Сообщение о марсе. Основные характеристики марса
Среди объектов Солнечной системы Марс продолжает оставаться самой любопытной и самой исследуемой планетой. За все время пристального изучения человеком нашего ближнего космоса, только четвертая планета Солнечной системы удостоилась такого внимания. Причина такого повышенного интереса к нашему соседу заключается не только в его относительной близости к нашему миру. Красная планета интересна человечеству с точки зрения возможности освоения внеземного пространства.
Те данные, которые сегодня имеются о Меркурии и о Венере указывают на то, что это чужие, враждебные для нас миры. Для этих планет природа уготовила судьбу физических и химических лабораторий. Марс же по многим параметрам уже не такой мрачный и безжизненный. Недаром именно этой планете принадлежат литературные лавры родины первой внеземной цивилизации. Почему Марс так интересен для нас? С чем же на самом деле имеет дело человек, обращая свой взор на маленькую, красноватую звездочку на ночном небосклоне.
Описание красной планеты
Из всего списка планет Солнечной системы Марс является едва ли не единственным космическим объектом, до которого сегодня может долететь человек. Это вторая ближайшая к нам планета Солнечной системы. Даже тот уровень развития техники, которого достигла человеческая цивилизация, позволяет строить планы исследования Марса и осуществления полета человека на четвертую планету нашей звездной системы. Ориентировочно для осуществления этой масштабной и грандиозной программы потребуется еще 10-15 лет. Однако если сравнивать подготовительные мероприятия, идущие сейчас в этом направлении, с программой посещения человеком Луны, разница очевидна.
По многим данным, полученным в последнее время с помощью автоматических космических зондов и марсоходов, возможно на красной планете миллионы лет назад могла бы существовать жизнь. Недаром, изучая полученные снимки поверхности планеты Марс, ученые всех мастей единодушны во мнении — наш сосед не безнадежен. Имеются все предпосылки считать, что четвертая планета могла быть еще одним оазисом жизни в нашей Солнечной системе. Этому способствуют астрофизические параметры планеты, данные о марсианской атмосфере, климатическая картина на поверхности нашего соседа.
К тому же если марсианские полюса покрыты ледяными шапками, имеет право на жизнь версия о наличии жидкой воды в недрах планеты. Если будет доказано, что вода в жидком состоянии имеет все шансы быть в природе красной планеты, значит вопрос поиска форм жизни в этом суровом месте — всего лишь дело времени.
Уверенности сторонникам полезности Марса для освоения человеком, придает информация о составе марсианского воздуха и схожие с Землей астрофизические параметры. Даже при условии, что атмосфера планеты далека по своему составу от земной воздушной прослойки, можно говорить об относительно приемлемых условиях. Сильно разреженная атмосфера не внушает оптимизма, однако в какой-то мере это лучше, чем та картина, которую мы наблюдаем на Меркурии или на горячей Венере. Ученые считают, что по климатическим параметрам на Марсе вполне сносная погода. Суровые морозы с температурами до -170°С в полярных областях сменяются на тропическую жару в экваториальных районах. В летние дни температура достигает отметки +20°С. Однако в зимнее время и особенно ночью, температура может опускаться до отметки – 125°С.
Другими словами, при соответствующей технической и физической подготовке человека, марсианская среда может быть пригодной для обитания. Не стоит сбрасывать со счетов тот факт, что подобные климатические условия стали результатом космического катаклизма. Не исключено, что в далеком прошлом планеты климат на планете был более теплым и на планете буйствовала марсианская жизнь. Этого нельзя сказать по отношению к другим планетам земной группы, где напрочь отсутствуют малейшие намеки на существование условий для зарождения жизнь.
Сведения, которые сегодня собраны научным сообществом, дают все основания считать Красную планету удобным плацдармом для последующего освоения космоса. Многочисленные работы ученых, полеты автоматических зондов к планете и доставка на Марс марсоходов позволили получить массу полезной информации. Мы теперь знаем практически все о марсианской почве, имеем представлением о жесточайших пылевых бурях. Ученые получили подробные снимки почти всей поверхности планеты, включая северные и южные полярные шапки. Остается только обработать тонны полученной информации и сделать соответствующие выводы.
Краткая характеристика и особенности планеты
С точки зрения академической науки, Марс — ярко выраженная планета земной группы. Слегка вытянутая орбита планеты расположена в 1,5 раза дальше от Солнца, чем орбита Земли. В перигелии Марс удаляется от нашей звезды на расстояние 250 млн. км, а в афелии планету Марс от Солнца разделяет расстояние в 207 млн. км. Размер Красной планеты вдвое уступает нашей Земле. Диаметр четвертой по счету планеты составляет 6 779 км., против 12 742 км. диаметра Земли.
