что мы знаем о марсе
Что мы знаем о Марсе?
По случаю четвертой годовщины посадки марсохода Curiosity рассказываем о современных знаниях о Марсе.
Планета Шелезяка: воды нет, полезных ископаемых нет, населена роботами…». Похоже на Марс, но совпадает только пункт с роботами, остальное там есть, хоть и не так много, как на Земле. Что о Марсе достаточно хорошо известно? Четвертая планета от Солнца. Меньше Земли, больше Меркурия. Вулкан Олимп — самая большая в Солнечной системе гора, она же — самый большой вулкан. Долина Маринера — самый большой в Солнечной системе каньон, который в сотни раз превышает самый большой каньон на Земле.
Глобальные пылевые бури. Разреженная углекислотная атмосфера. Рыжий цвет, обусловленный оксидами железа, покрывающими поверхность. Думаю, это тот минимум, который знает или должно знать о соседней планете подавляющее большинство обитателей планеты Земля.
Однако изучение Марса продолжается, новые факты и открытия объявляются регулярно практически на каждой планетологической научной конференции. Попробуем обновить наши знания, добавив им свежести и полноты.
Начнем с атмосферы. Несмотря на ее разреженность, атмосфера — это самая «живая» часть Марса, в которой происходит множество интересных процессов. Плотность атмосферы Марса составляет в среднем 1/125-ю часть от плотности атмосферы Земли. При этом ее толщина немногим уступает толщине атмосферы Земли — это происходит из-за меньшей силы притяжения. Поэтому исследовательские спутники землян вынуждены летать на высотах больше 250 км, чтобы атмосфера не оказывала существенного влияния на орбиту.
Глобальные марсианские пылевые бури нерегулярны и происходят примерно раз в 6 земных лет. В то же время каждый марсианский год атмосфера переживает масштабные процессы испарения углекислотной полярной шапки в летнем полушарии и намерзания такой же шапки на зимнем полюсе планеты. В такой перекачке участвует до четверти всей массы атмосферы.
Такая динамика порождает локальные бури, которые часты у полюсов, но довольно редко добираются до экватора. К примеру, марсоход Curiosity, работающий в 5 градусах южнее экватора, лишь однажды на два дня оказался в пыли, ограничившей видимость десятью километрами. В другое время видимость поддерживается до 40 км, а в отдельные спокойные зимние недели можно рассмотреть вершины гор на расстоянии 80 км.
Практически в любое время года в атмосфере Марса висит рыжая пыль, хотя в зависимости от времени года ее концентрация меняется. Самые «пыльные» времена — осень и весна, когда происходит перекачка атмосферы от одного полюса к другому. В это время цвет неба оранжево-бежевый вплоть до коричневого во время бурь. В спокойные месяцы пыль оседает, зенит чернеет, и бежевый цвет неба спускается к горизонту. В такое время возможно наблюдение голубоватых оттенков неба, когда солнце приближается к горизонту и атмосферные газы успевают немного рассеять голубую составляющую солнечного спектра.
Кроме масштабных пылевых бурь, покрывающих всю планету или существенные ее части, на Марсе можно наблюдать деятельность малых вихрей, которые американские ученые называют Dust Devil. Чаще всего они выглядят как пыльный хобот, поднимающийся на высоту от нескольких метров до нескольких сот метров.
Dust Devil могут быть и невидимками. Например, датчики атмосферного давления Curiosity неоднократно регистрировали прохождение маленького вихря по аппарату, в то же время камеры не смогли ни разу снять такой вихрь, хотя попытки предпринимаются регулярно. Зато Opportunity периодически удается увидеть мелкие вихри, которые заодно помогают чистить его солнечные батареи от пыли.
Хорошим аргументом в пользу низкой интенсивности отложения продуктов выветривания может служить пример парашютов посадочных модулей автоматических космических станций прошлого века. В 2012 году удалось обнаружить парашют «Марса-3» (1971 год посадки), а затем и сам аппарат.
Документированы парашюты станций Viking-1 (1976 год) и Mars Pathfnder (1997 год). Скрытым под слоями пыли можно признать парашют Viking-2, и никак не удается обнаружить признаки парашюта «Марса-6», хотя предпринимались неоднократные попытки.
