Марс – четвертая планета нашей Солнечной системы и вторая наименьшая после Меркурия. Названа по имени древнеримского бога войны. Ее прозвище «Красная планета» происходит от красноватого оттенка поверхности, который обусловлен преобладанием оксида железа. Каждые несколько лет, когда Марс находится в оппозиции к Земле, он наиболее заметен в ночном небе. По этой причине люди наблюдали планету в течение многих тысячелетий, и ее появление на небе играло большую роль в мифологии и астрологических системах многих культур. В современную эпоху она стала настоящей сокровищницей научных открытий, которые расширили наше понимание Солнечной системы и ее истории.
Размер, орбита и масса Марса
Радиус четвертой планеты от Солнца равен около 3396 км на экваторе и 3376 км в полярных областях, что соответствует 53% радиуса Земли. И хотя он примерно в два раза меньше, масса Марса равна 6,4185 х 10²³ кг, или 15,1% массы нашей планеты. Наклон оси подобен земному и равен 25,19° к плоскости орбиты. Это означает, что четвертая планета от Солнца также испытывает смену сезонов года.
На своем наибольшем удалении от Солнца Марс движется по орбите на расстоянии 1,666 а. е., или 249,2 млн км. В перигелии, когда он находится ближе всего к нашему светилу, он удален от него на 1,3814 а. е., или 206,7 млн км. Красной планете требуется 686,971 земных дней, что эквивалентно 1,88 земных лет, чтобы совершить оборот вокруг Солнца. В марсианских днях, которые на Земле равны одному дню и 40 минутам, год длится 668,5991 суток.
Состав грунта
При средней плотности 3,93 г/см³ эта характеристика Марса делает его менее плотным, чем Земля. Его объем составляет около 15% от объема нашей планеты, а масса – 11%. Красный Марс – следствие наличия на поверхности оксида железа, больше известного как ржавчина. Присутствие других минералов в пыли обеспечивает наличие и других оттенков – золотого, коричневого, зеленого и др.
Эта планета земной группы богата минералами, содержащими кремний и кислород, металлами и другими веществами, которые обычно входят в состав каменистых планет. Почва слегка щелочная и содержит магний, натрий, калий и хлор. Эксперименты, проведенные на образцах почвы, также показывают, что ее рН равен 7,7.
Хотя жидкая вода не может существовать на поверхности Марса из-за его тонкой атмосферы, большие концентрации льда сосредоточены в пределах полярных шапок. Кроме того, от полюса до 60° широты пояс вечной мерзлоты простирается. Это означает, что вода существует под большей частью поверхности в виде смеси ее твердого и жидкого состояния. Радиолокационные данные и образцы почвы подтвердили наличие подземных резервуаров также и в средних широтах.
Внутреннее строение
Планета Марс, возраст которой 4,5 млрд лет, состоит из плотного металлического ядра, окруженного кремниевой мантией. Ядро состоит из сульфида железа и содержит вдвое больше легких элементов, чем ядро Земли. Средняя толщина коры составляет около 50 км, максимальная равна 125 км. Если принять во внимание размеры планет, то земная кора, средняя толщина которой равна 40 км, в 3 раза тоньше марсианской.
Современные модели его внутреннего строения предполагают, что размер ядра в радиусе составляет 1700–1850 км, и оно состоит в основном из железа и никеля с приблизительно 16-17% серы. Из-за его меньшего размера и массы сила тяжести на поверхности Марса составляет всего 37,6% от земной. Ускорение свободного падения здесь равно 3,711 м/с², по сравнению с 9,8 м/с² на нашей планете.
Характеристики поверхности
Красный Марс сверху пыльный и сухой, и геологически он очень напоминает Землю. У него есть равнины и горные хребты, и даже самые большие песчаные дюны в Солнечной системе. Здесь расположена также самая высокая гора – щитовой вулкан Олимп, и самый длинный и глубокий каньон – долина Маринера.