Если по своим размерам Марс только в два раза проигрывает Земле, то по массе Красная планета в десять раз легче нашей голубой красавицы, 6,39E23 кг против 5,972E24 кг. Соответственно, ускорение свободного падения у нашего соседа составляет всего 3,72 м/с2 против 9,807 м/с2. При всех своих миниатюрных размерах, рельеф у планеты достаточно разнообразен. На Красной планете присутствуют горы и долины, имеются обширные впадины, глубокие каньоны и даже метеоритные кратеры, подобные лунным образованиям. На поверхности нашего соседа обнаружены потухшие вулканы, свидетельствующие о бурной молодости Марса. Здесь находится самый высокий вулкан в Солнечной системе — гора Олимп. Его вершина упирается в марсианское небо, достигая 26 километров высоты. Этот потухший вулкан является рекордсменом, высота которого в 2,5 раз превышает относительную высоту земного вулкана Мауна-Кеа.
Однако, несмотря на разнообразный рельеф, ландшафт на Марсе довольно скучный и однообразный. Горные массивы сменяются бескрайними каменистыми пустынями. Светлые области на поверхности планеты принято называть материками, тогда как темные участки являются марсианскими морями. Эти элементы марсианского рельефа занимают более 70% площади южного полушария Марса.
При всем однообразии марсианской поверхности у планеты есть своя фишка. Оба полушария Марса существенно отличаются как по морфологическим признакам, так и с точки зрения интенсивности внешнего воздействия. В северном полушарии в рельефе доминируют долины и гладкие равнины, хотя сама поверхность планеты в этой части ниже среднего уровня. В южном полушарии преобладают метеоритные кратеры, а сама поверхность является приподнятой. Этот факт в некоторой степени объясняет наличие тектонических плит, которые совершали движение в глубокой древности. Унылый марсианский ландшафт скрашивают только полярные шапки, имеющиеся на северном и на южном полюсе планеты.
Как и все планеты земной группы, Марс имеет классическое строение:
- кора, толщиной от 100 км на полюсах ио 8 км в экваториальной области в районе впадины Эллада;
- промежуточный слой, состоящий из полужидких пород;
- силикатная мантия толщиной 1300-1500 км;
- железное ядро диаметром 2960 км, которое наполовину является жидким.
На Красной планете имеется собственная атмосфера. В ее составе главное место занимает углекислый газ. В меньшей степени воздушная масса планеты содержит азот, водород и кислород. Наличие водяного пара сильно ограниченно. Благодаря сильной разреженности атмосферное давление на Марсе меньше земного давления в 150 раз, всего 6,1 Миллибар. При этом толщина газовой оболочкой вокруг планеты составляет 110 км.
Оценивая физические сведения о планете, стоит обратить внимание на астрофизические параметры Марса, которые во многом сходны с земными параметрами. Четвертая планета совершает полный оборот вокруг нашей звезды за 687 земных суток. При этом скорость вращения красной планеты вокруг собственной оси практически равна скорости вращения Земли – 24 часа и 37 минут. Другими словами время на планете выглядит, так же как и на Земле. Благодаря своему углу наклона и скорости вращения Марс обладает сменой времен года, что является достаточно редким явлением для других планет Солнечной системы. Продолжительность сезонов на поверхности нашего соседа различна. В северном полушарии лето длится 177 марсианских суток, тогда как в южном полушарии лето на 21 день короче.
Краткое описание и характер исследований Марса
С момента первых полетов в космос, человек не оставлял попыток начать изучение соседних планет. Первым к Красной планете направился американский космический зонд «Маринер-4», который впервые сфотографировал Марс с близкого расстояния, пролетая мимо планеты. Последующие миссии были уже более основательными и носили прикладной характер. Американский зонд «Маринер-9» долетев до четвертой планеты, стал его первым искусственным спутником. В 1971 году первую в историю посадку на Марсе совершила советская АМС «Марс-3». Несмотря на удачную посадку, советский аппарат прожил всего 14 секунд. Последующие попытки высадиться на Марс заканчивались неудачами.
