT2 готов и протестирован на Марсе.
Марс является четвертой планетой от Солнца и последней из планет земной группы. Расстояние от Солнца составляет около 227940000 километров.
Планета названа в честь Марса — римского бога войны. У древних греков он был известен как Арес. Считается, что такую ассоциацию Марс получил из-за кроваво-красного цвета планеты. Благодаря цвету, планета также была известна и у других древних культур. Первые китайские астрономы называли Марс «Звездой Огня», а древнеегипетские жрецы обозначали его как «Ее Desher», что означает «красный».
Массив суши на Марсе и на Земле очень похож. Несмотря на то, что Марс занимает только 15% объема и 10% массы Земли, он имеет сопоставимый с нашей планетой массив суши как следствие того, что вода покрывает около 70% поверхности Земли. При этом поверхностная сила тяжести Марса составляет около 37% тяжести на Земле. Это означает, что теоретически на Марсе можно прыгать в три раза выше, чем на Земле.
Только 16 из 39 миссий на Марс были успешными. Начиная с миссии «Марс 1960А», запущенной в СССР в 1960 году, на Марс было отправлено в общей сложности 39 спускаемых орбитальных аппаратов и марсоходов, но только 16 из этих миссий были успешными. В 2016 году был запущен зонд в рамках российско-европейской миссии «ЭкзоМарс», основными целями которого будет поиск признаков жизни на Марсе, изучение поверхности и рельефа планеты и составление карты потенциальных опасностей от окружающей среды для будущих пилотируемых полетов на Марс.
Обломки с Марса были обнаружены на Земле. Считается, что следы некоторого количества марсианской атмосферы были найдены в метеоритах, отскочивших от планеты. После того, как покинули Марс эти метеориты долгое время, в течение миллионов лет, летали по Солнечной системе среди других объектов и космического мусора, но были захвачены гравитацией нашей планеты, попали в ее атмосферу и рухнули на поверхность. Изучение этих материалов позволило ученым узнать очень многое о Марсе еще до начала космических полетов.
В недалеком прошлом люди были уверены, что Марс является домом для разумной жизни. Во многом на это повлияло обнаружение прямых линий и канав на поверхности Красной планеты итальянским астрономом Джованни Скиапарелли. Он считал, что такие прямые линии не могут быть созданы природой и являются результатом разумной деятельности. Однако позже было доказано, что это не более чем оптическая иллюзия.
Самая высокая планетарная гора известная в Солнечной системе находится на Марсе. Она носит название Olympus Mons (Гора Олимп) и возвышается на 21 километр в высоту. Считается, что это вулкан, который был сформирован миллиарды лет назад. Ученые нашли достаточно много свидетельств того, что возраст вулканической лавы объекта достаточно невелик, что может быть доказательством того, что Олимп все еще может быть активным. Тем не менее есть гора в Солнечной системе, которой Олимп уступает по высоте, — это центральный пик Реясильвия, расположенный на астероиде Веста, высота которого 22 километра.
На Марсе происходят пылевые бури – самые обширные в Солнечной системе. Это связано с эллиптической формой траектории орбиты планеты вокруг Солнца. Путь орбиты более вытянутый, чем у многих других планет и эта овальная форма орбиты приводит к свирепым пылевым штормам, которые охватывают всю планету и могут длиться в течение многих месяцев.
Солнце выглядит примерно в половину своего визуального земного размера, если смотреть на него с Марса. Когда Марс находится ближе всего к Солнцу по своей орбите, а его южное полушарие обращено к Солнцу, на планете наступает очень короткое, но невероятно жаркое лето. При этом на северном полушарии наступает короткая, но холодная зима. Когда планета находится дальше от Солнца, и направлен к нему северным полушарием Марс переживает долгое и мягкое лето. На южном полушарии при этом наступает продолжительная зима.
За исключением Земли, ученые считают Марс наиболее подходящей для жизни планетой. Ведущие космические агентства планируют осуществить целый ряд космических полетов в течение следующего десятилетия для того, что выяснить существует ли на Марсе потенциал для существования жизни и возможно ли построить на нем колонию.
Марсиане и инопланетяне с Марса достаточно долгое время были основными кандидатами на роль внеземных пришельцев, что сделало Марс одной из самых популярных планет Солнечной системы.
Марс это единственная в системе планета, кроме Земли, на которой есть полярные льды. Под полярными шапками Марса была обнаружена вода в твердом состоянии.
Также как и на Земле на Марсе есть сезоны, но длятся они в два раза дольше. Это происходит потому, что Марс наклонен по своей оси примерно на 25,19 градусов, что близко к значению наклона оси Земли (22,5 градуса).
Марс не имеет магнитного поля. Некоторые ученые считают, что на оно существовало на планете около 4 миллиардов лет назад.
Две луны Марса, Фобос и Деймос, были описаны в книге «Путешествия Гулливера» автором Джонатаном Свифтом. Это было за 151 год до того, как они были открыты.
Марс - четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая (предпоследняя) по размерам планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Названа в честь Марса - древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа.
Марс - планета земной группы с разреженной атмосферой (давление у поверхности в 160 раз меньше земного). Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать ударные кратеры наподобие лунных, а также вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки наподобие земных.
У Марса есть два естественных спутника - Фобос и Деймос (в переводе с древнегреческого - «страх» и «ужас» - имена двух сыновей Ареса, сопровождавших его в бою), которые относительно малы (Фобос - 26x21 км, Деймос - 13 км в поперечнике) и имеют неправильную форму.
Великие противостояния Марса, 1830-2035 гг.
| Год | Дата | Расстояние, а. е. |
|---|---|---|
| 1830 | 19 сентября | 0,388 |
| 1845 | 18 августа | 0,373 |
| 1860 | 17 июля | 0,393 |
| 1877 | 5 сентября | 0,377 |
| 1892 | 4 августа | 0,378 |
| 1909 | 24 сентября | 0,392 |
| 1924 | 23 августа | 0,373 |
| 1939 | 23 июля | 0,390 |
| 1956 | 10 сентября | 0,379 |
| 1971 | 10 августа | 0,378 |
| 1988 | 22 сентября | 0,394 |
| 2003 | 28 августа | 0,373 |
| 2018 | 27 июля | 0,386 |
| 2035 | 15 сентября | 0,382 |
Марс - четвёртая по удалённости от Солнца (после Меркурия, Венеры и Земли) и седьмая по размерам (превосходит по массе и диаметру только Меркурий) планета Солнечной системы. Масса Марса составляет 10,7 % массы Земли (6,423·1023 кг против 5,9736·1024 кг для Земли), объём - 0,15 объёма Земли, а средний линейный диаметр - 0,53 диаметра Земли (6800 км).
Рельеф Марса обладает многими уникальными чертами. Марсианский потухший вулкан гора Олимп - самая высокая гора в Солнечной системе, а долины Маринер - самый крупный каньон. Помимо этого, в июне 2008 года три статьи, опубликованные в журнале «Nature», представили доказательства существования в северном полушарии Марса самого крупного известного ударного кратера в Солнечной системе. Его длина - 10 600 км, а ширина - 8500 км, что примерно в четыре раза больше, чем крупнейший ударный кратер, до того также обнаруженный на Марсе, вблизи его южного полюса.