Ударные кратеры – типичные элементы ландшафта, которыми испещрена планета Марс. Возраст их исчисляется миллиардами лет. Из-за медленной скорости эрозии они хорошо сохранились. Самым большим из них является долина Эллада. Окружность кратера равна около 2300 км, а его глубина достигает 9 км.
На поверхности Марса также можно различить овраги и каналы, и многие ученые считают, что по ним когда-то текла вода. Сравнивая их с аналогичными образованиями на Земле, можно предположить, что они по крайней мере частично образованы водной эрозией. Эти каналы достаточно велики – 100 км шириной и 2 тыс. км в длину.
Спутники Марса
У Марса есть два небольших спутника, Фобос и Деймос. Они были обнаружены в 1877 г. астрономом Асафом Холлом и носят названия мифических персонажей. В соответствии с традицией получения имен из классической мифологии, Фобос и Деймос являются сыновьями Ареса - греческого бога войны, который был прототипом римского Марса. Первый из них олицетворяет страх, а второй – смятение и ужас.
Фобос имеет около 22 км в диаметре, и расстояние до Марса от него составляет 9234,42 км в перигее и 9517,58 км в апогее. Это ниже синхронной высоты, и спутнику требуется всего 7 часов, чтобы облететь вокруг планеты. Ученые подсчитали, что через 10–50 млн лет Фобос может упасть на поверхность Марса или распасться на кольцевую структуру вокруг него.
Деймос имеет диаметр около 12 км, а его расстояние до Марса составляет 23455,5 км в перигее и 23470,9 км в апогее. Полный оборот спутник совершает за 1,26 дня. У Марса могут быть и дополнительные сателлиты, размеры которых меньше 50-100 м в диаметре, а между Фобосом и Деймосом есть кольцо пыли.
По мнению ученых, эти спутники когда-то были астероидами, но потом они были захвачены гравитацией планеты. Низкое альбедо и состав обеих лун (углеродосодержащий хондрит), который похож на материал астероидов, поддерживают эту теорию, а нестабильная орбита Фобоса, казалось бы, предполагает недавний захват. Тем не менее орбиты обеих лун круговые и находятся в плоскости экватора, что необычно для захваченных тел.
Атмосфера и климат
Погода на Марсе обусловлена наличием очень тонкой атмосферы, которая на 96% состоит из углекислого газа, 1,93% – аргона и 1,89% – азота, а также следов кислорода и воды. Она очень пыльная и содержит твердые частицы размером 1,5 мкм в диаметре, что окрашивает марсианское небо, если смотреть с поверхности, в темно-желтый цвет. Атмосферное давление изменяется в пределах 0,4–0,87 кПа. Это эквивалентно примерно 1% земного на уровне моря.
Из-за тонкого слоя газовой оболочки и большей удаленности от Солнца поверхность Марса прогревается гораздо хуже, чем поверхность Земли. В среднем она равна -46 °C. В зимний период она опускается до -143 °C на полюсах, а в летний в полдень на экваторе достигает 35 °C.
На планете бушуют пылевые бури, которые переходят в небольшие торнадо. Более мощные ураганы возникают, когда пыль поднимается вверх и нагревается Солнцем. Ветры усиливаются, создавая бури, масштабы которых измеряются тысячами километров, а их продолжительность – несколькими месяцами. Они фактически скрывают почти всю площадь поверхности Марса из поля зрения.
Следы метана и аммиака
В атмосфере планеты также были обнаружены следы метана, концентрация которого составляет 30 частей на миллиард. Подсчитано, что Марс должен производить 270 тонн метана в год. После попадания в атмосферу этот газ может существовать только в течение ограниченного периода времени (0,6–4 года). Его присутствие, несмотря на короткое время жизни, указывает на то, что должен существовать активный источник.
Среди предполагаемых вариантов – вулканическая активность, кометы и наличие метаногенных микробных форм жизни под поверхностью планеты. Метан может быть получен при небиологических процессах, называемых серпентинизацией, с участием воды, углекислого газа и оливина, который часто встречается на Марсе.