Только американской АМС «Викинг-1» в очередной раз удалось совершить мягкую посадку на планету и предоставить человеку первые снимки поверхности Марса. В этой же экспедиции аппаратом впервые были взяты образцы марсианского грунта и получены данные о составе почвы. Далее с завидной регулярностью к четвертой планете отправлялись советские и американские космические аппараты, автоматические зонды космических агентств разных стран, включая Китай, Японию и Европейского Сообщества. В течение последующих 45 лет с момента первого полета «Маринера-4» в сторону Марса с Земли были организованы 48 экспедиций к Красной планете. Из этого количества практически половина миссий закончилась неудачами.
На сегодняшний день планету продолжают исследовать следующие аппараты:
- орбитальный спутник Марса — американский аппарат «Марс-Одиссей»;
- с орбиты планеты автоматический зонд Европейского космического агентства «Марс-Экспресс»;
- американский орбитальный аппарат «Maven» и спутник военного ведомства;
- орбитальный индийский зонд «Мангальян» и космический зонд «Трейс гас Орбитер» ЕКА и Росскосмоса.
Непосредственно на планете продолжают работу два американских марсохода «Оппортьюнити» и «Кьюриосити», ставшие уже легендарными творениями человеческой мысли. Многочисленные космические зонды, автоматические марсианские станции и марсоходы – вся эта техника является арсеналом, брошенным научным сообществом на изучение красной планеты.
Постоянные спутники Марса
У Марса, несмотря на его размеры, имеется два естественных спутника — Фобос и Деймос, трехосные эллипсоиды с размерами 26,8×22,4×18,4 км и 15×12,2×10,4 км., соответственно.
Точное происхождение этих небесных тел неизвестно. Размеры марсианских спутников и их форма вызывают многочисленные споры сторонников различных теорий происхождения Фобоса и Деймоса. Предполагается, что это астероиды, захваченные красной планетой на заре образования Солнечной системы. Поставщиком материала для спутников Марса считается пояс астероидов, расположившийся между четвертой планетой и Юпитером.
Сторонники другой версии происхождения спутников красной планеты склоняются к их искусственной природе. Создать и запустить два искусственно созданных небесных тела могла древняя марсианская цивилизация.
И седьмой по величине:
Расстояние орбиты от Солнца: 227 940 000 км (1,52 А.Е.)
Диаметр: 6794 км
Марс был известен с доисторических времен. Планета была тщательно изучена с помощью наземных обсерваторий.
Первый космический корабль, который посетил Марс, был Mariner 4 (США) в 1965 году. За ним последовали другие, так Марс-2 (СССР), - это первый космический аппарат, который приземлился на Марсе, за ним последовали два корабля Viking (США) со спускаемыми аппаратами в 1976 году.
Затем последовал 20 летний перерыв в запусках кораблей на Марс и 4 июля 1997 года успешно приземлился аппарат Mars Pathfinder
В 2004 году на марсе приземлился планетоход "Opportunity", который провел геологические исследования и отправил на Землю множество снимков.
В 2008 году космический модуль Phoenix приземлился на северных равнинах Марса, для поиска воды.
Затем на орбиту Марса были отправлены три орбитальные станции Mars Reconnaissance Orbiter , Mars Odyssey и Mars Express, которые в настоящее время находятся в эксплуатации.
Космический аппарат MSL Curiosity (CIF) 6 августа 2012, успешно совершил посадку на Марс. Трансляция посадки велась в прямом эфире на сайте NASA. Аппарат приземлился в заданном районе - в кратере Гейла.
Марсоход "Кьюриосити" (от английского "любопытство", "любознательность") был запущен с 26 ноября 2011 года. Он является крупнейшим роботизированным аппаратом за всю историю исследования Марса - его масса составляет более 900 килограмм.
Одна из главных задач "Кьюриосити" - анализ химического состава грунта на поверхности и на небольшой глубине. Среди его аналитических инструментов имеются квадрупольный масс-спектрометр, газовый хроматограф и рентгеновские спектрометры. Кроме того, он оснащен созданным в России нейтронным детектором DAN, предназначенным для поиска льда под поверхностью планеты.
Орбита Марса эллиптическая. Это значительно влияет на температуру с разницей в 30 C , со стороны Солнца, замеренной в афелии орбиты и перигелии. Это имеет большое влияние на климат Марса. В то время как средняя температура на Марсе составляет около -55 C, температура поверхности Марса колеблется от -133 C на зимнем полюсе почти до 27 C, на дневной стороне в течение лета.
Несмотря на то, что Марс намного меньше, чем Земля, его площадь примерно такая же, как площадь поверхности суши Земли.
