Марс и Венера подобны Земле, поэтому ученые не теряют надежды найти жизнь на соседних планетах. Для Марса это более вероятно. Марсоходу «Кьюриосити» удалось выяснить наверняка, что когда-то там текли реки, а это значит, что была и атмосфера. Возможно, жизнь на Марсе существовала задолго до земной или будет возможна после терраформирования (изменения климатических условий). Для этого необходимо наличие магнитного поля у Марса.
Размеры, масса и орбиты планет
Красная планета существенно меньше Земли по размеру. По подсчетам ученых и данным, которые удалось получить в процессе многочисленных исследований, в Земле поместилось бы до шести объектов такого же объема, как Марс. Радиус четвертой планеты от Солнца по экватору составляет 0,53 земного, а поверхностная плотность — 37,6 %.
Орбитальные пути планет кардинально отличаются, зато сидерический оборот сходный. Это означает, что год на Марсе длится почти 687 дней, а сутки — 24 часа 40 минут. Осевой наклон практически одинаковый — 25 градуса у Марса, у Земли на два градуса меньше. Такая схожесть означает, что от красной планеты можно ожидать сезонности.
Структура и состав Земли и Марса
Представители планет земного типа (Венера, Земля и Марс) похожи по структуре. Это металлическое ядро с мантией и корой, но плотность Земли выше, чем Марса. То есть красная планета состоит из более легких элементов. У Земли есть каменное ядро, покрытое сверху жидким, а также силикатная мантия и твердая поверхностная кора. Что касается Марса, ученые еще не до конца уверены в отношении строения его ядра. Известно, что марсианское ядро состоит из железа и никеля, на 16-17 % — из серы. Мантия Марса составляет всего 1300-1800 км (для сравнения: толщина земной мантии — 2890 км), а кора охватывает 50-125 км (у Земли — 40 км). Мантия и кора Земли и Марса практически одинаковы по структуре, но отличаются по толщине.
Поверхностные особенности
Около 70 % поверхности Земли покрыто водами Мирового океана. По одной из версий, жидкая вода была в составе газопылевого облака, из которого образовалась Земля. По другой, она появилась в результате интенсивной астероидной и кометной бомбардировки, которой подверглась молодая планета. Некоторые ученые придерживаются мнения, что вода высвободилась из гидратированных минералов в процессе формирования Земли. Есть и другие гипотезы, и, возможно, что все они в той или иной степени верны.
На Марсе тоже когда-то была вода в жидком виде, что является необходимым условием развития жизни. Но сейчас это холодная и пустынная планета, на которой много оксида железа, который придает поверхности Марса красный оттенок. Вода имеется в виде льда на полюсах. Небольшое ее количество аккумулируется под поверхностью.
Марс и Земля сходны по ландшафту. На планетах встречаются горы и вулканы, каньоны и равнины, ущелья, хребты, плато. Наибольшая гора на Марсе называется Олимпом, а самая глубокая пропасть — это Долина Маринер. Обе планеты в процессе формирования подвергались метеоритным и астероидным атакам, но на Марсе следы сохранились куда лучше из-за отсутствия осадков и давления воздуха. Возраст отдельных насчитывает миллиарды лет. На Земле такие формирования постепенно разрушились.
Состав атмосферы и температура
Земля имеет плотную атмосферу, разделенную на пять слоев. У Марса атмосфера очень тонкая и высокое давление. Земная атмосфера состоит в основном из азота (78 %) и на 21 % из кислорода (оставшийся 1 % составляют другие вещества в газообразном состоянии), а на красной планете состав представлен преимущественно углекислым газом (96 %), азотом и аргоном (почти по 2 %, оставшийся 1 % — другие газы).
Это оказало влияние на температуру. Средняя земная температура составляет +14 градусов по Цельсию, максимум — 70,7 градуса, минимум — -89,2 градуса. На Марсе намного холоднее. Средняя температура опускается до -46 градусов по Цельсию, минимальная достигает -143 градуса, а максимум планета прогревается до 35 градусов. Кроме того, в атмосфере красной планеты содержится очень много пыли.
Есть ли у Марса магнитное поле
Магнитное поле исходит от ядра планеты и создает защитную область, которая отклоняет от первоначальной траектории электрические заряды. Все заряды с Солнца или другого объекта не грозят планете, на которой есть такое защитное поле. Земля магнитное поле имеет, но есть ли у Марса такая защита? В этом отношении планета отличается от Земли.
