Схема взаимодействия поля и Солнечного ветра
На планете Марс не существует планетарного магнитного поля. Планета имеет магнитные полюса, которые являются остатками древнего планетарного поля. Так как магнитное поле Марса фактически отсутствует, то он постоянно подвергается бомбардировке солнечным излучением, а также воздействием солнечного ветра, что делает его бесплодным миром, который мы и видим сегодня.
Большинство планет, создают магнитное поле с помощью динамо-эффекта. Металлы в ядре планеты расплавлены и постоянно движутся. Движущиеся металлы создают электрический ток, который в конечном итоге проявляется в виде магнитного поля.
Общие сведения
На Марсе есть магнитное поле, которое представляет собой остатки древних магнитных полей. Оно похоже на поля, найденные на дне океанов Земли. Ученые считают, что их присутствие является возможным признаком того, что у Марса была тектоника плит. Но другие данные свидетельствуют о том, что эти движения литосферных плит прекратились около 4 миллиардов лет назад.
Полосы поля достаточно сильны, почти так же, как у Земли, и могут распространяться на сотни километров в атмосферу. Они взаимодействуют с солнечным ветром и создают полярные сияния так же, как и на Земле. Ученые наблюдали более 13 000 этих сияний.
Отсутствие планетарного поля означает что ее поверхность получает в 2,5 раза больше излучения, чем Земля. Если люди собираются исследовать планету, необходим способ оградить человека от вредного воздействия.
Одно из последствий отсутствия, у планеты Марс магнитного поля — невозможность присутствия жидкой воды на поверхности. Марсоходы обнаружили большое количество водяного льда под поверхностью, и ученые считают, что там может быть жидкая вода. Недостаток воды добавляет препятствий, которые инженеры должны преодолеть для того, чтобы изучить, и впоследствии колонизировать, Красную планету.
| · · · · | |
Изображение художника, показывающее зонд “Марс-экспресс”, находящийся на орбите Марса. Авторы и права: ESA.
Исследование Марса идёт всего несколько десятилетий, а учёные уже объявили об открытии на южном полюсе планеты того, что, по их мнению, является озером шириной около 20 километров и глубиной минимум один метр которое находится в полутора километрах под поверхностью нашего соседа.
Ранее учёные получали гораздо более слабые доказательства существования таких водохранилищ, а также убедительные доказательства того, что на планете имеется определённое количество воды. Но новые результаты ещё более интересны.
“Это всегда здорово, когда мы говорим о жидкой воде на современном Марсе”, – сказал Ашвин Васавада (Ashwin Vasavada), научный сотрудник миссии Curiosity. “Это открытие может нести определённые последствия для подтверждения теории обитаемости Марса”.
Ещё рано говорить о том, какими именно будут эти последствия. Учёным всё ещё необходимо подтвердить само открытие и точно понять, какие характеристики имеет вода. Для этого потребуются миссии, которые ещё только предстоит разработать и отправить на Марс.
Новое исследование опирается на более чем три десятилетия теоретизирования учёными предположения о том, что вода может скрываться под полярными шапками Марса, аналогично тому как это происходит на Земле.
Впервые эта идея была предложена Стивом Клиффордом (Steve Clifford), ныне учёным, специализирующимся на поиске воды на Марсе в Планетарном научном институте Аризоны. Он был вдохновлён изучением озер ниже антарктических и гренландских ледяных щитов здесь, на Земле. Эти озёра создаются, когда внутреннее тепло планеты плавит ледники. Он думал, что подобный сценарий может наблюдаться и под ледяными шапками на Марсе, однако до сих пор у исследователей просто не было возможности заглянуть под лёд.
Новое исследование попыталось сделать именно это, используя радиолокационные данные, собранные прибором MARSIS, который использует радиоимпульсы для изучения ионосферы и внутренней структуры планеты. С 2003 года он исследует Марс находясь на борту космического зонда “Марс-экспресс”.
Радиолокационные сигналы изменяются в зависимости от того, какой материал встретился на их пути. И новое исследование показало, что сигналы, полученные инструментом MARSIS над южным полюсом Марса, могут быть объяснены только наличием там большого подземного бассейна с жидкой водой.
“Мы обнаружили воду на Марсе”, – сказал ведущий автор Роберто Орозеи (Roberto Orosei), сотрудник Национального института астрофизики в Италии.
И хотя у команды имеются доказательства существования озера только в одном месте Красной Планеты, они подозревают, что оно не единственное. Антарктида, например, скрывает около 400 таких озёр.
0,01 % Окись азота
Марс - четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размерам планета Солнечной системы . Эта планета названа в честь Марса - древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Иногда Марс называют «Красная планета» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа(III) .