В дополнение к схожести поверхностного рельефа, Марс имеет период вращения и смену времён года аналогичные земным, но его климат значительно холоднее и суше земного.
Вплоть до первого пролёта у Марса космического аппарата «Маринер-4» в 1965 году многие исследователи полагали, что на его поверхности есть вода в жидком состоянии. Это мнение было основано на наблюдениях за периодическими изменениями в светлых и тёмных участках, особенно в полярных широтах, которые были похожи на континенты и моря. Тёмные борозды на поверхности Марса интерпретировались некоторыми наблюдателями как ирригационные каналы для жидкой воды. Позднее было доказано, что эти борозды были оптической иллюзией.
Из-за низкого давления вода не может существовать в жидком состоянии на поверхности Марса, но вполне вероятно, что в прошлом условия были иными, и поэтому наличие примитивной жизни на планете исключать нельзя. 31 июля 2008 года вода в состоянии льда была обнаружена на Марсе космическим аппаратом НАСА «Феникс» (англ. «Phoenix»).
В феврале 2009 орбитальная исследовательская группировка на орбите Марса насчитывала три функционирующих космических аппарата: «Марс Одиссей», «Марс-экспресс» и «Марсианский разведывательный спутник», это больше, чем около любой другой планеты, помимо Земли.
Поверхность Марса в настоящий момент исследовали два марсохода: «Спирит» и «Оппортьюнити». На поверхности Марса находятся также несколько неактивных посадочных модулей и марсоходов, завершивших исследования.
Собранные ими геологические данные позволяют предположить, что большую часть поверхности Марса ранее покрывала вода. Наблюдения в течение последнего десятилетия позволили обнаружить в некоторых местах на поверхности Марса слабую гейзерную активность. По наблюдениям с космического аппарата «Марс Глобал Сервейор», некоторые части южной полярной шапки Марса постепенно отступают.
Марс можно увидеть с Земли невооружённым глазом. Его видимая звёздная величина достигает 2,91m (при максимальном сближении с Землёй), уступая по яркости лишь Юпитеру (и то далеко не всегда во время великого противостояния) и Венере (но лишь утром или вечером). Как правило, во время великого противостояния, оранжевый Марс является ярчайшим объектом земного ночного неба, но это происходит лишь один раз в 15-17 лет в течение одной - двух недель.
Орбитальные характеристики
Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,76 млн км (когда Земля находится точно между Солнцем и Марсом), максимальное - около 401 млн км (когда Солнце находится точно между Землёй и Марсом).
Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 228 млн км (1,52 а. е.), период обращения вокруг Солнца равен 687 земным суткам. Орбита Марса имеет довольно заметный эксцентриситет (0,0934), поэтому расстояние до Солнца меняется от 206,6 до 249,2 млн км. Наклонение орбиты Марса равно 1,85°.
Марс ближе всего к Земле во время противостояния, когда планета находится в направлении, противоположном Солнцу. Противостояния повторяются каждые 26 месяцев в разных точках орбиты Марса и Земли. Но раз в 15-17 лет противостояния приходятся на то время, когда Марс находится вблизи своего перигелия; в этих так называемых великих противостояниях (последнее было в августе 2003 года) расстояние до планеты минимально, и Марс достигает наибольшего углового размера 25,1" и яркости 2,88m.
Физические характеристики
Сравнение размеров Земли (средний радиус 6371 км) и Марса (средний радиус 3386,2 км)
По линейному размеру Марс почти вдвое меньше Земли - его экваториальный радиус равен 3396,9 км (53,2 % земного). Площадь поверхности Марса примерно равна площади суши на Земле.
Полярный радиус Марса примерно на 20 км меньше экваториального, хотя период вращения у планеты больший, чем у Земли, что даёт повод предположить изменение скорости вращения Марса со временем.
Масса планеты - 6,418·1023 кг (11 % массы Земли). Ускорение свободного падения на экваторе равно 3,711 м/с (0,378 земного); первая космическая скорость составляет 3,6 км/с и вторая - 5,027 км/с.
Период вращения планеты - 24 часа 37 минут 22,7 секунд. Таким образом, марсианский год состоит из 668,6 марсианских солнечных суток (называемых солами).
Марс вращается вокруг своей оси, наклонённой к перпендикуляру плоскости орбиты под углом 24°56?. Наклон оси вращения Марса обеспечивает смену времён года. При этом вытянутость орбиты приводит к большим различиям в их продолжительности - так, северная весна и лето, вместе взятые, длятся 371 сол, то есть заметно больше половины марсианского года. В то же время, они приходятся на участок орбиты Марса, удалённый от Солнца. Поэтому на Марсе северное лето долгое и прохладное, а южное - короткое и жаркое.
Атмосфера и климат
Атмосфера Марса, фото орбитера «Викинг», 1976 г. Слева виден «кратер-смайлик» Галле
Температура на планете колеблется от -153 на полюсе зимой и до более +20 °C на экваторе в полдень. Средняя температура составляет -50°C.
Атмосфера Марса, состоящая, в основном, из углекислого газа, очень разрежена. Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного - 6,1 мбар на среднем уровне поверхности. Из-за большого перепада высот на Марсе давление у поверхности сильно изменяется. Примерная толщина атмосферы - 110 км.
По данным НАСА (2004), атмосфера Марса состоит на 95,32 % из углекислого газа; также в ней содержится 2,7 % азота, 1,6 % аргона, 0,13 % кислорода, 210 ppm водяного пара, 0,08 % угарного газа, оксид азота (NO) - 100 ppm, неон (Ne) - 2,5 ppm, полутяжёлая вода водород-дейтерий-кислород (HDO) 0,85 ppm, криптон (Kr) 0,3 ppm, ксенон (Xe) - 0,08 ppm.
По данным спускаемого аппарата АМС «Викинг» (1976), в марсианской атмосфере было определено около 1-2 % аргона, 2-3 % азота, а 95 % - углекислый газ. Согласно данным АМС «Марс-2» и «Марс-3», нижняя граница ионосферы находится на высоте 80 км, максимум электронной концентрации 1,7·105 электрон/см3 расположен на высоте 138 км, другие два максимума находятся на высотах 85 и 107 км.
Радиопросвечивание атмосферы на радиоволнах 8 и 32 см АМС «Марс-4» 10 февраля 1974 г. показало наличие ночной ионосферы Марса с главным максимумом ионизации на высоте 110 км и концентрацией электронов 4,6·103 электрон/см3, а также вторичными максимумами на высоте 65 и 185 км.
Атмосферное давление
По данным НАСА на 2004 год, давление атмосферы на среднем радиусе составляет 6,36 мб. Плотность у поверхности ~0,020 кг/м3, общая масса атмосферы ~2,5·1016 кг.
Изменение атмосферного давления на Марсе в зависимости от времени суток, зафиксированное посадочным модулем Mars Pathfinder в 1997 году.
В отличие от Земли, масса марсианской атмосферы сильно изменяется в течение года в связи с таянием и намерзанием полярных шапок, содержащих углекислый газ. Во время зимы 20-30 процентов всей атмосферы намораживается на полярной шапке, состоящей из углекислоты. Сезонные перепады давления, по разным источникам, составляют следующие значения:
По данным НАСА (2004): от 4.0 до 8.7 мбар на среднем радиусе;
По данным Encarta (2000): от 6 до 10 мбар;
По данным Zubrin и Wagner (1996): от 7 до 10 мбар;
По данным посадочного аппарата Викинг-1: от 6,9 до 9 мбар;
По данным посадочного аппарата Mars Pathfinder: от 6,7 мбар.
