Марс

Кадры с орбитального блока "Викинга", переданные в 1976г, были обработаны так, что в результате получилось четкое изображение южного полушария с полярной шапкой.

Изображения Марса, полученные с помощью КТ "Хаббла" 25 февраля 1995г, показывают всю поверхность планеты, удаленной на расстояние 103 млн. км. В 1995г  на Марсе было больше облаков, чем в предыдущие годы. Видны детали размером в 50 км. На изображении района Фарсид правее центра видно полукруглое облако, расположенное над горой Олимп. На центральном изображении слева внизу можно видеть долину Маринера. На правом изображении левее центра лежит плато Большой Сирт. Ближе к востоку (правый край) - облака над вулканами в районе Элизий.

Четвертая от Солнца большая планета. Из-за своего цвета, заметного даже невооруженным глазом, часто называется Красной планетой. Марс - одна из планет земной группы, с диаметром (6788 км) немного больше половины диаметра Земли. Марс движется вокруг Солнца по эллиптической орбите со средним расстоянием от Солнца 228 млн км, период обращения 687 суток, период вращения вокруг оси 24 ч 37 мин 22,58 с (соль – марсианские «сутки»). Плоскость орбиты наклонена к плоскости эклиптики под небольшим углом (1° 51'). Минимальное расстояние от Солнца примерно 207, максимальное — 249 млн. км; из-за этого различия количество поступающей от Солнца энергии варьируется на 20-30%. Поскольку наклон экватора к плоскости орбиты значителен (25,2°), на планете существуют заметные сезонные изменения (смена времен года, как и на Земле). Марс находится на минимальном расстоянии от Земли во время противостояний, происходящих с интервалами в 779,94 земных суток. Однако раз в 15-17 лет происходит так называемое великое противостояние, когда эти две планеты сближаются до примерно 55,3 млн. км (менее 60 млн. км); последнее такое сближение имело место 18 сентября 1988г, а следующее будет 28 августа 2003г. Великие противостояния наблюдаются обычно между 5 июля и 5 октября. Во время великого противостояния Марс выглядит самой яркой звездой на полуночном небе (—2,9 звездной величины), оранжево-красного цвета, вследствие чего его стали считать атрибутом бога войны (отсюда название планеты).

 Состав и внутреннее строение

Химический состав Марса типичен для планет Земной группы, хотя, конечно, существуют и специфические отличия. Здесь также происходило раннее перераспределение вещества под воздействием гравитации, на что указывают сохранившиеся следы первичной магматической деятельности (сейчас имеется слабое магнитное поле, сила которого составляет около 2% от поля Земли  с противоположной земному полярностью и совпадением северных полюсов. Из-за намагниченности пород в некоторых областях локальные магнитные поля выше основного поля). По-видимому, имеющее относительно низкую температуру (около 1300 К) и низкую плотность, ядро Марса богато железом и серой (т.е. жидкое и электропроводимое) и невелико по размерам (его радиус порядка 800-1000 км), а масса — около одной десятой всей массы планеты. Формирование ядра, согласно современным теоретическим оценкам, продолжалось около миллиарда лет и совпало с периодом раннего вулканизма. Еще такой же по длительности период заняло частичное плавление мантийных силикатов, сопровождавшееся интенсивными вулканическими и тектоническими явлениями. Около 3 млрд. лет назад завершился и этот период, и хотя еще по крайней мере в течение миллиарда лет продолжались глобальные тектонические процессы (в частности, возникали огромные вулканы), уже началось постепенное охлаждение планеты, продолжающееся и поныне. На Марсе зарегистрированы марсотрясения.

Мантия Марса обогащена сернистым железом, заметные количества которого обнаружены и в исследованных поверхностных породах, тогда как содержание металлического железа заметно меньше, чем на других планетах Земной группы. Толщина литосферы Марса — несколько сотен км, включая примерно 100 км ее коры.

Кора богата оливином и железистыми окислами, которые и придают планете ржавый цвет. Химический состав поверхностного слоя: кремния 21%, железа 12,7%, серы 3,1%.

Поверхность.