Пыль в атмосфере может распределяться в нескольких слоях, формировать облака, в том числе высотные, и подниматься до высот не менее чем 50 км или даже выше на несколько десятков километров.
Зачастую в публикациях СМИ путают пыль и песок. Это на Земле возможны песчаные бури и перенос песка на сотни километров. Для Марса такое актуально только для пыли — размер частичек которой не превышает 0,1 мм. Более крупный песок ветром тоже перемещается, но на считанные сантиметры — до метра в течение года.
На Марсе внимательно изучается вулканический кратер Нили Патера, на дне которого «ползают» песчаные дюны. За их движением в течение многих лет ведется наблюдение при помощи камеры высокого разрешения HiRise спутника MRO. Движение песчаных дюн удалось обнаружить и в других местах Марса.
Еще одним интересным объектом для изучения являются полярные ледяные шапки. Полярные ледники — это, пожалуй, первые объекты на поверхности Марса, которые были определены людьми. Когда астрономы увидели сходство полюсов Земли и Марса, а затем различили темные пятна на рыжих боках планеты, то Марс показался полной копией Земли, и идея о местных жителях была вполне логична.
Поначалу полярные шапки Марса считались водяными, и их ежегодная переменчивость породила гипотезы о регулярных наводнениях талой воды, которые наложились на ошибочные наблюдения марсианских «каналов». Однако уже в середине ХХ века удалось установить, что основную площадь зимних полюсов закрывает углекислотный лед, а вода остается в небольших по площади летних полярных шапках. Благодаря радару MARSIS спутника Mars Express удалось установить мощность полярных водяных отложений: на севере — 1,7 км, на юге — до 3 км. Если взять полярные льды и растопить, то получится целиком залить водой высотой 21 м идеально гладкую планету размером с Марс. Соответственно, если растопить вот эти запасы, то на маленький океанчик или несколько небольших морей Марса нам хватит.
Исследования поверхности Марса указывают, что ранее воды было больше. На планете наблюдаются пустые речные русла, речные дельты, остатки озер, и есть даже некоторые признаки бывшего океана, занимавшего от четверти до трети всей планеты. Вопрос, куда подевались обширные запасы марсианской воды, пока не имеет точного ответа, но есть две гипотезы: первая — вода ушла в грунт, связалась с минералами и сформировала грунтовые ледники; вторая — вода диссипировала в космос. Хотя всё больше аргументов склоняет ко второй гипотезе, вода на Марсе находится не только на полюсах и в приполярье. Подповерхностные ледники определяются в северном полушарии до 40-х параллелей к экватору — для Земли это широта Сочи. Имеются залежи льда к востоку от долины Эллада, и даже у экватора, содержание воды составляет от 5% до 10% в грунте.
Всё это время мы говорили о воде в твердой фазе или в связанном агрегатном состоянии. Атмосферное давление Марса не способствует поддержанию воды в жидкой фазе: даже в низменных регионах с самым высоким давлением вода выкипает уже при +10 °C, а учитывая сезонные колебания плотности атмосферы, а также температуру свыше +10 °С в летние дни, длительное сохранение воды на поверхности практически исключается. Но недавние исследования гиперспектрометра CRISM и камеры HiRise добавили аргументов гипотезе, что в грунте Марса возможно поддержание воды в жидком состоянии при минусовой температуре в форме рассолов солей хлорной кислоты.
До недавнего времени ученые не могли дать утвердительный ответ на вопрос о наличии органических соединений на Марсе. Первые данные появились при наземных наблюдениях, когда определили присутствие метана в атмосфере Марса. Для поиска органики на Красную планету отправился марсоход Curiosity. Первые его данные в конце 2012 года оказались обнадеживающими, но потом выяснилось, что произошла ошибка и марсоход «обнаружил» органику, которую сам же с собой и привез — повредилась емкость с растворителем для «мокрого» анализа грунта. Через год, когда аппарат накопил статистику исследования разных типов грунтов, удалось сказать более уверенно — органика есть. Нашелся хлорбензол.
Еще через год удалось подтвердить и появление метана в атмосфере Марса, хотя о процессах, вызывающих выделение этого газа, пока нет однозначного мнения.