Какое магнитное поле на Марсе? Когда-то глобальная защитная оболочка вокруг планеты существовала, но со временем исчезла по ряду причин. Сейчас магнитное поле на Марсе есть, оно обширное, но не захватывает всю поверхность планеты. Есть локализованные районы, где поле проявляется сильнее. Радиус магнитного поля Марса в некоторых местах составляет 0,2-0,4 Гаусса, что приблизительно равно земным показателям.
Такие особенности сегодня пытаются объяснить ученые. Удалось выяснить, например, что магнитное поле Марса и строение планеты взаимосвязаны. Поле слабое из-за ядра. Марсианское ядро неподвижно относительно коры, что ослабляет действие того самого защитного поля.
Сравнение магнитосфер
Магнитное поле Земли и Марса не позволяет пробиваться к поверхности ионизированным частицам солнечного ветра и другим космическим частицам. Поле в буквальном смысле защищает жизнь на Земле. Наличие поля объясняется вращением металлического ядра в жидкой наружной части. К формированию магнитного поля приводит постоянное движение электрических зарядов.
В последнее время считается, что магнитные силы существенно изменяются или способствуют утечке кислорода из атмосферы. Это может быть действительно так, потому что магнитные полюса могут со временем меняться местами, они непостоянны. За 160 миллионов лет полюса менялись около 100 раз. Последний раз это случилось около 720 тысяч лет назад, а когда случится в следующий раз — неизвестно.
Магнитное поле Марса в сравнении с земным недостаточное для обеспечения жизни. Но потенциально обитаемая планета должна хотя бы иметь металлическое ядро. Это создаст предпосылки для формирования магнитного поля. Что касается Марса, магнитное поле имеется (хоть и «в остатке»), есть и металлическое ядро. Это означает, что в теории жизнь на планете либо существовала ранее, либо возможна при условии некоторых изменений.
Теории исчезновения поля
Почему на Марсе нет магнитного поля? Какая катастрофа «прорвала» защитную оболочку или что заставило металлическое ядро планеты замереть? Можно ли как-то восстановить поле? В настоящее время ученые рассматривают две основные теории исчезновения магнитного поля Марса.
Согласно первой теории, планета когда-то имела стабильное магнитное поле (как на Земле), но оно было «пробито» столкновением с каким-либо объектом больших размеров. Это столкновение остановило ядро планеты, поле начало ослабевать, а потом и вовсе утратило масштаб. И сегодня одни участки планеты остаются более защищенными, чем другими.
Вторая теория совершенно противоречит первой. Марс мог начать свое существование без магнитного поля. После зарождения планеты железное ядро в центре долгое время оставалось неподвижными и не создавало магнитных импульсов. Но когда-то сильнейшее магнитное поле газового гиганта Солнечной системы Юпитера, способное отталкивать не только мелкие астероиды, но и огромные объекты, оттолкнуло какое-то косметическое тело и направило его на Марс.
В результате воздействия приливной силы за несколько десятков тысяч лет на Марсе появились конвективные потоки, которые заставили ядро планеты двигаться и спровоцировали формирование магнитного поля. По мере приближения космического тела к Марсу поле усиливалось, но спустя несколько миллионов лет тело разрушилось, так что и магнитное поле постепенно начало исчезать. Именно это сейчас и наблюдается исследователями.
Зачем NASA хочет создать искусственное поле
Ест ли у Марса магнитное поле, которое позволит колонизировать планету? Уже сейчас понятно, что такой защитной силы нет, но ученые продолжают исследования. Недавно появилась информация о том, что в NASA хотят создать искусственное магнитное поле на Марсе, чтобы атмосфера планеты стала плотнее. Это должно значительно упростить будущее изучение красной планеты и возможную колонизацию.
Как создать магнитное поле на Марсе? Авторы доклада, представленного на планетологической конференции, предложили развернуть модуль в такой точке между Марсом и Солнцем, где космический аппарат может оставаться практически неограниченно долго без использования двигателей. На модуле включат специальные магниты, способные создать поле в 1-2 тесла. Примерно такие же магниты устанавливали на Большом адронном коллайдере.