Основные сведения
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 настоящее время (февраль 2009 г.) орбитальная исследовательская группировка на орбите Марса насчитывает три функционирующих космических аппарата : «Mars Odyssey », «Mars Express » и «Mars Reconnaissance Orbiter », и это больше, чем около любой другой планеты, кроме Земли. Поверхность Марса в настоящий момент исследуют два марсохода : Spirit и Opportunity . На поверхности Марса находятся также несколько неактивных посадочных модулей и марсоходов, завершивших свои миссии. Геологические данные, собранные всеми этими миссиями, позволяют предположить, что немалую 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 НАСА «Mars Global Surveyor » , некоторые части южной полярной шапки Марса постепенно отступают .
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 и имеют неправильную форму. Они могут быть захваченными гравитационным полем Марса астероидами, подобными астероиду 5261 Эврика из Троянской группы .
Марс можно увидеть с Земли невооружённым глазом. Его видимая звёздная величина достигает −2,91 m (при максимальном сближении с Землёй), уступая по яркости лишь Юпитеру , Венере , Луне и Солнцу .
Орбитальные характеристики
Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,75 млн. км, максимальное - около 401 млн. км. 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°.
Атмосфера состоит на 95 % из углекислого газа; также в ней содержится 2,7 % азота , 1,6 % аргона , 0,13 % кислорода , 0,1 % водяного пара, 0,07 % угарного газа . Марсианская ионосфера простирается в пределах от 110 до 130 км над поверхностью планеты.
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 .
Климат, как и на Земле, носит сезонный характер. В холодное время года даже вне полярных шапок на поверхности может образовываться светлый иней. Аппарат Phoenix зафиксировал снегопад, однако снежинки испарялись, не достигая поверхности .
По данным исследователей из Центра имени Карла Сагана, в настоящее время на Марсе идёт процесс потепления. Другие специалисты считают, что такие выводы делать пока рано .
Поверхность
Описание основных регионов
Топографическая карта Марса
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 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 . Это в своё время служило доводом в пользу того, 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 поверхность в основном 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) и затем «застыли» в этом положении. Другая гипотеза предполагает столкновение Марса с космическим телом размером с Плутон .
Большое количество кратеров в южном полушарии предполагает, что поверхность здесь древняя - 3-4 млрд . лет. Можно выделить 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 бассейн 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.
В северном полушарии помимо обширных вулканических равнин находятся две области крупных вулканов - Тарсис и Элизий. Тарсис - обширная вулканическая равнина протяжённостью 2000 км, достигающая высоты 10 км над средним уровнем. На ней находятся три крупных щитовых вулкана - Арсия , Павонис (Павлин) и Аскреус . На краю Тарсиса находится высочайшая на Марсе и в Солнечной системе гора Олимп . Олимп достигает 27 км высоты, 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 - Геката, Элизий и Альбор.
Русла «рек» и другие особенности
В месте посадки аппарата в грунте имеется также значительное количество водяного льда .
Геология и внутреннее строение
В отличие от Земли, на Марсе нет движения литосферных плит . В результате вулканы могут существовать гораздо более длительное время и достигать гигантских размеров.
Фобос (сверху) и Деймос (снизу)
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 /см ³. 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.
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 .
Астрономия на Марсе
Данный раздел является переводом англоязычной статьи Википедии
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.
Полдень на Марсе. Снимок аппарата Pathfinder
Закат на Марсе. Снимок аппарата Pathfinder
Цвет неба на Марсе Земля и Луна Спутники - Фобос и ДеймосНа поверхности
планеты работают два марсохода :
Планируемые миссии
В культуре
Книги- А. Богданов «Красная звезда »
- А.Казанцев «Фаэты »
- А.Шалимов «Цена бессмертия»
- В.Михайлов «Особая необходимость»
- В.Шитик «Последняя орбита»
- Б.Ляпунов «Мы - на Марсе»
- Г.Мартынов «Звёздоплаватели» трилогия
- Г.Уэллс «Война миров », одноимённый кинофильм в двух экранизациях
- Симмонс, Дэн «Гиперион », тетралогия
- Станислав Лем «Ананке»
- «Путешествие на Марс» США, 1903 г.
- «Путешествие на Марс» США, 1910 г.
- «Небесный корабль» Дания, 1917 г.
- «Путешествие на Марс» Дания, 1920 г.
- «Путешествие на Марс» Италия, 1920 г.
- «Корабль, отправленный к Марсу» США, 1921 г.
- «Аэлита » режиссёр Яков Протазанов, СССР, 1924 г.
- «Путешествие на Марс» США, 1924 г.
- «До Марса» США, 1930 г.
- «Флэш Гордон: Марс атакует Землю» США, 1938 г.