Ударная впадина Эллада (Hellas Impact Basin) - самое глубокое место, где можно обнаружить самое высокое атмосферное давление на Марсе
В месте посадки зонда АМС Марс-6 в районе Эритрейского моря было зафиксировано давление у поверхности 6,1 миллибара, что на тот момент считалось средним давлением на планете, и от этого уровня было условлено отсчитывать высоты и глубины на Марсе. По данным этого аппарата, полученным во время спуска, тропопауза находится на высоте примерно 30 км, где давление составляет 5·10-7 г/см3 (как на Земле на высоте 57 км).
Область Эллада (Марс) настолько глубока, что атмосферное давление достигает примерно 12,4 миллибара, что выше тройной точки воды (~6,1 мб) и ниже точки кипения. При достаточно высокой температуре вода могла бы существовать там в жидком состоянии; при таком давлении, однако, вода закипает и превращается в пар уже при +10 °C.
На вершине высочайшего 27-километрового вулкана Олимп давление может составлять от 0,5 до 1 мбар (Zurek 1992).
До высадки на поверхность Марса посадочных модулей давление было измерено за счет ослабления радиосигналов с АМС Маринер-4, Маринер-6 и Маринер-7 при их захождении за марсианский диск - 6,5 ± 2,0 мб на среднем уровне поверхности, что в 160 раз меньше земного; такой же результат показали спектральные наблюдения АМС Марс-3. При этом в расположенных ниже среднего уровня областях (например, в марсианской Амазонии) давление, согласно этим измерениям, достигает 12 мб.
Начиная с 1930-х гг. советские астрономы пытались определять давление атмосферы методами фотографической фотометрии - по распределению яркости вдоль диаметра диска в разных диапазонах световых волн. Французские ученые Б.Лио и О.Дольфюс производили с этой целью наблюдения поляризации рассеянного атмосферой Марса света. Сводку оптических наблюдений опубликовал американский астроном Ж.-де Вокулер в 1951 году, и по ним получалось давление 85 мб, завышенное почти в 15 раз из-за помех со стороны атмосферной пыли.
Климат
Микроскопическое фото конкреции гематита размером 1,3 см, снятое марсоходом «Оппортьюнити» 2 марта 2004 г., показывает присутствие в прошлом жидкой воды
Климат, как и на Земле, носит сезонный характер. В холодное время года даже вне полярных шапок на поверхности может образовываться светлый иней. Аппарат «Феникс» зафиксировал снегопад, однако снежинки испарялись, не достигая поверхности.
По сведениям НАСА (2004 г.), средняя температура составляет ~210 K (-63 °C). По данным посадочных аппаратов Викинг, суточный температурный диапазон составляет от 184 K до 242 K (от -89 до -31 °C) (Викинг-1), а скорость ветра: 2-7 м/с (лето), 5-10 м/с (осень), 17-30 м/с (пылевой шторм).
По данным посадочного зонда Марс-6, средняя температура тропосферы Марса составляет 228 K, в тропосфере температура убывает в среднем на 2,5 градуса на километр, а находящаяся выше тропопаузы (30 км) стратосфера имеет почти постоянную температуру 144 K.
По данным исследователей из Центра имени Карла Сагана, в последние десятилетия на Марсе идёт процесс потепления. Другие специалисты считают, что такие выводы делать пока рано.
Существуют сведения, что в прошлом атмосфера могла быть более плотной, а климат - тёплым и влажным, и на поверхности Марса существовала жидкая вода и шли дожди. Доказательством этой гипотезы является анализ метеорита ALH 84001, показавший, что около 4 миллиардов лет назад температура Марса составляла 18 ± 4 °C.
Пылевые вихри
Пыльные вихри, сфотографированные марсоходом «Оппортьюнити» 15 мая 2005 г. Цифры в левом нижнем углу отображают время в секундах с момента первого кадра
Начиная с 1970-х гг. в рамках программы «Викинг», а также марсоходом «Оппортьюнити» и другими аппаратами были зафиксированы многочисленные пыльные вихри. Это воздушные завихрения, возникающие у поверхности планеты и поднимающие в воздух большое количество песка и пыли. Вихри часто наблюдаются и на Земле (в англоязычных странах их называют пыльными демонами - dust devil), однако на Марсе они могут достигать гораздо больших размеров: в 10 раз выше и в 50 раз шире земных. В марте 2005 года вихрь очистил солнечные батареи у марсохода «Спирит».
Поверхность
Две трети поверхности Марса занимают светлые области, получившие название материков, около трети - тёмные участки, называемые морями. Моря сосредоточены, в основном, в южном полушарии планеты, между 10 и 40° широты. В северном полушарии есть только два крупных моря - Ацидалийское и Большой Сырт.
Характер тёмных участков до сих пор остаётся предметом споров. Они сохраняются, несмотря на то, что на Марсе бушуют пылевые бури. В своё время, это служило доводом в пользу предположения, что тёмные участки покрыты растительностью. Сейчас полагают, что это просто участки, с которых, в силу их рельефа, легко выдувается пыль. Крупномасштабные снимки показывают, что на самом деле, тёмные участки состоят из групп тёмных полос и пятен, связанных с кратерами, холмами и другими препятствиями на пути ветров. Сезонные и долговременные изменения их размера и формы связаны, по-видимому, с изменением соотношения участков поверхности, покрытых светлым и тёмным веществом.
Полушария Марса довольно сильно различаются по характеру поверхности. В южном полушарии поверхность находится на 1-2 км над средним уровнем и густо усеяна кратерами. Эта часть Марса напоминает лунные материки. На севере большая часть поверхности находится ниже среднего уровня, здесь мало кратеров, и основную часть занимают относительно гладкие равнины, вероятно, образовавшиеся в результате затопления лавой и эрозии. Такое различие полушарий остаётся предметом дискуссий. Граница между полушариями следует примерно по большому кругу, наклонённому на 30° к экватору. Граница широкая и неправильная и образует склон в направлении на север. Вдоль неё встречаются самые эродированные участки марсианской поверхности.
Выдвинуто две альтернативных гипотезы, объясняющих асимметрию полушарий. Согласно одной из них, на раннем геологическом этапе литосферные плиты «съехались» (возможно, случайно) в одно полушарие, подобно континенту Пангея на Земле, а затем «застыли» в этом положении. Другая гипотеза предполагает столкновение Марса с космическим телом размером с Плутон.
Топографическая карта Марса, по данным Mars Global Surveyor, 1999 г.
Большое количество кратеров в южном полушарии предполагает, что поверхность здесь древняя - 3-4 млрд лет. Выделяют несколько типов кратеров: большие кратеры с плоским дном, более мелкие и молодые чашеобразные кратеры, похожие на лунные, кратеры, окружённые валом, и возвышенные кратеры. Последние два типа уникальны для Марса - кратеры с валом образовались там, где по поверхности текли жидкие выбросы, а возвышенные кратеры образовались там, где покрывало выбросов кратера защитило поверхность от ветровой эрозии. Самой крупной деталью ударного происхождения является равнина Эллада (примерно 2100 км в поперечнике).