Поле образует «хвост», который закроет всю планету. Это поле будет очень слабым, но в теории и этого окажется достаточно. Согласно NASA, после этого атмосфера планеты начнет утолщаться. По достижению плотности, равной земной, средняя температура на Марсе поднимется до +4 градусов по Цельсию, а снежные шапки на полюсах растают. Воды в них достаточно, чтобы появились моря умеренных размеров.
Стоимость разработки и обслуживание космического модуля на Марсе и то, откуда он будет брать энергию, авторы доклада обходя стороной. По соотношению стоимости и эффективности метод не сравнивается с другими проектами. Например, была идея вырабатывать на Марсе элегаз. Даже небольшой концентрации этого газа достаточно, чтобы создать парниковый эффект и защитить поверхность планеты от агрессивных ультрафиолетовых лучей.
Ни одна из концепций NASA на сегодняшний день не доказана в полной мере. Это только предположения, основанные на том, что источником атмосферных потерь Марса был именно солнечный ветер. Но причины потери азота вряд ли связаны с одним только ветром, поэтому ученые пока не спешат внедрять проекты, а продолжают исследования.
Из истории исследования Марса
Первые наблюдения планеты проводились еще до изобретения телескопа. Существование Марса было зафиксировано в 1534 году до нашей эры древнеегипетскими астрономами. Они же рассчитали траекторию движения планеты. В вавилонской теории положение Марса на ночном небе было уточнено, были впервые получены временные измерения планетарного движения.
Карту поверхности Марса первым составил голландский астроном Х. Гюйгенс. Несколько рисунков, на которых было отображены темные области, он сделал в 1659 году. Существование ледяной шапки на полюсах предположил итальянский астроном Дж. Кассини в 1666 году. Он же вычислил период вращения планеты вокруг своей оси — 24 часа 40 минут. Он правильного значения этот результат отличается менее чем на три минуты.
С шестидесятых годов прошлого столетия к Марсу были направлены несколько АМС. С помощью орбитальных и наземных телескопов продолжалось дистанционное зондирование планеты с Земли для определения состава поверхности, исследования состава атмосферы и измерения скорости света.
Магнитное поле Марса, которое в пятьсот раз слабее земного, было зафиксировано станциями «Марс-2» и «Марс-3» в советское время. Космические аппараты «Марс-2» и «3» были запущены в 1971 году. Главная техническая задача не была решена, но научные исследования все равно оказались передовыми для своего времени.
Американцы запускали к Марсу «Маринер-4» в 1964 году. Космический аппарат сделал снимки поверхности и исследовал состав атмосферы. Первым искусственным спутником планеты стал «Маринер-9», запущенный в 1971 году. Поиск жизни в пробах грунта проводился в 1975 году двумя идентичными космическими аппаратами в рамках программы «Викинг». В дальнейшем для систематического исследования планеты использовались возможности телескопа «Хаббл».
Существование жизни на Марсе
Работу магнитного поля планеты ученые изучают и в том отношении, что это может указывать на существование жизни на Марсе. Многочисленные наблюдения породили вокруг этой темы настоящую «марсианскую лихорадку» еще в конце девятнадцатого века. Тогда Никола Тесла наблюдал какой-то неопознанный сигнал при изучении радиопомех в атмосфере.
Он высказал предположение, что это может быть сигнал с других планет, например, с Марса. Сам он не смог расшифровать значение сигналов, но был уверен, что они возникли не случайно. Гипотезу Теслы поддержал британский физик Уильяи Томсон (лорд Кельвин). В 1902 году во время визита в США он сказал, что Тесла действительно поймал сигнал марсиан.
Научные гипотезы по этому вопросу существуют давно. На Марсе был обнаружен метан и органические молекулы. В условиях красной планеты газ быстро разлагается, так что должен существовать источник его появления. Таковым может быть жизнедеятельность бактерий или геологическая активность (учитывая тот факт, что действующие вулканы на Марсе обнаружить не удалось, это не является причиной появления газа).
В настоящее время проблемами для поддержания жизни на Марсе являются отсутствие жидкой воды, магнитосферы, и слишком разреженная атмосфера. Кроме того, планета находится на грани «геологической смерти». Окончание активности вулканов окончательно остановит круговорот химических элементов между внутренней частью планеты и поверхностью.