Марс имеет один из наиболее разнообразных и интересных ландшафтов местности среди планет:
Гора Олимп : самая большая гора в Солнечной системе, ее высота 24 км над окружающей равниной. Подножие горы имеет 500 км в диаметре и обрамлено скалами высотой 6 км.
Тарсис : огромная выпуклость на поверхности Марса, размером около 4000 км в поперечнике и 10 км высотой.
Долина Маринера : система каньонов длинной в 4000 км и от 2 до 7 км в глубину;
Равнина Эллада : кратер от падения метеорита в южном полушарии более 6 км глубиной и 2000 км в диаметре.
Значительная часть поверхности Марса покрыта очень старыми кратерами, но есть и гораздо молодые рифтовые долины, хребты, холмы и равнины.
Южное полушарие покрыто кратерами, очень похоже на Луну. Северное полушарие состоит из равнин, которые намного моложе, меньше в высоту и имеют гораздо более сложную историю. Резкое изменение высоты в несколько километров, происходит на границе полушарий. Причины этой глобальной дихотомии и наличия резких границ неизвестны.
Разрез планеты выглядит примерно так, кора в южном полушарии около 80 км и около 30 км в северном полушарии, ядро очень плотное около 1700 км в радиусе.
Относительно низкая плотность Марса по сравнению с другими планетами земной группы указывает, на то, что его ядро, возможно, содержит относительно большую долю серы и железа (железо и сульфид железа).
У Марса, так же как и у Меркурия и Луны нет активных тектонических пластов в настоящее время, нет никаких признаков последнего горизонтального движения поверхности. На Земле свидетельством этого движения являются складчатые горы.
В настоящее время нет признаков текущей вулканической активности. Тем не менее, данные космического аппарата Mars Global Surveyor показывают, что Марс очень вероятно имел тектоническую активность когда-то в прошлом.
Существует очень четкое свидетельство эрозии во многих местах на Марсе, в том числе крупных наводнений и небольших речных систем. В прошлом на поверхности планеты была какая-то жидкость.
На Марсе, возможно, были моря, и даже океаны, аппарат Mars Global Surveyor передал очень четкие снимки слоистой системы грунта. Это скорее вызвано наличием жидкости в прошлом. Возраст эрозии каналов оценивается примерно в 4 миллиарда лет.
Mars Express в начале 2005 года прислало изображение высохшего моря, которое было наполнено жидкость совсем недавно, возможно 5 миллионов лет назад.
В начале своей истории, Марс был гораздо больше похож на Землю. Как и на Земле, почти вся двуокись углерода была использована, для формирования карбонатных пород.
Марс имеет очень разряженную атмосферу, состоящую в основном из небольшого количества оставшегося углекислого газа (95,3%), азота (2,7%), аргона (1,6%), следов кислорода (0,15%), воды (0,03%).
Среднее давление на поверхности Марса составляет лишь около 7 миллибар (это менее 1% от давления на Земле), но она сильно меняется в зависимости от высоты. Так, 9 миллибар в самых глубоких впадинах и 1 миллибар на вершине горы Олимп.
Тем не менее, на Марсе дуют очень сильные ветры и огромные пыльные бури, которые иногда охватывают всю планету в течение нескольких месяцев.
Телескопические наблюдения показали, что Марс имеет постоянные шапки на обоих полюсах, они видны даже с помощью небольшого телескопа. Они состоят из водяного льда и твердой углекислоты ("сухого льда"). Ледяные шапки обладают слоистой структурой с чередующимися слоями льда и различной концентрацией темной пыли.
Космическим кораблем Viking (США) со спускаемых аппаратов были проведены исследования для определения существования жизни на Марсе. Результаты были несколько неоднозначные, но большинство ученых в настоящее время считают, что у них нет никаких доказательств существования жизни на Марсе. Оптимисты отмечают, что только два крошечных образца грунта были проанализированы, и не из самых благоприятных мест.
Большие, но не глобальные, слабые магнитные поля существуют в различных регионах Марса. Это неожиданное открытие было сделано Mars Global Surveyor через несколько дней после того, как он вышел на орбиту Марса. Возможно, это остатки ранее глобального магнитного поля.
Если магнитное поле было на Марсе, то становится более вероятным существование жизни на нем.