В области хаотического ландшафта вблизи границы полушарий поверхность испытала разломы и сжатия больших участков, за которыми иногда следовала эрозия (вследствие оползней или катастрофического высвобождения подземных вод), а также затопление жидкой лавой. Хаотические ландшафты часто находятся у истока больших каналов, прорезанных водой. Наиболее приемлемой гипотезой их совместного образования является внезапное таяние подповерхностного льда.
Долины Маринер на Марсе
В северном полушарии, помимо обширных вулканических равнин, находятся две области крупных вулканов - Фарсида и Элизий. Фарсида - обширная вулканическая равнина протяжённостью 2000 км, достигающая высоты 10 км над средним уровнем. На ней находятся три крупных щитовых вулкана - гора Арсия, гора Павлина и гора Аскрийская. На краю Фарсиды находится высочайшая на Марсе и в Солнечной системе гора Олимп. Олимп достигает 27 км высоты по отношению к его основанию и 25 км по отношению к среднему уровню поверхности Марса, и охватывает площадь 550 км диаметром, окружённую обрывами, местами достигающими 7 км высоты. Объём Олимпа в 10 раз превышает объём крупнейшего вулкана Земли Мауна-Кеа. Здесь же расположено несколько менее крупных вулканов. Элизий - возвышенность до шести километров над средним уровнем, с тремя вулканами - купол Гекаты, гора Элизий и купол Альбор.
По другим данным (Faure и Mensing, 2007), высота Олимпа составляет 21287 метров над нулевым уровнем и 18 километров над окружающей местностью, а диаметр основания - примерно 600 км. Основание охватывает площадь 282600 км2. Кальдера (углубление в центре вулкана) имеет ширину 70 км и глубину 3 км.
Возвышенность Фарсида также пересечена множеством тектонических разломов, часто очень сложных и протяжённых. Крупнейший из них - долины Маринер - тянется в широтном направлении почти на 4000 км (четверть окружности планеты), достигая ширины 600 и глубины 7-10 км; по размерам этот разлом сравним с Восточноафриканским рифтом на Земле. На его крутых склонах происходят крупнейшие в Солнечной системе оползни. Долины Маринер являются самым большим известным каньоном в Солнечной системе. Каньон, который был открыт космическим аппаратом «Маринер-9» в 1971 году, мог бы занять всю территорию США, от океана до океана.
Панорама кратера Виктория, снятая марсоходом «Оппортьюнити». Она была заснята за три недели, в период с 16 октября по 6 ноября, 2006.
Панорама поверхности Марса в районе Husband Hill, снятая марсоходом «Спирит 23-28 ноября 2005».
Лёд и полярные шапки
Северная полярная шапка в летний период, фото Марс Глобал Сервейор. Длинный широкий разлом, рассекающий шапку слева - Северный разлом
Внешний вид Марса сильно изменяется в зависимости от времени года. Прежде всего, бросаются в глаза изменения полярных шапок. Они разрастаются и уменьшаются, создавая сезонные явления в атмосфере и на поверхности Марса. Южная полярная шапка может достигать широты 50°, северная - также 50°. Диаметр постоянной части северной полярной шапки составляет 1000 км. По мере того, как весной полярная шапка в одном из полушарий отступает, детали поверхности планеты начинают темнеть.
Полярные шапки состоят из двух составляющих: сезонной - углекислого газа и вековой - водяного льда. По данным со спутника Марс Экспресс толщина шапок может составлять от 1 м до 3,7 км. Аппарат «Марс Одиссей» обнаружил на южной полярной шапке Марса действующие гейзеры. Как считают специалисты НАСА, струи углекислого газа с весенним потеплением вырываются вверх на большую высоту, унося с собой пыль и песок.
Фотографии Марса, на которых видна пыльная буря. Июнь - сентябрь 2001 г.
Весеннее таяние полярных шапок приводит к резкому повышению давления атмосферы и перемещению больших масс газа в противоположное полушарие. Скорость дующих при этом ветров составляет 10-40 м/с, иногда до 100 м/с. Ветер поднимает с поверхности большое количество пыли, что приводит к пылевым бурям. Сильные пылевые бури практически полностью скрывают поверхность планеты. Пылевые бури оказывают заметное воздействие на распределение температуры в атмосфере Марса.
В 1784 г. астроном У. Гершель обратил внимание на сезонные изменения размера полярных шапок, по аналогии с таянием и намерзанием льдов в земных полярных областях. В 1860-е гг. французский астроном Э.Лиэ наблюдал волну потемнения вокруг тающей весенней полярной шапки, что тогда было истолковано гипотезой о растекании талых вод и росте растительности. Спектрометрические измерения, которые были проведены в начале XX в. в обсерватории Ловелла во Флагстаффе В. Слайфером, однако, не показали наличия линии хлорофилла - зелёного пигмента земных растений.
По фотографиям Маринера-7 удалось определить, что полярные шапки имеют толщину в несколько метров, а измеренная температура 115 K (-158 °C) подтвердила возможность того, что она состоит из замерзшей углекислоты - «сухого льда».
Возвышенность, которая получила название гор Митчелла, расположенная близ южного полюса Марса, при таянии полярной шапки выглядит как белый островок, поскольку в горах ледники тают позднее, в том числе, и на Земле.
Данные аппарата «Марсианский разведывательный спутник» позволили обнаружить под каменистыми осыпями у подножия гор значительный слой льда. Ледник толщиной в сотни метров занимает площадь в тысячи квадратных километров, и его дальнейшее изучение способно дать информацию об истории марсианского климата.
Русла «рек» и другие особенности
На Марсе имеется множество геологических образований, напоминающих водную эрозию, в частности, высохшие русла рек. Согласно одной из гипотез, эти русла могли сформироваться в результате кратковременных катастрофических событий и не являются доказательством длительного существования речной системы. Однако последние данные свидетельствуют о том, что реки текли в течение геологически значимых промежутков времени. В частности, обнаружены инвертированные русла (то есть русла, приподнятые над окружающей местностью). На Земле подобные образования формируются благодаря длительному накоплению плотных донных отложений с последующим высыханием и выветриванием окружающих пород. Кроме того, есть свидетельства смещения русел в дельте реки при постепенном поднятии поверхности.
В юго-западном полушарии, в кратере Эберсвальде обнаружена дельта реки площадью около 115 км2. Намывшая дельту река имела в длину более 60 км.
Данные марсоходов НАСА «Спирит» и «Оппортьюнити» свидетельствуют также о наличии воды в прошлом (найдены минералы, которые могли образоваться только в результате длительного воздействия воды). Аппарат «Феникс» обнаружил залежи льда непосредственно в грунте.
Кроме того, обнаружены тёмные полосы на склонах холмов, свидетельствующие о появлении жидкой солёной воды на поверхности в наше время. Они появляются вскоре после наступления летнего периода и исчезают к зиме, «обтекают» различные препятствия, сливаются и расходятся. «Сложно представить, что подобные структуры могли сформироваться не из потоков жидкости, а из чего-то иного», - заявил сотрудник НАСА Ричард Зурек.
На вулканической возвышенности Фарсида обнаружено несколько необычных глубоких колодцев. Судя по снимку аппарата «Марсианский разведывательный спутник», сделанному в 2007 году, один из них имеет диаметр 150 метров, а освещённая часть стенки уходит в глубину не менее, чем на 178 метров. Высказана гипотеза о вулканическом происхождении этих образований.