Спутником Mars Express также был обнаружен аммиак, но с относительно коротким временем жизни. Не ясно, что его производит, но в качестве возможного источника была предложена вулканическая активность.
Исследование планеты
Попытки узнать, что такое Марс, начались в 1960-х годах. В период с 1960 по 1969 г. Советский Союз запустил к Красной планете 9 беспилотных космических аппаратов, но все они не смогли достигнуть цели. В 1964 г. НАСА начало запускать зонды Mariner. Первыми стали «Маринер-3» и «Маринер-4». Первая миссия потерпела неудачу во время развертывания, но вторая, запущенная 3 недели спустя, успешно проделала 7,5-месячное путешествие.
«Маринер-4» сделал первые ближние снимки Марса (показав ударные кратеры) и предоставил точные данные об атмосферном давлении на поверхности и отметил отсутствие магнитного поля и радиационного пояса. НАСА продолжило программу запуском другой пары пролетных зондов Mariner 6 и 7, которые достигли планеты в 1969 г.
В 1970-х годах СССР и США соревновались в том, кто первым выведет искусственный спутник на орбиту Марса. Советская программа М-71 включала три космических аппарата – «Космос-419» («Марс-1971C»), «Марс-2» и «Марс-3». Первый тяжелый зонд потерпел аварию во время запуска. Последующие миссии, «Марс-2» и «Марс-3», представляли собой комбинацию орбитального аппарата и посадочного модуля и стали первыми станциями, совершившими внеземную посадку (кроме Луны).
Они были успешно запущены в середине мая 1971 г. и летели от Земли до Марса семь месяцев. 27 ноября спускаемый аппарат «Марс-2» совершил аварийную посадку из-за сбоя бортовой ЭВМ и стал первым рукотворным объектом, достигшим поверхности Красной планеты. 2 декабря «Марс-3» совершил штатную посадку, но его передача была прервана после 14,5 с трансляции.
Тем временем НАСА продолжало программу Mariner, и в 1971 г. был произведен запуск зондов 8 и 9. «Маринер-8» во время запуска и упал в Атлантический океан. Но второй космический аппарат не только добрался до Марса, но и стал первым успешно выведенным на его орбиту. Пока длилась пылевая буря планетного масштаба, спутнику удалось сделать несколько фотографий Фобоса. Когда шторм утих, зонд сделал снимки, давшие более подробные доказательства того, что на поверхности Марса когда-то текла вода. Было установлено, что возвышенность под названием Снега Олимпа (один из немногих объектов, которые остались видимыми во время планетарной пылевой бури) также является самым высоким образованием в Солнечной системе, что привело к его переименованию в гору Олимп.
В 1973 году Советский Союз послал еще четыре зонда: 4-й и 5-й орбитальные аппараты «Марс», а также орбитальные и спускаемые зонды «Марс-6» и 7. Все межпланетные станции, кроме «Марса-7», передали данные, а экспедиция «Марс-5» оказалась наиболее успешной. До момента разгерметизации корпуса передатчика станция успела передать 60 изображений.
К 1975 году НАСА запустило Viking 1 и 2, состоявшие из двух орбитальных аппаратов и двух спускаемых. Миссия на Марс имела целью поиск следов жизни и наблюдение за его метеорологическими, сейсмическими и магнитными характеристиками. Результаты биологических экспериментов на борту спускаемых «Викингов» были неубедительными, но повторный анализ данных, опубликованный в 2012 г., предположил наличие признаков микробной жизни на планете.
Орбитальные аппараты дали дополнительные данные, подтверждающие то, что когда-то на Марсе существовала вода – большие наводнения образовали глубокие каньоны, протяженностью в тысячи километров. Кроме того, участки разветвленных потоков в южном полушарии позволяют предположить, что здесь когда-то выпадали осадки.