Следует учитывать, что найденные органические соединения не являются прямым подтверждением наличия в прошлом Марса биологической активности. Органические соединения известны на Меркурии, на кометах, астероидах, спутниках планет-гигантов, в атмосфере самих планет-гигантов и в других местах близкой и далекой Вселенной. Определить биомаркеры в органических соединениях Марса сможет миссия марсохода ExoMars, запуск которой планируется на 2020 год.
Важная находка с точки зрения возможной прошлой или будущей жизни — нитраты в некоторых геологических слоях в кратере Гейла. Для Земли нитраты считаются удобрением и используются по назначению. Для Марса найденные нитраты означают, что в прошлом были условия, позволяющие развиваться известным нам формам жизни, и подобная находка открывает перспективы для будущего земледелия (точнее, марсоделия) и сельского хозяйства.
Анализ грунта Марса, проведенный массспектрометром SAM на борту марсохода Curiosity, показал, что при нагреве грунта до +400 °С происходит выделение углекислого газа, водяных паров, кислорода и азота, что в целом пригодно для использования в будущей хозяйственной деятельности человека на Марсе.
В контексте пилотируемого полета на Марс в обязательном порядке поднимается вопрос о радиационной опасности во время полета и при работе на поверхности. Исследования радиационных условий во время перелета к Марсу и на его поверхности поводились и проводятся прибором RAD на борту марсохода Curiosity.
Изучение воздействия космических лучей во время перелета к Марсу дали не очень обнадеживающие данные: риск для людей превышает в полтора раза допустимый для астронавтов, а для космонавтов допуски еще строже. На поверхности условия более приемлемые. Воздействие ионизирующих частиц на поверхности Марса примерно вдвое ниже, чем в условиях космического перелета, и при низкой активности Солнца соответствует радиационному фону на борту Международной космической станции.
Обязательным этапом изучения Марса станет доставка на Землю образцов грунта. Пока эта задача является достаточно сложной, но остается в проектах NASA и Роскосмоса. Пока есть возможность изучения метеоритов, которые, как считается, прилетели с Марса. В 1990-е годы сообщалось, что в одном из метеоритов обнаружили окаменелости, похожие на бактерии, однако большинство ученых оспорило эту гипотезу. Недавно любопытные окаменелые структуры были обнаружены в другом метеорите.
Внешне находка напоминает клетку, в которой можно определить вакуоли и даже клеточные поры, однако пока это случай единичный и слишком мало фактических данных чтобы заявлять о сенсации. Остается только надеяться на более продуктивные находки нынешних и будущих исследовательских миссий.
Планета Марс
Его периодическое появление привело к тому, что планета отобразилась во многих мифах и легендах. А внешний угрожающий вид стал причиной страха перед планетой. Давайте узнаем больше интересных фактов о Марсе.
Интересные факты о планете Марсе
Размер, масса и орбита планеты Марс
Экваториальный радиус планеты Марс составляет 3396 км, а полярный – 3376 км (0.53 земного). Перед нами буквально половина земного размера, но масса – 6.4185 х 10 23 кг (0.151 от земной). Планета напоминает нашу по осевому наклону – 25.19°, а значит на ней также можно отметить сезонность.
Физические характеристики Марса
радиус
0,283 земной
0,151 земного
0,107 земной
0,714 земной
падения на экваторе
0,378 g
вращения
северного полюса
0,150 (геом.)
Максимальное расстояние от Марса до Солнца (афелий) – 249.2 млн. км, а приближенность (перигелий) – 206.7 млн. км. Это приводит к тому, что на орбитальный проход планета тратит 1.88 лет.
Орбита и вращение Марса
| Перигелий | 2,06655⋅10 8 км 1,381 а.е. |
|---|---|
| Афелий | 2,49232⋅10 8 км 1,666 а. е. |
| Большая полуось | 2,2794382⋅10 8 км 1,523662 а. е. |
| Эксцентриситет |
орбиты
5,65° относительно солнечного экватора
Состав и поверхность планеты Марс
С показателем плотности в 3.93 г/см 3 Марс уступает Земли и имеет лишь 15% нашего объема. Мы уже упоминали, что красный цвет образуется из-за присутствия оксида железа (ржавчина). Но из-за присутствия других минералов он бывает коричневым, золотым, зеленым и т.д. Изучите строение Марса на нижнем рисунке.