Грунт
Элементный состав поверхностного слоя марсианской почвы по данным посадочных аппаратов неодинаков в разных местах. Основная составляющая почвы - кремнезём (20-25 %), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15 %), придающих почве красноватый цвет. Имеются значительные примеси соединений серы, кальция, алюминия, магния, натрия (единицы процентов для каждого).
Согласно данным зонда НАСА «Феникс» (посадка на Марс 25 мая 2008 года), соотношение pH и некоторые другие параметры марсианских почв близки к земным, и на них теоретически можно было бы выращивать растения. «Фактически, мы обнаружили, что почва на Марсе отвечает требованиям, а также содержит необходимые элементы для возникновения и поддержания жизни как в прошлом, так и в настоящем и будущем», сообщил ведущий исследователь-химик проекта Сэм Кунейвс. Также по его словам, данный щелочной тип грунта многие могут встретить на «своём заднем дворе», и он вполне пригоден для выращивания спаржи.
В месте посадки аппарата в грунте имеется также значительное количество водяного льда. Орбитальный зонд «Марс Одиссей» также обнаружил, что под поверхностью красной планеты есть залежи водяного льда. Позже это предположение было подтверждено и другими аппаратами, но окончательно вопрос о наличии воды на Марсе был решен в 2008 году, когда зонд «Феникс», севший вблизи северного полюса планеты, получил воду из марсианского грунта.
Геология и внутреннее строение
В прошлом на Марсе, как и на Земле происходило движение литосферных плит. Это подтверждается особенностями магнитного поля Марса, местами расположения некоторых вулканов, например, в провинции Фарсида, а также формой долины Маринер. Современное положение дел, когда вулканы могут существовать гораздо более длительное время, чем на Земле и достигать гигантских размеров говорит о том, что сейчас данное движение скорее отсутствует. В пользу этого говорит тот факт, что щитовые вулканы растут в результате повторных извержений из одного и того же жерла в течение длительного времени. На Земле из-за движения литосферных плит вулканические точки постоянно меняли своё положение, что ограничивало рост щитовых вулканов, и возможно не позволяло достичь им высоты, как на Марсе. С другой стороны, разница в максимальной высоте вулканов может объясняться тем, что из-за меньшей силы тяжести на Марсе возможно построение более высоких структур, которые не обрушились бы под собственным весом.
Сравнение строения Марса и других планет земной группы
Современные модели внутреннего строения Марса предполагают, что Марс состоит из коры со средней толщиной 50 км (и максимальной до 130 км), силикатной мантии толщиной 1800 км и ядра радиусом 1480 км. Плотность в центре планеты должна достигать 8,5 г/см2. Ядро частично жидкое и состоит в основном из железа с примесью 14-17 % (по массе) серы, причём содержание лёгких элементов вдвое выше, чем в ядре Земли. Согласно современным оценкам формирование ядра совпало с периодом раннего вулканизма и продолжалось около миллиарда лет. Примерно то же время заняло частичное плавление мантийных силикатов. Из-за меньшей силы тяжести на Марсе диапазон давлений в мантии Марса гораздо меньше, чем на Земле, а значит в ней меньше фазовых переходов. Предполагается, фазовый переход оливина в шпинелевую модификацию начинается на довольно больших глубинах - 800 км (400 км на Земле). Характер рельефа и другие признаки позволяют предположить наличие астеносферы, состоящей из зон частично расплавленного вещества. Для некоторых районов Марса составлена подробная геологическая карта.
Согласно наблюдениям с орбиты и анализу коллекции марсианских метеоритов поверхность Марса состоит главным образом из базальта. Есть некоторые основания предполагать, что на части марсианской поверхности материал является более кварцесодержащим, чем обычный базальт и может быть подобен андезитным камням на Земле. Однако эти же наблюдения можно толковать в пользу наличия кварцевого стекла. Значительная часть более глубокого слоя состоит из зернистой пыли оксида железа.
Магнитное поле Марса
У Марса было зафиксировано слабое магнитное поле.
Согласно показаниям магнетометров станций Марс-2 и Марс-3, напряжённость магнитного поля на экваторе составляет около 60 гамм, на полюсе 120 гамм, что в 500 раз слабее земного. По данным АМС Марс-5, напряжённость магнитного поля на экваторе составляла 64 гаммы, а магнитный момент - 2,4·1022 эрстед·см2.
Магнитное поле Марса крайне неустойчиво, в различных точках планеты его напряжённость может отличаться от 1,5 до 2 раз, а магнитные полюса не совпадают с физическими. Это говорит о том, что железное ядро Марса находится в сравнительной неподвижности по отношению к его коре, то есть механизм планетарного динамо, ответственный за магнитное поле Земли, на Марсе не работает. Хотя на Марсе не имеется устойчивого всепланетного магнитного поля, наблюдения показали, что части планетной коры намагничены и что наблюдалась смена магнитных полюсов этих частей в прошлом. Намагниченность данных частей оказалась похожей на полосовые магнитные аномалии в мировом океане.
По одной теории, опубликованной в 1999 году и перепроверенной в 2005 году (с помощью беспилотной станции Марс Глобал Сервейор), эти полосы демонстрируют тектонику плит 4 миллиарда лет назад до того, как динамо-машина планеты прекратила выполнять свою функцию, что послужило причиной резкого ослабления магнитного поля. Причины такого резкого ослабления неясны. Существует предположение, что функционирование динамо-машины 4 млдр. лет назад объясняется наличием астероида, который вращался на расстоянии 50-75 тысяч километров вокруг Марса и вызывал нестабильность в его ядре. Затем астероид снизился до предела Роша и разрушился. Тем не менее, это объяснение само содержит неясные моменты, и оспаривается в научном сообществе.
Геологическая история
Глобальная мозаика из 102 изображений орбитера Викинг-1 от 22 февраля 1980.
Возможно, в далёком прошлом в результате столкновения с крупным небесным телом произошла остановка вращения ядра, а также потеря основного объёма атмосферы. Считается, что потеря магнитного поля произошла около 4 млрд лет назад. Вследствие слабости магнитного поля солнечный ветер практически беспрепятственно проникает в атмосферу Марса, и многие из фотохимических реакций под действием солнечной радиации, которые на Земле происходят в ионосфере и выше, на Марсе могут наблюдаться практически у самой его поверхности.
Геологическая история Марса заключает в себя три нижеследующие эпохи:
Ноачианская эпоха (названа в честь «Ноачиской земли», района Марса): формирование наиболее старой сохранившейся до наших дней поверхности Марса. Продолжалась в период 4,5 млрд - 3,5 млрд лет назад. В эту эпоху поверхность была изрубцована многочисленными ударными кратерами. Плато провинции Фарсида было вероятно сформировано в этот период с интенсивным обтеканием водой позднее.
Гесперийская эра: от 3,5 млрд лет назад до 2,9 - 3,3 млрд лет назад. Эта эпоха отмечена образованием огромных лавовых полей.
Амазонийская эра (названа в честь «Амазонской равнины» на Марсе): 2,9-3,3 млрд лет назад до наших дней. Районы, образовавшиеся в эту эпоху, имеют очень мало метеоритных кратеров, но во всём остальном они полностью различаются. Гора Олимп сформирована в этот период. В это время в других частях Марса разливались лавовые потоки.