Марс с расстояния 31000 км. "Викинга-1" сделал 15 черно-белых фотографий 22 июня через три цветных фильтра - фиолетовый, зеленый и красный, из которых и была составлена цветная мозаика части так называемого "Большого каньона Марса". На изображении экватор проходит через верхний левый угол. Север находится вверху слева. Видимая на изображении площадь имеет размеры примерно 1800 x 2000 км.	Первая цветная фотография марсианской поверхности, полученная "Викингом-1" после его посадки в районе равнины Хриса 20 июля 1976г.

Экваториальный радиус планеты равен 3394 км, полярный — 3376,4 км. Уровень поверхности в южном полушарии в среднем на 3-4 км выше, чем в северном. Участки поверхности Марса, покрытые кратерами, похожи на лунный материк. Если мысленно разделить планету пополам большим кругом, наклоненным на 35° к экватору, то между двумя половинами Марса имеется заметное различие в характере поверхности. Южная часть имеет в основном древнюю поверхность, сильно изрытую кратерами. В этом полушарии расположены главные ударные впадины - равнины Эллада, Аргир и Исиды. На севере доминирует более молодая и менее богатая кратерами поверхность. Значительная часть поверхности Марса представляет собой более светлые участки («материки»), которые имеют красновато-оранжевую окраску; 25% поверхности — более темные «моря» серо-зеленого цвета, уровень которых ниже, чем «материков». Перепады высот весьма значительны и составляют в экваториальной области примерно 14-16 км, но имеются и вершины, вздымающиеся значительно выше.  Самые высокие области - большие вулканические купола гор Фарсида и равнины Элизий. Над обеими областями доминируют несколько огромных потухших вулканов, самым большим из которых является Арсия (27 км) и Олимп (26 км) в возвышенной области Тараис в северном полушарии. Это самые высокие вулканы в Солнечной системе – щитовые. Для сравнения щитовые вулканы Гавайских островов на Земле возвышаются над морским дном всего на 9 км. Щитовые вулканы растут в высоту постепенно, в результате повторных извержений из одного и того же жерла. Хотя в настоящее время эти вулканы, по-видимому, уже не являются действующими, они, вероятно, образовались раньше и были активными намного дольше, чем любые вулканы на Земле. При этом горячие вулканические точки на Земле с течением времени изменяли свое местоположение из-за постепенного движения континентальных плит, так что для "построения" очень высокого вулкана в каждом отдельном случае времени не хватало. Кроме того, низкое тяготение позволяет изверженному веществу образовывать на Марсе намного более высокие структуры, которые не обрушиваются под собственной тяжестью.

На фотографии, сделанной с орбитального блока "Викинга" ранним летним утром, виден рассеянный туман и конвективные облака, окружающие вулкан Олимп.	На переднем плане слева - сфотографированные "Маринером-9" потоки лавы на склонах вулкана Олимп. Этот район на карте справа выделен квадратиком.

  Наблюдения Марса со спутников обнаруживают отчетливые следы вулканизма и тектонической деятельности — разломы, ущелья с ветвящимися каньонами, некоторые из них имеют сотни километров в длину, десятки — в ширину и несколько километров в глубину. Эти вулканические области расположены на восточном и западном концах огромной системы каньонов - долины Маринер, которая простирается на 5000 км вдоль экваториальной области и при ширине до 120км имеет среднюю глубину 4-5 км. Полагают, что она возникла в результате разлома, связанного с надвигом купола Фарсида. Ударные кратеры на Марсе мельче, чем на Луне и Меркурии, но глубже, чем на Венере. Однако вулканические кратеры достигают огромных размеров. Крупнейшие из них — Арсия, Акреус, Павонис и Олимп — достигают 500-600 км в основании. Диаметр кратера у Арсии — 100, а у Олимпа — 60 км (для сравнения — у величайшего на Земле вулкана Мауна-Лоа на Гавайских островах диаметр кратера 6,5 км). Исследователи пришли к выводу, что вулканы были действующими еще сравнительно недавно, а именно: несколько сотен миллионов лет назад.

Прямолинейные марсианские русла в Земле Сирен, полученные "Маринером-9".	Часть каньона в долине Маринера (фото с орбитального блока "Викинга-1". Огромная рифтовая долина простирается более, чем на 5000 км в экваториальной области Марса.