Внутреннее строение Марса
Марс относится к планетам земного типа, а значит обладает высоким уровнем минералов, вмещающих кислород, кремний и металлы. Грунт слабощелочный и располагает магнием, калием, натрием и хлором.
В таких условиях поверхность не способна похвастаться водой. Но тонкий слой марсианской атмосферы позволил сохранить лед в полярных областях. Да и можно заметить, что эти шапки охватывают приличную территорию. Существует еще гипотеза о наличии подземной воды на средних широтах.
В структуре Марса присутствует плотное металлическое ядро с силикатной мантией. Оно представлено сульфидом железа и вдвое богаче на легкие элементы, чем земное. Кора простирается на 50-125 км.
Стоит отметить, что марсианский пейзаж похож на пустыню. Поверхность пыльная и сухая. Есть горные хребты, равнины и крупнейшие в системе песчаные дюны. Также Марс может похвастаться наибольшей горой – Олимп, и самой глубокой пропастью – Долина Маринер.
На снимках можно заметить множество кратерных формирований, которые сохранились из-за медлительности эрозии. Эллада Планитиа – крупнейший кратер на планете, охватывающий в ширину 2300 км, а вглубь – 9 км.
Планета способна похвастаться оврагами и каналами, по которым ранее могла протекать вода. Некоторые тянутся на 2000 км в длину и на 100 км в ширину.
Спутники Марса
Рядом с Марсом вращаются две его луны: Фобос и Деймос. В 1877 году их нашел Асаф Холл, давший наименования в честь персонажей из греческой мифологии. Это сыновья бога войны Ареса: Фобос – страх, а Деймос – ужас. Марсианские спутники продемонстрированы на фото.
Фобос и Деймос, запечатленные MRO. Это крошечные нерегулярные спутники, которые могли притянуться планетой из пояса астероидов
Диаметр Фобоса – 22 км, а отдаленность – 9234.42 – 9517.58 км. На орбитальный проход ему необходимо 7 часов и постепенно это время сокращается. Исследователи считают, что через 10-50 млн. лет спутник врежится в Марс или же будет разрушен гравитацией планеты и образует кольцевую структуру.
Деймос в диаметре имеет 12 км и вращается на дистанции в 23455.5 – 23470.9 км. На орбитальный маршрут уходит 1.26 дней. Марс также может располагать дополнительными лунами с шириной в 50-100 м, а между двумя крупными способно сформироваться пылевое кольцо.
Атмосфера и температура планеты Марс
Красная планета располагает тонким атмосферным слоем, который представлен углекислым газом (96%), аргоном (1.93%), азотом (1.89%) и примесями кислорода с водой. В ней много пыли, размер которой достигает 1.5 микрометра. Давление – 0.4-0.87 кПа.
Тонкая марсианская атмосфера и пыльная красная поверхность, отображенные аппаратом Викинг-1 в 1976 году
Марс отличается активностью пылевых бурь, которые способны имитировать мини-торнадо. Они образуются благодаря солнечному нагреву, где более теплые воздушные потоки поднимаются и формируют бури, простирающиеся на тысячи километров.
При анализе в атмосфере также нашли следы метана с концентрацией 30 частичек на миллион. Значит, он освобождался из конкретных территорий.
Исследования показывают, что планета способна создавать в год до 270 тонн метана. Он достигает атмосферного слоя и сохраняется 0.6-4 лет до полного разрушения. Даже небольшое наличие говорит о том, что на планете скрывается газовый источник. Нижний рисунок указывает концентрацию метана на Марсе.
Распределение метана в атмосфере Марса
В 2012 году провели несколько вычислений по метану при помощи ровера Curiosity. Если первый анализ показал определенное количество метана в атмосфере, то второй показал 0. А вот в 2014 году ровер натолкнулся на 10-кратный всплеск, что говорит о локализированном выбросе.
Также спутники зафиксировали наличие аммиака, но его срок разложения намного короче. Возможный источник – вулканическая активность.
Астрофизик Валерий Шематович об эволюции планетных атмосфер, экзопланетных системах и потере атмосферы Марса:
История изучения планеты Марс
Земляне давно следят за красным соседом, потому что планету Марс можно отыскать без использования инструментов. Первые записи сделаны еще в Древнем Египте в 1534 г. до н. э. Они уже тогда были знакомы с эффектом ретроградности. Правда для них Марс был причудливой звездой, чье движение отличалось от остальных.