Спутники Марса
Естественными спутниками Марса являются Фобос и Деймос. Оба они открыты американским астрономом Асафом Холлом в 1877 году. Фобос и Деймос имеют неправильную форму и очень маленькие размеры. По одной из гипотез, они могут представлять собой захваченные гравитационным полем Марса астероиды наподобие (5261) Эврика из Троянской группы астероидов. Спутники названы в честь персонажей, сопровождающих бога Ареса (то есть Марса), - Фобоса и Деймоса, олицетворяющих страх и ужас, которые помогали богу войны в битвах.
Оба спутника вращаются вокруг своих осей с тем же периодом, что и вокруг Марса, поэтому всегда повёрнуты к планете одной и той же стороной. Приливное воздействие Марса постепенно замедляет движение Фобоса, и в конце концов приведёт к падению спутника на Марс (при сохранении текущей тенденции), или к его распаду. Напротив, Деймос удаляется от Марса.
Оба спутника имеют форму, приближающуюся к трёхосному эллипсоиду, Фобос (26,6x22,2x18,6 км) несколько крупнее Деймоса (15x12,2x10,4 км). Поверхность Деймоса выглядит гораздо более гладкой за счёт того, что большинство кратеров покрыто тонкозернистым веществом. Очевидно, на Фобосе, более близком к планете и более массивном, вещество, выброшенное при ударах метеоритов, либо наносило повторные удары по поверхности, либо падало на Марс, в то время как на Деймосе оно долгое время оставалось на орбите вокруг спутника, постепенно осаждаясь и скрывая неровности рельефа.
Жизнь на Марсе
Популярная идея, что Марс населён разумными марсианами, широко распространилась в конце XIX века.
Наблюдения Скиапарелли так называемых каналов, в сочетании с книгой Персиваля Лоуэлла по той же теме сделали популярной идею о планете, климат которой становился всё суше, холоднее, которая умирала и в которой существовала древняя цивилизация, производящая ирригационные работы.
Другие многочисленные наблюдения и объявления известных лиц породили вокруг этой темы так называемую «Марсианскую лихорадку» («Mars Fever»). В 1899 году, во время изучения атмосферных помех в радиосигнале, используя приёмники в Колорадской обсерватории, изобретатель Никола Тесла наблюдал повторяющийся сигнал. Затем он высказал догадку, что это может быть радиосигнал с других планет, например, Марса. В интервью 1901 года Тесла сказал, что ему пришла в голову мысль о том, что помехи могут быть вызваны искусственно. Хотя он не смог расшифровать их значение, для него было невозможным то, что они возникли совершенно случайно. По его мнению, это было приветствие одной планеты другой.
Теория Теслы вызвала горячую поддержку известного британского учёного-физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина), который, посетив США в 1902 году, сказал, что по его мнению Тесла поймал сигнал марсиан, посланный в США. Однако затем Кельвин стал решительно отрицать это заявление перед тем, как покинул Америку: «На самом деле я сказал, что жители Марса, если они существуют, несомненно могут видеть Нью-Йорк, в частности свет от электричества».
На сегодняшний день условием для развития и поддержания жизни на планете считается наличие жидкой воды на её поверхности. Также существует требование, чтобы орбита планеты находилась в так называемой обитаемой зоне, которая для Солнечной системы начинается за Венерой и кончается большой полуосью орбиты Марса. Во время перигелия Марс находится внутри этой зоны, однако тонкая атмосфера, с низким давлением препятствует появлению жидкой воды на значительной территории на длительный период. Недавние свидетельства говорят о том, что любая вода на поверхности Марса является слишком солёной и кислотной для поддержания постоянной земноподобной жизни.
Отсутствие магнитосферы и крайне тонкая атмосфера Марса также являются проблемой для поддержания жизни. На поверхности планеты идёт очень слабое перемещение тепловых потоков, она плохо изолирована от бомбардировки частицами солнечного ветра, кроме того, при нагревании вода мгновенно испаряется, минуя жидкое состояние из-за низкого давления. Марс также находится на пороге т. н. «геологической смерти». Окончание вулканической активности по всей видимости остановило круговорот минералов и химических элементов между поверхностью и внутренней частью планеты.
Свидетельства говорят о том, что планета ранее была значительно более предрасположена к наличию жизни, чем теперь. Однако на сегодняшний день остатков организмов на ней не обнаружено. Согласно программе «Викинг», осуществлённой в середине 1970-х годов, была проведена серия экспериментов для обнаружения микроорганизмов в марсианской почве. Она дала положительные результаты, например, временное увеличение выделения CO2 при помещении частиц почвы в воду и питательную среду. Однако затем данное свидетельство жизни на Марсе было оспорено некоторыми учёными[кем?]. Это привело к их продолжительным спорам с учёным из NASA Гильбертом Левиным, который утверждал, что «Викинг» обнаружил жизнь. После переоценки данных «Викинга» в свете современных научных знаний об экстремофилах было установлено, что проведённые эксперименты были недостаточно совершенны для обнаружения этих форм жизни. Более того, эти тесты могли даже убить организмы, даже если они содержались в пробах. Тесты, проведённые в рамках программы «Феникс», показали, что почва имеет очень щелочной pH фактор и содержит магний, натрий, калий и хлорид. Питательных веществ в почве достаточно для поддержания жизни, однако жизненные формы должны иметь защиту от интенсивного ультрафиолетового света.
Интересно, что в некоторых метеоритах марсианского происхождения обнаружены образования, по форме напоминающие простейших бактерий, хотя и уступают мельчайшим земным организмам по размерам. Одним из таких метеоритов является ALH 84001, найденный в Антарктиде в 1984 году.
По результатам наблюдений с Земли и данных космического аппарата «Марс Экспресс» в атмосфере Марса обнаружен метан. В условиях Марса этот газ довольно быстро разлагается, поэтому должен существовать постоянный источник его пополнения. Таким источником может быть либо геологическая активность (но действующие вулканы на Марсе не обнаружены), либо жизнедеятельность бактерий.
Астрономические наблюдения с поверхности Марса
После посадок автоматических аппаратов на поверхность Марса появилась возможность вести астрономические наблюдения непосредственно с поверхности планеты. Вследствие астрономического положения Марса в Солнечной системе, характеристик атмосферы, периода обращения Марса и его спутников картина ночного неба Марса (и астрономических явлений, наблюдаемых с планеты) отличается от земной и во многом представляется необычной и интересной.
Цвет неба на Марсе
Во время восхода и захода Солнца марсианское небо в зените имеет красновато-розовый цвет, а в непосредственной близости к диску Солнца - от голубого до фиолетового, что совершенно противоположно картине земных зорь.
В полдень небо Марса жёлто-оранжевое. Причина таких отличий от цветовой гаммы земного неба - свойства тонкой, разрежённой, содержащей взвешенную пыль атмосферы Марса. На Марсе Рэлеевское рассеяние лучей (которое на Земле и является причиной голубого цвета неба) играет незначительную роль, эффект его слаб. Предположительно, жёлто-оранжевая окраска неба также вызывается присутствием 1 % магнетита в частицах пыли, постоянно взвешенной в марсианской атмосфере и поднимаемой сезонными пылевыми бурями. Сумерки начинаются задолго до восхода Солнца и длятся долго после его захода. Иногда цвет марсианского неба приобретает фиолетовый оттенок в результате рассеяния света на микрочастицах водяного льда в облаках (последнее - довольно редкое явление).