Имеются свидетельства (сохранившиеся русла потоков - длинные ветвящиеся системы долин протяженностью в сотни километров, весьма похожие на высохшие русла земных рек, причем перепады высот отвечают направлению течений), что на поверхности Марса в свое время существовала жидкая вода. Кажется, что эти русла, идущие от долины Маринер, возникли в ходе какого-то внезапного наводнения. Кроме того, в сильно изрытых кратерами областях найдены извилистые следы высохших рек со многими притоками. Некоторые особенности рельефа явно напоминают выглаженные ледниками участки. Судя по хорошей сохранности этих форм, не успевших ни разрушиться, ни покрыться последующими наслоениями, они имеют относительно недавнее происхождение (в пределах последнего миллиарда лет). Где же теперь марсианская вода? Есть все основания полагать, что воды на Марсе немало. Высказываются предположения, что вода существует и сейчас в виде мерзлоты. При весьма низких температурах на поверхности Марса (в среднем ок. 220 К в средних широтах и лишь150 К в полярных областях) на любой открытой поверхности воды быстро образуется толстая корка льда, которая, к тому же, через короткое время заносится пылью и песком. Летом температура на экваторе чуть выше 0^оС, а на большей части поверхности средняя – 23^оС. Не исключено, что благодаря низкой теплопроводимости льда под его толщей местами может оставаться и жидкая вода и, в частности, подледные потоки воды продолжают и теперь углублять русла некоторых рек.

Обледенелые области вокруг Северного полюса Марса характерны для середины лета, когда сезонная полярная шапка из углекислоты открывает находящиеся под ней водяной лед и почву. По трем черно-белым фото, сделанные с орбитального блока "Викинг-2"с 2200км  через красный, зеленый и синий фильтры получено данное изображение участка поверхности размером примерно 60 x 30 км. Граница между льдом и поверхностью планеты в верхней части изображения представляет собой обрыв высотой до 500 м. Его ступеньки имеют высоту порядка 50 м. Регулярность расположения слоев позволяет предположить их связь с периодическими изменениями орбиты Марса. Возможно, что изменения орбиты Марса влияют на частоту и силу глобальных пыльных бурь, и, следовательно, на количество вещества, формирующего осадочные слои планеты. Разнообразие арочных форм говорит о сложности эрозионных процессов в северном полярном регионе. Здесь, как и в других местах вокруг северной полярной шапки, имеются дюноподобные образования; кроме того, часто встречаются темные области с неровной структурой. Породы, формирующие дюны, могли образоваться из эродированных почвенных слоев, но  не понятна разница в яркости, наблюдаемая  между отдельными слоями дюн. Лед, максимальная толщина которого неизвестна, местами тонким слоем покрывает обрыв. Кое-где породы на откосе светлее из-за покрывающего их инея. Наблюдения нескольких последних лет показало, что полярные шапки уменьшаются, что может привести вообще к их исчезновению в будущем.

На фотографии, полученной "Викингом-1" в месте его посадки в районе равнины Хриса, видны дюны и неровные каменные глыбы, а внизу дюны в апреля 2001г в области Амазония в период пылевой бури и после (фото "Mars Global Surveyor").

  Телескопические исследования Марса обнаружили такие особенности, как сезонные изменения его поверхности. Это прежде всего относится к «белым полярным шапкам», которые с наступлением осени начинают увеличиваться (в соответствующем полушарии), а весной довольно заметно «таять», причем от полюсов распространяются «волны потепления». Высказывалось предположение, что эти волны связаны с распространением растительности по поверхности Марса, однако более поздние данные заставили отказаться от этой гипотезы, так как они связаны с переносами песка и пыли. Южном полушарии Марса заметно суше, чем в северном.
   Объяснение довольно простое: оказывается, южный полюс почти на 6,5 км выше северного, и такой рельеф изменяет циркуляцию атмосферы в этой части планеты. Каждое лето происходит таяние полярных шапок Марса. Влажный углекислый газ, из которого в основном состоит атмосфера Марса, с южного полюса как с горки скатывается к экватору, и оттуда направляется в сторону северного полюса, и там добавляется к тому водяному пару и углекислому газу, который есть над северной полярной шапкой. В результате получается, что полярная шапка на северном полюсе по размерам гораздо больше, чем на южном. Такая картина была получена при компьютерном моделировании атмосферных потоков на Марсе с учетом более высокого положения южного полюса. Если же в предложенную модель, подставить одинаковые высоты для полюсов, то климат в обоих полушариях получается одинаковым. 