Характеристики Марса:
Масса(10 24 кг): 0,64185
Объем (10 10 км кубических): 16,318
Экваториальный радиус: 3397 км
Полярный радиус: 3375 км
Объемный средний радиус: 3390 км
Средняя плотность: 3933 кг/м 3
Радиус: 1700 км
Гравитация (ed.) (м/с): 3,71
Ускорение свободного падения (ed.) (м/с): 3,69
Вторая космическая скорость (км/с): 5,03
Альбедо: 0,250
Визуальное альбедо: 0,150
Солнечная энергия (W/m 2 ): 589,2
Температура абсолютно черного тела (k): 210,1
Число естественных спутников: 2
Параметры орбиты Марса
Полуглавная ось (расстояние от Солнца) (106 км): 227,92
Сидерический период орбиты (дней): 686,98
Тропический период орбиты (дней): 686,973
Перигелий (106 км): 206,62
Афелий (106 км): 249,23
Синодический период (дней): 779,94
Максимальная орбитальная скорость (км/с): 26,5
Минимальная орбитальная скорость (км/с): 21,97
Наклон орбиты (градусы): 1,850
Период вращения вокруг своей оси (часы): 24,6229
Продолжительность светового дня (часы): 24,6597
Наклон оси (градусы): 25,19
Минимальное расстояние до Земли (106 км): 55,7
Максимальное расстояние до Земли (106 км): 401,3
Параметры атмосферы
Поверхностное давление (bar): 6.36 mb (варьируется от 4 до 8,7 mb в зависимости от мезона)
Плотность атмосферы около поверхности (кг/м 3): 0,020
Высота атмосферы (км): 11,1
Средняя температура (k): - 55 C
Температурный диапазон: -133С - +27С
Основные параметры спутников Марса
Марс – четвертая планета от Солнца и названа она в честь известного бога войны из римской мифологии. На ночном небе Марс отыскать достаточно просто, ведь он светится немигающим красным светом. Именно поэтому очень часто описание планеты Марс включает в себя фразу «красная планета». У Марса также есть два естественных спутника небольшого размера и неправильной формы: Деймос и Фобос. Считается, что они могут быть перехвачены из-за действия силы тяжести планеты.
Что общего у Марса и Земли?
Марс является планетой земного типа, так как имеет тонкую атмосферу и поверхность, напоминающую как кратеры Луны, так и пустыни, долины, вулканы и полярные льды Земли. На планете Марс обнаружен самый высокий вулкан Солнечной системы. Они имеет название Олимп и достигает в высоту 27 км. Марс имеет с Землей не только схожие географические особенности, но и подобные сезонные циклы и период вращения. Именно поэтому на данной планете существует самая высокая вероятность найти воду и жизнь.
Площадь Марса практически такая же, как общая площадь всех земных континентов, но масса планеты меньше Земли в 10 раз. Продолжительность дня составляет 24 часа, 39 минут, 35 244 секунды. В марсианском году – 687 дней. Установлено, что на Марсе можно наблюдать смену времени года.
Марс имеет крайне редкую атмосферу. Давление на поверхности планеты составляет 750 Па – это в 133 раза меньше, чем на уровне моря на Земле. Атмосфера состоит из углекислого газа (95 %), азота (3 %), аргона (1,6 %), метана и следов воды и кислорода. Для Марса также вполне характерен тот факт, что циркуляция водяного пара происходит от одного полюса к другому (зависит это от сезона).
По некоторым данным было установлено, что поверхность планеты состоит в основном из одного вещества – базальта. В некоторых местах толщина коры Марса достигает 125 км, но в среднем не превышает 50 км. У Земли толщина коры составляет 40 км.
Северное и южное полушария Марса значительно отличаются. На северном полушарии планеты преобладают равнины, которые были сформированы в свое время лавой извергающихся вулканов, тогда как в южном полушарии, что можно увидеть по снимкам, есть высокие плато, покрытые кратерами астероидов. На полярных шапках планеты содержится лед и углекислый газ. Марс также имеет самый крупный во всей Солнечной системе каньон под названием Долина Маринера, длина которого достигает 4000 км, а глубина – 7 км.
Подробные характеристики в описании планеты Марс
Диаметр планеты – 6785 км, масса – 0,64 х 10 ^ 24 кг. Расстояние от солнца: минимальное – 205 млн. км, максимальное – 249 млн. км. Период вращения Марса вокруг оси – 24,6 часов. Температура от -129° С до 0° С. Температура поверхности планеты: средняя – 218 К. Два спутника: Фобос и Деймос.