Еще до появления неовавилонской империи (539 г. до н. э.) делались регулярные записи планетарных позиций. Люди отмечали перемены в движении, уровнях яркости и даже пытались предсказать, куда они направятся.
В 4 веке до н.э. Аристотель заметил, что Марс спрятался за земным спутником в период окклюзии, а это говорило о том, что планета расположена дальше Луны.
Геоцентрическая концепция Птолемея, отображенная в 1568 году Бартоломеу Вельо
Птолемей решил создать модель всей Вселенной, чтобы разобраться в планетарном движении. Он предположил, что внутри планет есть сферы, которые и гарантируют ретроградность. Известно, что о планете знали и древние китайцы еще в 4-м веке до н. э. Диаметр оценили индийские исследователи в 5-м веке до н. э.
Модель Птолемея (геоцентрическая система) создавала много проблем, но она оставалась главной до 16-го века, когда пришел Коперник со своей схемой, где в центре располагалось Солнце (гелиоцентрическая система). Его идеи подкрепили наблюдения Галилео Галилея в новый телескоп. Все это помогло вычислить суточный параллакс Марса и удаленность к нему.
В 1672 году первые замеры сделал Джованни Кассини, но его оборудование было слабым. В 17-м веке параллаксом пользуется Тихо Браге, после чего его корректирует Иоганн Кеплер. Первую карту Марса представил Христиан Гюйгенс.
Марсианская карта Скиапарелли демонстрирует каналы (1877)
В 19 веке удалось повысить разрешение приборов и рассмотреть особенности марсианской поверхности. Благодаря этому Джованни Скиапарелли создал первую детализированную карту Красной планеты в 1877 году. На ней отобразились также каналы – длинные прямые линии. Позже поняли, что это всего лишь оптическая иллюзия.
Карта вдохновила Персиваля Лоуэлла на создание обсерватории с двумя мощнейшими телескопами (30 и 45 см). Он написал много статей и книг на тему Марса. Каналы и сезонные перемены (сокращение полярных шапок) натолкнули на мысли о марсианах. Причем даже в 1960-х гг. продолжали писать исследования на эту тему.
Исследование планеты Марс
Более продвинутые исследования Марса начались с освоением космоса и запуском аппаратов к другим солнечным планетам в системе. Космические зонды стали отправлять к планете в конце 20-го века. Именно с их помощью удалось познакомиться с чужим миром и расширить наше понимание планет. И хотя нам не удалось отыскать марсиан, жизнь могла существовать там ранее.
Активное изучение планеты развернулось в 1960-х гг. СССР отправили 9 беспилотных зондов, которые так и не добрались к Марсу. В 1964 году НАСА запустили Маринер 3 и 4. Первая провалилась, но вторая через 7 месяцев прилетела к планете.
Маринер-4 сумел получить первые масштабные снимки чужого мира и передал сведения об атмосферном давлении, отсутствии магнитного поля и радиационного пояса. В 1969 году к планете прибыли Маринеры 6 и 7.
В 1970-м году между США и СССР развернулась новая гонка: кто первым установим спутник на марсианской орбите. В СССР задействовали три аппарата: Космос-419, Марс-2 и Марс-3. Первый вышел из строя еще при запуске. Два других запустили в 1971 году, и они добирались 7 месяцев. Марс-2 разбился, но Марс-3 приземлился мягко и стал первым, кому это удалось. Но передача велась всего 14.5 секунд.
Обзор Маринера-9 на Лабиринт Ночи в Долине Маринер
В 1971 году США отправляют Маринер 8 и 9. Первый упал в воды Атлантического океана, но второй успешно закрепился на марсианской орбите. Вместе с Марсом 2 и 3 они попали в период марсианской бури. Когда она закончилась, Маринер-9 сделал несколько снимков, намекающих на воду в жидком состоянии, которая могла наблюдаться в прошлом.
В 1973 году от СССР отправилось еще четыре аппарата, где все, кроме Марс-7, доставили полезную информацию. Больше всего пользы было от Марс-5, который прислал 60 снимков. Миссия Викингов США стартовала в 1975 году. Это были две орбитали и два посадочных аппарата. Они должны были отлеживать биосигналы и изучить сейсмические, метеорологические и магнитные характеристики.