     Сейчас поверхность Марса представляется безводной и безжизненной пустыней, над которой свирепствуют бури, вздымающие песок и пыль на высоту до десятков километров. Во время этих бурь скорость ветра достигает сотни метров в секунду. Однако последние исследования Марса КА "Mars Global Surveyor" и "Mars Odyssey" (приступил к работе на орбите вокруг Марса с октября 2001г) доказывают, что под поверхностным слоем на глубине не более 5м находится огромное количество льда, а возможно и в жидком состоянии. Если его растопить, то по мнению специалистов эта вода покроет Марс 500 метровым слоем.

  Некоторые крупные области поверхности Марса.

гора Олимп (Olympus Mons) - Самый высокий пик на Марсе и самый большой вулкан Солнечной системы. Возвышается на 27 км выше опорного уровня (определенного по измерениям атмосферного давления). Этот гигантский щитовой вулкан, имеющий в поперечнике около 700 км, подобен вулканам на Земле, но его объем по крайней мере в пятьдесят раз превышает самый близкий земной эквивалент. Кальдера имеет диаметр около 90 км, причем гора окружена откосом высотой по крайней мере 4 км. Более старые вулканические породы, сглаженные и разрушенные ветром, окружают главный пик, образуя область ореала. Гора Олимп расположена в северо-западной части гор Фарсида и ранее называлась "Олимпийские снега", поскольку облака, постоянно клубящиеся над этой областью, для земных наблюдателей выглядели как светлое пятно.

плато Солнца (Solis Planum) - Древняя вулканическая равнина на Марсе, лежащая к югу от долины Маринер. При визуальном наблюдении внутри этой области видно изменяющееся темное пятно ("озеро"), благодаря чему вся структура получила популярное название "Марсианский глаз".

равнина Амазония (Amazonis Planitia)- Слабоокрашенная равнина в северной экваториальной области Марса. Довольно молода, породы имеют возраст 10-100 млн. лет. Часть этих пород представляют собой застывшую вулканическую лаву. Как таковых вулканов в виде гор с кратерами в центре здесь нет, а лава изливалась из трещин марсианской коры. Особенно интересно то, что были найдены следы обширных разливов лавы, которые происходили неоднократно, и лава текла по той же системе протоков, что и вода (или лед). На основании исследований этих многослойных структур, образовавшихся в результате повторяющихся извержений, можно сделать вывод о том, что, вполне возможно, вулканические процессы идут на Марсе и сейчас, и относительно скоро (через несколько десятков миллионов лет) по поверхности Марса может снова потечь лава.

Земля Аравия -  после измерений, проведённых "Mars Global Surveyor", стало известно, что она  находится километром ниже окрестных плоскогорий.  Учёные полагают, что это свидетельствует о том, что регион подвергался эрозии. Эрозия могла быть вызвана разными причинами: вулканической деятельностью, ледниками, ветром. Однако, по мнению учёных, огромные размеры области, подвергшейся её воздействию, свидетельствуют, что эрозия на Земле Аравия была вызвана текущей водой. Подтверждение этому, возможно, будет получено через три года. Весьма вероятно, что именно Земля Аравия станет одной из точек, в которой в 2004 году совершит посадку аппарат "Mars Rover".

равнина Аргир (Argyre Planitia) - Круглая ударная впадина (900 км в диаметре), расположенная в южном полушарии Марса.

равнина Аркадия (Arcadia Planitia) - Равнина в северном полушарии Марса.

равнина Утопия (Utopia Planitia) - Обширная равнина с небольшим количеством кратеров в северном полушарии Марса. Место посадки АМС "Викинг-2". Панорамные изображения, переданные на Землю спускаемым аппаратом "Викинга", показали поверхность усеянную множеством валунов, сложенных из текстурированных пород.

равнина Хриса (Chryse Planitia) - Круглое плато, почти наверняка ударный бассейн, в северной экваториальной области Марса. Место посадки зонда "Викинг-1".

равнина Элизий (Elysium Planitia) - Большая вулканическая равнина более 5000 км в поперечнике.