Солнце и планеты
Угловой размер Солнца, наблюдаемый с Марса, меньше видимого с Земли и составляет 2/3 от последнего. Меркурий с Марса будет практически недоступен для наблюдений невооружённым глазом из-за чрезвычайной близости к Солнцу. Самой яркой планетой на небе Марса является Венера, на втором месте - Юпитер (его четыре крупнейших спутника можно наблюдать без телескопа), на третьем - Земля.
Земля по отношению к Марсу является внутренней планетой, так же как Венера для Земли. Соответственно, с Марса Земля наблюдается как утренняя или вечерняя звезда, восходящая перед рассветом или видимая на вечернем небе после захода Солнца.
Максимальная элонгация Земли на небе Марса составит 38 градусов. Для невооружённого глаза Земля будет видна как яркая (максимальная видимая звёздная величина около -2,5) зеленоватая звезда, рядом с которой будет легко различима желтоватая и более тусклая (около 0,9) звёздочка Луны. В телескоп оба объекта покажут одинаковые фазы. Обращение Луны вокруг Земли будет наблюдаться с Марса следующим образом: на максимальном угловом удалении Луны от Земли невооружённый глаз легко разделит Луну и Землю: через неделю «звёздочки» Луны и Земли сольются в неразделимую глазом единую звезду, ещё через неделю Луна будет снова видна на максимальном расстоянии, но уже с другой стороны от Земли. Периодически наблюдатель на Марсе сможет видеть проход (транзит) Луны по диску Земли либо, наоборот, покрытие Луны диском Земли. Максимальное видимое удаление Луны от Земли (и их видимая яркость) при наблюдении с Марса будет значительно изменяться в зависимости от взаимного положения Земли и Марса, и, соответственно, расстояния между планетами. В эпохи противостояний оно составит около 17 минут дуги, на максимальном удалении Земли и Марса - 3,5 минуты дуги. Земля, как и другие планеты, будет наблюдаться в полосе созвездий Зодиака. Астроном на Марсе также сможет наблюдать прохождение Земли по диску Солнца, ближайшее произойдёт 10 ноября 2084 года.
Спутники - Фобос и Деймос
Прохождение Фобоса по диску Солнца. Снимки «Оппортьюнити»
Фобос при наблюдении с поверхности Марса имеет видимый диаметр около 1/3 от диска Луны на земном небе и видимую звёздную величину порядка -9 (приблизительно как Луна в фазе первой четверти). Фобос восходит на западе и садится на востоке, чтобы снова взойти через 11 часов, таким образом, дважды в сутки пересекая небо Марса. Движение этой быстрой луны по небу будет легко заметно в течение ночи, так же, как и смена фаз. Невооружённый глаз различит крупнейшую деталь рельефа Фобоса - кратер Стикни. Деймос восходит на востоке и заходит на западе, выглядит как яркая звезда без заметного видимого диска, звёздной величиной около -5 (чуть ярче Венеры на земном небе), медленно пересекающая небо в течение 2,7 марсианских суток. Оба спутника могут наблюдаться на ночном небе одновременно, в этом случае Фобос будет двигаться навстречу Деймосу.
Яркость и Фобоса, и Деймоса достаточна для того, чтобы предметы на поверхности Марса ночью отбрасывали чёткие тени. Оба спутника имеют относительно малый наклон орбиты к экватору Марса, что исключает их наблюдение в высоких северных и южных широтах планеты: так, Фобос никогда не восходит над горизонтом севернее 70,4° с. ш. или южнее 70,4° ю. ш.; для Деймоса эти значения составляют 82,7° с. ш. и 82,7° ю. ш. На Марсе может наблюдаться затмение Фобоса и Деймоса при их входе в тень Марса, а также затмение Солнца, которое бывает только кольцеобразным из-за малого углового размера Фобоса по сравнению с диском Солнца.
Небесная сфера
Северный полюс на Марсе, вследствие наклона оси планеты, находится в созвездии Лебедя (экваториальные координаты: прямое восхождение 21h 10m 42s, склонение +52° 53.0? и не отмечен яркой звездой: ближайшая к полюсу - тусклая звезда шестой величины BD +52 2880 (другие её обозначения - HR 8106, HD 201834, SAO 33185). Южный полюс мира (координаты 9h 10m 42s и -52° 53,0) находится в паре градусов от звезды Каппа Парусов (видимая звёздная величина 2,5) - её, в принципе, можно считать Южной Полярной звездой Марса.
Зодиакальные созвездия марсианской эклиптики аналогичны наблюдаемым с Земли, с одним отличием: при наблюдении годичного движения Солнца среди созвездий оно (как и другие планеты, включая Землю), выйдя из восточной части созвездия Рыб, будет проходить в течение 6 дней через северную часть созвездия Кита перед тем, как снова вступить в западную часть Рыб.
История изучения Марса
Исследование Марса началось давно, ещё 3,5 тысячи лет назад, в Древнем Египте. Первые подробные отчеты о положении Марса были составлены вавилонскими астрономами, которые разработали ряд математических методов для предсказания положения планеты. Пользуясь данными египтян и вавилонян, древнегреческие (эллинистические) философы и астрономы разработали подробную геоцентрическую модель для объяснения движения планет. Спустя несколько веков индийскими и исламскими астрономами был оценен размер Марса и расстояние до него от Земли. В XVI веке Николай Коперник предложил гелиоцентрическую модель для описания Солнечной системы с круговыми планетарными орбитам. Его результаты были пересмотрены Иоганном Кеплером, который ввел более точную эллиптическую орбиту Марса, совпадающую с наблюдаемой.
В 1659 году Франческо Фонтана, рассматривая Марс в телескоп, сделал первый рисунок планеты. Он изобразил чёрное пятно в центре чётко очерченной сферы.
В 1660 году к чёрному пятну прибавились две полярные шапки, добавленные Жаном Домиником Кассини.
В 1888 году Джованни Скиапарелли, учившийся в России, дал первые имена отдельным деталям поверхности: моря Афродиты, Эритрейское, Адриатическое, Киммерийское; озёра Солнца, Лунное и Феникс.
Расцвет телескопических наблюдений Марса пришёлся на конец XIX - середину XX века. Во многом он обусловлен общественным интересом и известными научными спорами вокруг наблюдавшихся марсианских каналов. Среди астрономов докосмической эры, проводивших телескопические наблюдения Марса в этот период, наиболее известны Скиапарелли, Персиваль Ловелл, Слайфер, Антониади, Барнард, Жарри-Делож, Л. Эдди, Тихов, Вокулёр. Именно ими были заложены основы ареографии и составлены первые подробные карты поверхности Марса - хотя они и оказались практически полностью неверными после полётов к Марсу автоматических зондов.
Колонизация Марса
Предполагаемый вид Марса после терраформирования
Относительно близкие к земным природные условия несколько облегчают выполнение этой задачи. В частности, на Земле есть места, в которых природные условия похожи на марсианские. Крайне низкие температуры в Арктике и Антарктиде сравнимы даже с самыми низкими температурами на Марсе, а на экваторе Марса в летние месяцы бывает так же тепло (+20 °C), как и на Земле. Также на Земле есть пустыни, схожие по виду с марсианским ландшафтом.