Марсианское изображение, снятое при посадке Викинг-2
Обзор Викинга показал, что когда-то на Марсе была вода, ведь именно масштабные наводнения могла вырезать глубокие долины и размыть углубления в скальных породах. Марс оставался загадкой до 1990-х гг., пока не отправился Mars Pathfinder, представленный космическим кораблем и зондом. Миссия приземлилась в 1987 году и протестировала огромное количество технологий.
В 1999 году прибыл Mars Global Surveyor, установивший слежку за Марсом на практически полярной орбите. Он изучал поверхность почти два года. Удалось запечатлеть овраги и мусорные потоки. Датчики показывали, что магнитное поле не создается в ядре, но есть частично на участках коры. Также удалось создать первые 3D-обзоры полярной шапки. Связь потеряли в 2006 году.
Северо-полярный бассейн, чья эллиптическая форма частично затенена вулканическими извержения (красный)
Марс Одиссей прибыл в 2001 году. Он должен был использовать спектрометры, чтобы обнаружить доказательства жизни. В 2002 году нашли огромные водородные запасы. В 2003 прибыл Марс-экспресс с зондом. Бигл-2 вошел в атмосферу и подтвердил наличие водяного и углекислого льда на территории южного полюса.
В 2003 году высадили известные роверы Spirit и Opportunity, которые изучали горные породы и почву. MRO достиг орбиты в 2006 году. Его инструменты настроены на поиск воды, льда и минералов на/под поверхностью.
Составной портрет Curiosity в 2013 году
MRO ежедневно исследует марсианскую погоду и поверхностные характеристики, чтобы отыскать наилучшие места для посадки. Ровер Curiosity высадился в кратере Гейл в 2012 году. Его инструменты важны, так как раскрывают прошлое планеты. В 2014 году за исследование атмосферы принялся MAVEN. В 2014 году прилетел Мангальян от индийской ISRO
Художественная интерпретация прибытия MAVEN
В 2016 году началось активное изучения внутреннего состава и ранней геологической эволюции. В 2018 году Роскосмос планирует отправить свой аппарат, а в 2020 году подключатся Арабские Эмираты.
Государственные и частные космические агентства настроены серьезно на создание экипажных миссий в будущем. К 2030-му году НАСА рассчитывает отправить первых марсианских астронавтов.
Концепция миссии НАСА по исследованию Марса
В 2010 году Барак Обама настоял на том, чтобы сделать Марс приоритетной целью. ЕКА планируют отправить людей в 2030-2035 гг. Есть пара некоммерческих организаций, которые собираются отправить небольшие миссии с экипажем до 4-х человек. Причем они получают деньги от спонсоров, мечтающих превратить поездку в живое шоу.
Художественная интерпретация марсианского астронавта
Глобальную деятельность развернул генеральный директор SpaceX Илон Маск. Ему уже удалось совершить невероятный прорыв – система многоразовых запусков, которая экономит время и средства. Первый полет на Марс запланирован в 2022 году. Речь уже идет о колонизации.
Марс считается наиболее изученной чужой планетой в Солнечной системе. Роверы и зонды продолжают исследовать ее особенности, предлагая каждый раз новую информацию. Удалось подтвердить, что Земля и Красная планета сходятся по характеристикам: полярные ледники, сезонные колебания, атмосферный слой, проточная вода. И есть сведения, что ранее там могла располагаться жизнь. Поэтому мы продолжаем возвращаться к Марсу, который, скорее всего, станет первой колонизированной планетой.
Ученые все еще не утратили надежду найти жизнь на Марсе, даже если это будут первобытные останки, а не живые организмы. Благодаря телескопам и космическим аппаратам у нас всегда есть возможность полюбоваться на Марс онлайн. На сайте найдете много полезной информации, качественных фото Марса в высоком разрешении и интересные факты о планете. Вы всегда можете использовать 3D-модель Солнечной системы, чтобы проследить за внешним видом, характеристикой и движением по орбите всех известных небесных тел, включая Красную планету. Ниже расположена детализированная карта Марса.
Карта поверхности планеты Марс
Нажмите на изображение, чтобы его увеличить