равнина Эллада (Hellas Planitia) - Ударная впадина почти круглой формы диаметром 1800 км на поверхности Марса. Равнина Эллада, выделяющаяся светлым цветом, уже давно нанесена на карты Марса. Раньше ее называли просто "Эллада".

Атмосфера.

Розовые облачные образования движутся над поверхностью Марса с северо-востока со скоростью 6,7 м/сек на высоте около 16 км. Облака состоят из замерзшей воды, которая сконденсировалась на красноватых пылевых частицах, плавающих в атмосфере планеты. Фотография сделана с "Пэсфайндера" примерно за 40 мин до восхода Солнца.

Разреженная марсианская атмосфера содержит 95,3% углекислоты, 2,7% молекулярного азота и 1,6% аргона,  СО(0,06%), Н₂О (до 0,1% и существенно меняется в зависимости от сезона).  Кислород присутствует только в виде следов. Атмосферное давление у поверхности составляет 0,7% (5-7 гПа) давления у поверхности Земли. Однако сильные атмосферные ветры вызывают обширные пылевые бури, которые иногда охватывают всю планету, поднимая пыль на высоту до 20км.
На Марсе наблюдаются разнообразные формы облаков и тумана. Рано утром туман сгущается в долинах, а по мере того, как ветры поднимают охлаждающиеся воздушные массы на возвышенные плато, облака появляются и над высокими горами Фарсида. Зимой северная полярная шапка окутывается завесой ледяного тумана и пыли, называемой полярным капюшоном. Подобное явление в несколько меньшей степени наблюдается и на юге.
Полярные области покрыты тонким слоем льда, который, как полагают, является смесью водяного льда и твердой углекислоты. Изображения с высокой степенью разрешения показывают спиральные образования и страты нанесенного ветром вещества. Северная полярная область окружена рядами дюн. Полярные ледяные шапки увеличиваются и убывают в соответствии со сменой времен года. Марсианский год примерно вдвое длиннее земного, так что времена года также более длинные. Однако из-за относительно высокого эксцентриситета орбиты Марса они имеют неравную продолжительность: лето в южном полушарии (которое наступает, когда Марс находится около перигелия) короче и жарче лета на севере.

  Имеется слабый озоновый слой на высоте 36-40км и толщиной в 7км в 250раз более слабый земного.

  Марс имеет два маленьких естественных спутника - Фобос и Деймос, которые находятся близко к планете на почти круговых орбитах, лежащих в экваториальной плоскости. Увидеть их с Земли очень трудно. Они настолько отличны от Марса, что, вполне вероятно, представляют собой захваченные астероиды.

Если исследователи NASA правы, то этот метеорит массой 1,9 кг содержит доказательства того, что на Марсе миллиарды лет назад существовала примитивная жизнь. Метеорит ALH 84001, обнаруженный в Антарктиде в 1984г, как полагают, образовался из марсианских пород всего около 16 млн. лет назад при ударе о поверхность Марса большого метеорного тела.	Это изображение было сделано в конце дня. Марсоход "Соджорнер"находится на вершине дюны Мэрмейд, темный цвет которой отличается от светлой окружающей поверхности. Темнокрасные следы тянутся с первого плана к колесам марсохода.

Марс долго рассматривался как единственная (кроме Земли) планета, на которой вероятно существование жизни, что подкреплялось наблюдением полярных ледяных шапок и сезонных изменений. Надежда людей обрести «братьев по разуму» воспряла с новой силой после того, как А. Секки в 1859г и, особенно, Д. Скипарелли в 1887г (год великого противостояния) выдвинули сенсационную гипотезу, что Марс покрыт сетью рукотворных каналов, периодически наполняющихся водой. Персиваль Лоуэлл и другие убедили сами себя в том, что они видят систему прямых русел - каналов, которые могли бы иметь искусственное происхождение. Исследование планеты автоматическими межпланетными станциями фактически положило конец гипотезам о возможности существования в настоящее время жизни на Марсе. Однако изучение метеоритов, имеющих, по всей видимости, марсианское происхождение, вновь породило спекуляции, что по крайней мере в отдаленном прошлом, когда климат был более влажным и теплым, на Марсе могла существовать микроскопическая жизнь. Некоторые из найденный в метеоритах минералов носят признаки длительного взаимодействия с водой, что может служить косвенным подтверждением того, что когда-то на Марсе существовали океаны. Поверхность марсианских камней покрыта черной окалиной, а внутри они темно-зеленые. Возраст метеоритов, по мнению ученых, не меньше 8,7 млн лет.
          Самый крупный из найденных учеными метеоритов марсианского происхождения весит около 18 кг. Он был обнаружен в 1962 году в Нигерии.