- «Путешествие Скрэппи на Марс» США, 1938 г.
- «Ракета X-M» США, 1950 г.
- «Полёт на Марс» США, 1951 г.
- «Небо зовёт» режиссёры А. Козырь и М. Карюков, СССР, 1959 г.
- «Марс» документальный, режиссёр Павел Клушанцев, СССР, 1968 г.
- «Первые на Марсе. Неспетая песня Сергея Королёва» документальный, 2007 г.
- «Марсианская одиссея»
- В вымышленной вселенной
Карты были созданы по данным, полученным с помощью нейтронного спектрометра на борту зонда "Марс-Одиссей". Информация, собранная за два марсианских года, позволила старшему научному сотруднику института Томасу Преттиману (Thomas Prettyman) и его коллегам точно определить сезонные колебания толщины марсианских ледяных шапок.
В частности, удалось установить, что около 25% атмосферы проходят через эти шапки, сказал Преттиман. Уже в самом начале телескопических наблюдений Марса было замечено, что полярные шапки на этой планете меняют размер и конфигурацию в зависимости от сезона. В настоящее время известно, что шапки состоят из водяного льда и замерзшего углекислого газа - "сухого льда". Как полагают, водяной лед представляет собой "постоянную часть" полярных шапок, а сезонные колебания происходят за счет углекислоты.
Авторы исследования отмечают, что изучение полярных шапок поможет лучше понять историю климата планеты, а значит ответить на вопрос о том, были ли когда-то условия на Марсе пригодными для жизни. Толщина полярных шапок зависит от нескольких факторов, в частности, от солнечной энергии, поглощаемой поверхностью и атмосферой в этой точке, а также от потока теплого воздуха с низких широт. В частности, у северного полюса отложения углекислоты несколько смещены в сторону Ацидалийской равнины. Более мощные отложения углекислотного льда в этом регионе могут быть обусловлены холодными ветрами, дующими из гигантского каньона недалеко от северного полюсa.
В южном полушарии углекислота быстрее накапливается в районе так называемой южной полярной остаточной шапки, которая содержит многолетние отложения углекислотного льда. Ученые пришли к выводу, что асимметрия южной полярной шапки связана с вариациями в составе подстилающего грунта. "Области за пределами остаточной шапки состоят из водяного льда, смешанного со скальными обломками и грунтом, который нагревается летом. Это задерживает начало накопления углекислотного льда осенью. Кроме того, тепло накопленное в этом богатом водой регионе постепенно высвобождается зимой и осенью и ограничивает накопление углекислотного льда", - отмечает Преттиман.
Он и его коллеги использовали нейтронную спектроскопию, также чтобы определить, как много других газов - аргона и азота - остается в атмосфере полярных регионов, когда углекислота начинает "вымерзать".
"Мы обнаружили значительный рост концентрации этих газов в районе южного полюса осенью и зимой", - говорит Преттиман. По его словам, вариации в концентрации этих газов помогли собрать информацию о местных особенностях атмосферной циркуляции. В частности, были обнаружены крупные зимние циклоны в полярных областях.
Точные данные о толщине отложений углекислотного льда, также как данные о сезонных колебаниях концентрации "невымерзающих" газов, позволят ученым уточнить модель атмосферы Марса, лучше понять ее динамику и выяснить, как со временем меняется климат планеты.
На днях в Science вышла статья, в которой были представлены данные прямых наблюдений за слоями льда под поверхностью Марса в средних широтах. Специально для «Чердака» Виталий «zelenyikot» Егоров рассказывает краткую историю марсианской воды и том, что нового мы о ней узнали.
Наличие воды на Марсе давно не является секретом. Уже сейчас примерно оценены запасы водяного льда на полюсах, обнаружены ледники в средних широтах; известно, что даже в экваториальном грунте красной планеты концентрация воды местами достигает десятой части. Однако в своем большинстве данные о содержании воды на Марсе получены при помощи радаров или нейтронных спектрометров. А собственно посмотреть на марсианский лед удается редко. И вот недавно подобная встреча таки произошла: орбитальный телескоп HiRise на борту Mars Reconnaissance Orbiter сумел заснять залежи льда на склонах оврагов в средних широтах, и ученые впервые смогли взглянуть на марсианские ледники в профиль.
Полярные льды Марса астрономы рассмотрели уже в XIX веке - это одни из самых заметных деталей его поверхности. Правда, в прежние века астрономии считалось, что полюсы красной планеты покрывает исключительно замерзшая вода. Пока оптические средства были недостаточно высокого качества, многие пробелы в знаниях о соседней планете приходилось закрывать земными аналогиями и оптимистическими ожиданиями. Именно из таких ожиданий выросла иллюзия марсианских каналов, которая продержалась до самого начала космической эры. Астрономы могли спорить о происхождении каналов, искусственном или естественном, но большинство не сомневалось в их существовании.