Возобновление полетов
Четвертая планета от солнца не исследовался вплоть до 1990-х годов, когда НАСА отправило миссию Mars Pathfinder, состоявшую из космического корабля, который приземлил станцию с перемещающимся зондом «Соджорнер». Аппарат высадился на Марс 4 июля 1987 г. и стал доказательством состоятельности технологий, которые будут использованы в дальнейших экспедициях, таких как посадка с использованием воздушных подушек и система автоматического обхода препятствий.
Следующая миссия на Марс - картографический спутник MGS, он достиг планеты 12 сентября 1997 г. и начал работу в марте 1999 г. В течение одного полного марсианского года с малой высоты почти на полярной орбите он изучил всю поверхность и атмосферу и отправил больше данных о планете, чем все предыдущие миссии, вместе взятые.
5 ноября 2006 г. MGS потерял связь с Землей, и усилия НАСА по ее восстановлению были прекращены 28 января 2007 г.
В 2001 г. выяснить, что такое Марс, был отправлен Mars Odyssey Orbiter. Его цель заключалась в поиске доказательств существования воды и вулканической активности на планете с использованием спектрометров и тепловизоров. В 2002 г. было объявлено, что зонд обнаружил большое количество водорода – свидетельство существования огромных залежей льда в верхних трех метрах почвы в пределах 60° от южного полюса.
2 июня 2003 г. Европейское космическое агентство (ЕКА) запустило «Марс Экспресс» – космический аппарат, состоящий из спутника и спускаемого зонда «Бигл-2». Он вышел на орбиту 25 декабря 2003 г., а зонд вошел в атмосферу планеты в тот же день. Перед тем как ЕКА потерял контакт со спускаемым аппаратом, Mars Express Orbiter подтвердил наличие льда и диоксида углерода на южном полюсе.
В 2003 году НАСА приступило к исследованию планеты по программе MER. В ней использовались два марсохода «Спирит» и «Опортьюнити». Миссия на Марс имела задачу исследовать различные породы и почвы с целью обнаружения свидетельств присутствия здесь воды.
12.08.05 был запущен Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), который достиг орбиты планеты 10.03.06. На борту аппарата находятся научные приборы, предназначенные для обнаружения воды, льда и минералов на поверхности и под ней. Кроме того, MRO обеспечит поддержку предстоящим поколениям космических зондов: ежедневно отслеживается погода на Марсе и состояние его поверхности, производится поиск будущих мест посадки и тестирование новой телекоммуникационной системы, которая ускорит связь с Землей.
6 августа 2012 г. в кратере Гейла приземлились Марсианская научная лаборатория НАСА MSL и марсоход «Кьюриосити». С их помощью было сделано множество открытий, касающихся местных атмосферных и поверхностных условий, а также были обнаружены органические частицы.
18 ноября 2013 года в очередной попытке узнать, что такое Марс, был запущен спутник MAVEN, целью которого является изучение атмосферы и ретрансляция сигналов роботизированных марсоходов.
Исследования продолжаются
Четвертая планета от Солнца – наиболее изученная в Солнечной системе после Земли. В настоящее время на ее поверхности работают станции «Оппортьюнити» и «Кьюриосити», а на орбите функционируют 5 космических аппаратов – Mars Odyssey, Mars Express, MRO, MOM и Maven.
Этим зондам удалось передать невероятно детальные изображения Красной планеты. Они помогли обнаружить, что когда-то там была вода, и подтвердили, что Марс и Земля очень похожи – у них есть полярные шапки, смена времен года, атмосфера и наличие воды. Они также показали, что органическая жизнь может существовать сегодня и, скорее всего, была раньше.
Одержимость человечества в том, чтобы узнать, что такое Марс, не ослабевает, и наши усилия по изучению его поверхности и разгадке его истории далеки от завершения. В ближайшие десятилетия, мы, вероятно, продолжим отправлять туда марсоходы и впервые пошлем туда человека. И со временем, учитывая наличие необходимых ресурсов, четвертая планета от Солнца когда-нибудь станет пригодной для проживания.