Но между Землёй и Марсом есть существенные различия. В частности, магнитное поле Марса слабее земного примерно в 800 раз. Вместе с разрежённой (в сотни раз в сравнении с Землёй) атмосферой это увеличивает количество достигающего его поверхности ионизирующего излучения. Измерения, проведённые американским беспилотным аппаратом The Mars Odyssey, показали, что радиационный фон на орбите Марса в 2,2 раза превышает радиационный фон на Международной космической станции. Средняя доза составила примерно 220 миллирада в день (2,2 миллигрея в день или 0,8 грея в год). Объём облучения, полученного в результате пребывания в таком фоне на протяжении трёх лет, приближается к установленным пределам безопасности для космонавтов. На поверхности Марса радиационный фон несколько ниже и доза составляет 0,2-0,3 Гр в год, значительно изменяясь в зависимости от местности, высоты и локальных магнитных полей.
Химический состав распространённых на Марсе минералов разнообразнее, чем у других небесных тел поблизости от Земли. По мнению корпорации 4Frontiers, их достаточно для снабжения не только самого Марса, но и Луны, Земли и астероидного пояса.
Время полёта с Земли до Марса (при нынешних технологиях) составляет 259 суток по полуэллипсу и 70 - по параболе. Для общения с потенциальными колониями может использоваться радиосвязь, которая имеет задержку 3-4 мин в каждом направлении во время максимального сближения планет (которое повторяется каждые 780 дней) и около 20 мин. при максимальном удалении планет; см. Конфигурация (астрономия).
К настоящему времени никаких практических шагов для колонизации Марса не предпринято, однако идёт разработка колонизации, например, проект Столетний космический корабль, разработка жилого модуля для пребывания на планете Deep Space Habitat.
Основные характеристики Марса
© Владимир Каланов,
сайт
"Знания-сила".
Атмосфера Марса
Состав и другие параметры атмосферы Марса к настоящему времени определены достаточно точно. Атмосфера Марса состоит из углекислого газа (96%), азота (2,7%) и аргона (1,6%). Кислород присутствует в ничтожном количестве (0,13%). Водяные пары́ представлены в виде следов (0,03%). Давление на поверхности составляет всего 0,006 (шесть тысячных) от давления на поверхности Земли. Марсианские облака́ состоят из паро́в воды и углекислого газа и выглядят примерно как перистые облака́ над Землёй.
Цвет марсианского неба красноватый из-за присутствия в воздухе пы́ли. Крайне разреженный воздух слабо переносит тепло, поэтому в разных районах планеты велика́ разница температур.
Несмотря на разреженность атмосферы, нижние её слои представляют достаточно серьёзную преграду для космических аппаратов. Так, конусные защитные оболочки спускаемых аппаратов «Маринер-9» (1971 г.) при прохождении марсианской атмосферы от самых верхних её слоёв до расстояния 5 км от поверхности планеты нагревались до температуры 1500°C . Марсианская ионосфера простирается в пределах от 110 до 130 км над поверхностью планеты.
О движении Марса
Марс можно увидеть с Земли невооружённым глазом. Его видимая звёздная величина достигает −2,9m (при максимальном сближении с Землёй), уступая по яркости лишь Венере, Луне и Солнцу, но бо́льшую часть времени Юпитер для земного наблюдателя является более ярким, чем Марс. Марс движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, то удаляясь от светила на 249,1 млн. км, то приближаясь к нему до расстояния 206,7 млн. км.
При внимательном наблюдении за движением Марса можно заметить, что в течение года направление его движения по небосклону меняется. Кстати, это заметили ещё древние наблюдатели. В определённый момент кажется, что Марс движется в обратном направлении. Но это движение лишь кажущееся с Земли. Никакого обратного движения по своей орбите Марс, естественно, совершать не может. А видимость обратного движения создается потому, что орбита Марса по отношению к орбите Земли внешняя, а средняя скорость движения по орбите вокруг Солнца у Земли выше (29,79 км/с), чем у Марса (24,1 км/с). В момент, когда Земля начинает обгонять Марс в своём движении вокруг Солнца, и создаётся впечатление, что Марс начал обратное или, как называют астрономы, ретроградное движение. Схема обратного (ретроградного) движения хорошо иллюстрирует это явление.
Основные характеристики Марса
| Наименование параметров | Количественные показатели |
| Среднее расстояние до Солнца | 227,9 млн. км |
| Минимальное расстояние до Солнца | 206,7 млн. км |
| Максимальное расстояние до Солнца | 249,1 млн. км |
| Диаметр экватора | 6786 км (Марс почти вдвое меньше Земли по размерам - его экваториальный диаметр составляет ~53 % земного) |
| Средняя орбитальная скорость вращения вокруг Солнца | 24,1 км/с |
| Период вращения вокруг собственной оси (Сидерический экваториальный период вращения) | 24ч 37 мин 22,6 с |
| Период обращения вокруг Солнца | 687 сут |
| Известные естественные спутники | 2 |
| Масса (Земля = 1) | 0,108 (6,418×10 23 кг) |
| Объём (Земля = 1) | 0,15 |
| Средняя плотность | 3,9 г/см³ |
| Средняя температура поверхности | минус 50°С (перепад температур составляетот −153 °C на полюсе зимой и до +20 °C на экваторе в полдень) |
| Наклон оси | 25°11" |
| Наклон орбиты по отношению к эклиптике | 1°9" |
| Давление на поверхности (Земля = 1) | 0,006 |
| Состав атмосферы | СО 2 - 96%, N - 2,7%, Ar - 1,6%, O 2 - 0,13%, H 2 O (пары) - 0,03% |
| Ускорение свободного падения на экваторе | 3,711 м/с² (0,378 земного) |
| Параболическая скорость | 5,0 км/с (для Земли 11,2 км/с) |
Из таблицы видно, с какой высокой точностью определены основные параметры планеты Марс. Это не вызывает удивления, если иметь ввиду, что для астрономических наблюдений и исследований теперь используются самые современные научные методы и высокоточная аппаратура. Но совсем с другим чувством мы относимся к таким фактам из истории науки, когда учёные прошлых веков, часто не имевшие в своём распоряжении никаких астрономических приборов, кроме самых простых телескопов с небольшим увеличением (максимум в 15-20 раз), производили точные астрономические вычисления и даже открывали законы движения небесных тел.
Для примера вспомним, что итальянский астроном Джандоменико Кассини уже в 1666 году (!) определил время вращения планеты Марс вокруг своей оси. Его вычисления дали результат 24 часа 40 минут. Сравните этот результат с периодом вращения Марса вокруг своей оси, определённым с помощью современных технических средств (24 часа 37 мин. 23 секунды). Нужны ли тут наши комментарии?
Или такой пример. в самом начале XVII века открыл законы движения планет, не располагая ни точными астрономическими приборами, ни математическим аппаратом для вычисления площадей таких геометрических фигур как эллипс и овал. Страдая от дефекта зрения, он проводил точнейшие астрономические измерения.
Подобные примеры показывают большое значение активности и воодушевления в науке, а также преданности делу, которому человек служит.
© Владимир Каланов,
"Знания-сила"