      Полезная информация была передана на Землю советскими АМС "Марсом-2" и -3 в 1971г, а также "Марсом-5" в 1974г.  В число успешных американских космических проектов по изучению Марса, входят "Маринер-4" в 1965 г., "Маринер-6" и -7" в 1969г, "Маринер-9" в 1971г, а также "Викинг-1" и "Викинг-2" в 1976г. После отказа в 1993г АМС "Марс Обсервер" (запуск 1992г) США запустили "Марс Глобал Сервейор"(запуск 7 ноября 1996г) и "Марс Пэсфайндер" (запуск 4 декабря 1996г). "Mars Global Surveyor" и "Mars Odyssey" (приступил к работе на орбите вокруг Марса с октября 2001г) предоставили огромную информацию о Марсе и работают сейчас. Летом 2003г  планируется запуск российского КА “Mars Express” с космодрома Байконур. На орбитальном аппарате будет установлена научная аппаратура, предназначенная для дистанционного зондирования атмосферы Марса, его поверхности и приповерхностного слоя глубиной до 5 км. Предполагается, что “Mars Express” будет искать на Марсе воду и признаки жизни. Для спускаемого аппарата “Beagle-2” поиск доказательств существования жизни на Марсе (существующей или погибшей) будет основной задачей. “Mars Express” должен прибыть к Марсу в декабре 2003 года, от него отделится спускаемый зонд “Beagle-2”, а орбитальный аппарат перейдет на почти полярную орбиту, с которой будет наблюдать поверхность планеты в течение марсианского года (687 земных дней). “Beagle-2” в это время будет исследовать область, называемую Isidis Planitia, которая находится немного севернее марсианского экватора, где проходит граница между древними южными горами с множеством кратеров и более молодой северной ровной долиной. Миссия “Beagle-2” рассчитана на полгода. Высадка человека на Марс может произойти в скором будущем.

Характеристики планеты Марс

^aОтношение массы Солнца к массе планеты (включая атмосферу и массу спутников).
^bБез учета массы спутников.
^cСжатие равно (Re-Rp)/Re, где Re и Rp - экваториальный и полярный радиусы планет (соответственно).

Спутники Марса

Фобос - спутник Марса.	Крупный план Деймоса, спутника Марса.

Фобос (Страх). Внутренний из двух небольших спутников Марса. Делает оборот вокруг Марса за 7 ч 39 мин, то есть обгоняет планету в ее суточном вращении. Изображения, полученные АМС "Викинг" в 1977г, показывают, что Фобос имеет эллипсоидальную форму и покрыт кратерами. Диаметр самого большого из них - кратера Стикни (имя жены А.Холла) - равен 10 км, что составляет больше трети размера спутника. Борозды, отходящие от Стикни, кажутся трещинами, вызванными ударным воздействием при образовании кратера. Спутник, постепенно приближаясь к планете, приблизительно через 100 млн лет окажется в зоне Роша и будет разорван приливными силами.

Деймос (Ужас). Деймос, грубо говоря, имеет форму эллипсоида с размерами 15x12x11км и облетает Марс по орбите за 30 ч 17 мин. Крупный план Деймоса по фото 15 октября 1977г орбитального блока "Викинг-2" с расстояния 30 км c разрешением около 3 м показало, что по поверхности спутника разбросаны глыбы размером от 10 до 30 м. Считается, что Деймос, как и  Фобос, представляет собой астероид, захваченный планетой. Они оба имеют очень темную поверхность, отражая всего несколько процентов падающего на них света. Эти спутники подобны астероидам (углеродистой хондровой структуры), которые обычно находят во внешней части пояса астероидов и в группе троянцев - астероидов, связанных с Юпитером. Оба спутника вcегда обращены к Марсу одной и той же стороной.