Крест на судьбе марсианских каналов поставил зонд NASA Mariner 4, который в 1964 году впервые сделал снимки достаточного качества поверхности планеты с близкого расстояния. Открывшиеся исследователям пейзажи разрушили все надежды на «землеподобность» Марса. В 1973 году советский орбитальный аппарат «Марс-5» передал первые цветные снимки - это были фотографии рыжей, безводной и безжизненной пустыни. В 1976 посадочные аппараты Viking 1 и 2 взяли пробы грунта и определили содержание в нем воды - не более 3%. К тому времени было уже известно, что сезонная изменчивость полярных льдов и рост полярных шапок в зимнее время определяется не водяным, а «сухим» углекислотным льдом. И только не меняющиеся с течением года белые пятна на полюсах - это второй слой льда, уже водяной.
Повторное открытие марсианской воды началось в 2002 году, с выводом на рабочую орбиту у четвертой планеты спутника NASA Mars Odyssey. Составной частью его прибора GRS был российский нейтронный спектрометр HEND. Регистрируя скорость нейтронов, вылетающих из грунта Марса под ударами космических частиц, HEND определял концентрацию водорода, который замедляет нейтроны. Водород в свободной форме содержаться в грунте Марса не может, поэтому его обнаружение в грунте позволило бы предполагать там наличие воды или водяного льда. К 2007 году была построена полная карта распределения воды в приповерхностном слое глубиной до 1 метра - к сожалению, глубже методом нейтронной спектроскопии не заглянуть. Данные даже о неглубоком распределении воды оказались неожиданными для многих - вода нашлась.
Любопытно происхождение этих залежей. Анализ характера отложений льда в полярных шапках привел исследователей к гипотезе, что Марс неоднократно менял наклон своей оси, на 40° отклоняясь от нынешних 25. В какие-то периоды Северный полюс Марса оказывался развернут прямо к солнцу, что приводило к его активному испарению. Следствием становилось повышение плотности атмосферы планеты, пылевые бури и сильные снегопады. Климатологи применили земную климатическую модель к подобному сценарию марсианской жизни и получили данные о выпадении обильных снегов к востоку от Эллады.
Наконец, на днях был опубликован результат прямых наблюдений залежей марсианского льда в средних широтах. Внимательный анализ снимков HiRise позволил ученым обнаружить несколько обрывов, в склонах которых отчетливо просматриваются белые и голубоватые слои льда.
Дополнительная проверка гиперспектральным прибором CRISM на том же MRO подтвердила наличие воды. Наблюдаемые залежи льда начинаются с глубины примерно в 1 м и достигают толщины 130 м. Они чередуются с прослойками грунта, видимо принесенного во время сезонных пылевых бурь. Большинство из обнаруженных ледяных склонов нашлось к востоку от Эллады.
Исследование этих слоев может больше рассказать о климатической истории Марса. Кроме того, теперь ясно, что будущим покорителям красной планеты не придется добывать воду по примеру героя фантастического фильма «Марсианин» - из ракетного топлива. На местности хватит ведра и лопаты, и воду можно будет использовать как раз для производства топлива и возвращения домой. Правда, средние широты не лучшее место для посадки - слишком холодно.
Серия снимков с разницей в три марсианских года позволила увидеть некоторые изменения в облике обрывов. Видимо, как и в случае с полярными ледниками, процессы таяния продолжаются, и склоны медленно эволюционируют.
Что еще интереснее, все эти замерзшие отложения возникли не миллиарды лет назад, а совсем недавно по геологическим меркам. Если шире взглянуть на некогда заснеженные, а сейчас присыпанные песком и пылью просторы, то можно поразиться их девственной чистоте - метеоритных кратеров почти нет.
Это значит, что период бурной марсианской атмосферы и метелей планетного масштаба закончился совсем недавно. По современным оценкам, приповерхностные ледниковые отложения в средних широтах Марса сформировались 10-20 млн лет назад - для жизни планеты это даже не вчера, а минуту назад.
Остается надеяться, что подобное произойдет и в будущем - плотная атмосфера значительно упростила бы процесс колонизации.
В 2018 году у Марса начнет научную работу европейско-российский спутник ExoMars Trace Gas Orbiter. На его борту размещен прибор FREND, который работает по принципу HEND, но с более высоким пространственным разрешением. Он не сможет заглянуть глубже 1 метра в грунт, зато сможет картографировать поверхностные залежи льда с гораздо более высокой точностью, которая позволит подробнее изучить запасы воды на красной планете и еще точнее планировать будущие автоматические и пилотируемые миссии.
Виталий Егоров