Характеристики планеты:
- Расстояние от Солнца: 227.9 млн км
- Диаметр планеты: 6786 км *
- Сутки на планете: 24ч 37 мин 23с **
- Год на планете: 687 суток ***
- t° на поверхности: -50°C
- Атмосфера: 96% углекислый газ; 2,7% азот; 1,6% аргон; 0,13% кислород; возможно наличие водяного пара (0,03%)
- Спутники: Фобос и Деймос
* диаметр по экватору планеты
** период вращения вокруг собственной оси (в земных сутках)
*** период обращения по орбите вокруг Солнца (в земных сутках)
Планета марс - четвертая планета солнечной системы, удаленная от солнца в среднем на 227,9 миллионов километров или в 1,5 раз дальше земли. Планета имеет более вытаянную орбиту, чем земля. Эксцентрик вращения Марса вокруг солнца более 40 млн. километров. 206,7 млн. километров в перигелии и 249,2 в афелии.
Презентация: планета Марс
В движение по орбите вокруг солнца марс сопровождают два небольших естественных спутника Фобос и демос. Их размеры 26 и 13 км соответственно.
Средний радиус планеты 3390 километров - примерно половина земного. Масса планеты почти в 10 раз меньше чем у земли. А площадь поверхности всего марса составляет всего 28 % от земной. Это чуть больше чем площадь всех земных материков без океанов. Из-за небольшой массы ускорение свободного падения 3,7 м/с² или 38 % от земной. То есть космонавт вес, которого на земле составляет 80 кг, на марсе будет весить чуть больше 30 кг.
Марсианский год почти вдвое длиннее земного и составляет 780 суток. А вот сутки на красной планете, по продолжительности, почти такие же, как на земле и составляют 24 часа 37 минут.
Средняя плотность марсу также ниже, чем у земли и составляет 3,93 кг/м³. внутреннее строение марса напоминает строение планет земной группы. Кора планеты в среднем составляет 50 километров, что гораздо больше чем на земле. Мантия толщиной 1800 километров состоит преимущественно из кремния, а жидкое ядро планеты диаметром 1400 километров на 85 процентов состоит из железа.
Какой либо геологической активности на марсе обнаружить не удалось. Однако в прошлом марс был очень активен. На марсе происходили геологические события, не виданного на земле масштаба. На красной планете находится самый большая в солнечной системе гора олимп высотой 26,2 километра. А также самый глубокий каньон (долины Маринер) глубиной до 11 километров.
Холодный мир
Температура на поверхности марса колеблется от - 155 °C градусов до +20 °C на экваторе в полдень. Из-за очень разряженной атмосферы и слабого магнитного поля солнечная радиация беспрепятственно облучает поверхность планеты. Поэтому существование даже простейших форм жизни на поверхности марса маловероятно. Плотность атмосферы у поверхности планеты 160 раз ниже, чем у поверхности Земли. Состоит атмосфера на 95 % из углекислого газа 2,7% азот и 1,6 % аргон. Доля остальных газов, включая кислород не значительна.
Единственное явление, которое наблюдается на Марсе это пылевые бури, принимающие иногда глобальный марсианский размах. До недавнего времени природа возникновения этих явлений была непонятна. Однако последним марсоходам отправленным на планету удалось зафиксировать так пылевые вихри, которые возникают на марсе постоянно и могут достигать самых различных размеров. По всей видимости, когда таких вихрей становится слишком много, они перерастают в пылевую бурю
(Поверхность Марса перед началом пылевой бури, пыль только собирается в туман вдалеке, в представлении художника Kees Veenenbos)
Пыль покрывает практически всю поверхность марса. Красный цвет планете придает оксид железа. Кроме этого, на марсе может быть достаточно большое количество воды. На поверхности планеты обнаружены высохшие русла рек и ледники.
Спутники планеты Марс
Марс имеет 2 естественных спутника вращающихся вокруг планеты. Это Фобос и Деймос. Интересно, что на греческом языке их названия переводятся, как "страх" и "ужас". И это не удивительно, ведь внешне оба спутника, действительно, внушают страх и ужас. Их формы настолько неправильны, что скорее похожи на астероиды, при этом диаметры совсем небольшие - Фобос 27 км, Деймос 15 км. Состоят спутники из каменистых пород, поверхность в множестве небольших кратеров, только у Фобоса есть огромный кратер диаметром в 10 км, почти в 1/3 от размера самого спутника. Видимо в далеком прошлом некий астероид едва не уничтожил его. Спутники красной планеты настолько напоминают по форме и строению астероиды, что по одной из версий Марс сам когда-то захватил, подчинив себе и превратив в вечных своих слуг.
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.
