Учебная работа № 1998. Марс

Учебная работа № 1998. Марс

К Земле подходит Марс,

Планета красноватая.

Бубнит военный марш,

Трезвонит медь набатная.

Семён Кирсанов

Ходят вихри, ходят,

Вертятся воронкой…

Лев Мей

На небе оранжеватый Марс хорошо виден, так как это внешняя планета, и Солнце не мешает её рассматривать. Яркость Марса резко возрастает в периоды противостояний и особенно во время великих противостояний, когда Земля нагоняет Марс в точке орбиты, где он особенно близок к Солнцу. Тогда от него до Земли 55 млн. км, это бывает раз в 15 17 лет, и в это время выгоднее всего посылать к Марсу космический корабль.

Марс отстоит от Солнца в среднем на 1,52 а.е. (22 794 000 км), то есть он примерно в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля.

Марсианский год составляет 1,88 земного года (примерно 687 наших земных суток).

Скорость движения вокруг Солнца 24,13 км/с.

Период вращения вокруг оси 24 часа 37 минут (как у Земли!), время от восхода до восхода 24 часа 38 минут.

Ось наклонена к плоскости эклиптики примерно так же, как у Земли. Поэтому на Марсе есть смена времён года, как на Земле. В сильные телескопы видно, как весной тают полярные шапки, появляется буроватая, а потом зеленоватая полосы, которые вскоре исчезают. Эти сезонные явления считались проявлениями жизни, но зелёный цвет может быть обусловлен намоканием и последующим высыханием камней, образованием кристаллогидратов и т.п. соединений, а сами шапки не водяные, а образованы замёрзшим углекислым газом.

Освещённость Солнцем составляет 1/2 земной.

Температура колеблется от минус 120 градусов Цельсия (зимней ночью близ полюса) до плюс 25 градусов (летним днём близ экватора).

Орбита тоже почти круговая, но эксцентриситет всётаки больше, чем у Земли (0,093, а не 0,017 градуса). Поэтому в северном полушарии весна и лето относительно длинные, но холодные, а осень и зима короткие и мягкие. Весна в северном полушарии 193 марсианских суток, лето 178, осень 143, зима 155 [Бронштен, 1955б]. С этим, вероятно, связана разница полярных шапок: южная может стаивать целиком, северная нет [Бронштен, 1955б].

Угол наклона орбиты к плоскости эклиптики мал 1,8 градуса. Масса составляет 0,11 земной. Марс в 9 раз «легче» Земли! Это вторая по «лёгкости» из «полноценных» планет.

Диаметр 0,53 земного. Примерно в 2 раза меньше земного. По недавним уточнённым данным 6786 км. Объём составляет 0,15 земного.

Средняя плотность Марса чуть меньше земной 3,95 г/см3.

Сила тяжести на Марсе 0,38 земной. По этому показателю более тяжёлый, но менее плотный и потому более объёмистый Марс очень близок к Меркурию.

На Марсе давно была известна разреженная атмосфера (в основном, углекислый газ, а воды и кислорода нет или очень мало).

Марс покрыт красноваторыжеватым подвижным песком или пылью. Пыль иногда поднимается ветром. Пылевые бури на Марсе столь грандиозны, что видны с Земли в телескоп. Иногда они захватывают всю планету (особенно после прохода ближайшей к Солнцу точки орбиты). Это связано с лёгкостью сухих пылинок (на Марсе почти нет воды) и малой силой притяжения. Поэтому даже в такой разреженной атмосфере ветры могут создать пылевую бурю. После пылевой бури цвет поверхности Марса в некоторых местах меняется (несколько иная конфигурация тёмных и светлых пятен). На поверхности в телескоп видны более яркие желтоватые и красноватые пятна «материки», а также чуть менее яркие безводные «моря».

Ещё обладавший уникально хорошим зрением итальянский астроном Джованни Скиапарелли «разглядел» в телескоп на Марсе так называемые каналы правильные прямые линии. «Каналы» считались искусственными (Марс, мол, высыхал, и марсиане выкопали каналы в пустыне, сами каналы не видны, но видна зелень вдоль каналов). Потом каналы долгое время не видели даже в более мощные телескопы и стали считать обманом зрения случайными цепочками метеоритных кратеров (если беспорядочно разбросать горох по полу, то, прищурив глаза, можно увидеть такие линии из случайно упавших рядом горошин). Недавно появились и другие объяснения это борозды, или это ветер полосами сдувает пыль со скал, и они меняют от этого цвет.

Марс обладает двумя маленькими спутниками Фобосом и Деймосом (см. ниже).

Новые сведения

Первые изображения Марса, переданные с близкого расстояния, появились в 1964 г. В 1965 г. хорошие снимки Марса переданы на Землю американской станцией «Маринер4». Вместо каналов и следов жизни на фотографиях Марса виден «лунный» пейзаж с метеоритными кратерами. Древние речные и т.п. долины открыты на Марсе в 1971 г. в результате полёта американского аппарата «Маринер9».

В 1973 г. советская станция «Марс5» обследовала планету с орбиты, а «Марс6» совершила мягкую посадку и передала сведения о химическом составе, давлении и температуре атмосферы.

Два американских аппарата Викинг1 и Викинг2 достигли Марса в 1976 г. Посадочные блоки всесторонне изучали грунт в поисках микробной жизни, но жизнь не была найдена (хотя поначалу из привнесённых питательных сред стал выделяться какойто газ, но это объяснили и без признания существования жизни). Орбитальные блоки фотографировали Марс, была составлена подробная карта его поверхности и т.п.

В 1997 г. поверхность Марса в устье долины Арес обследовал американский спускаемый аппарат «Марсианский следопыт» («Mars Pathfinder») с марсоходом, а работу на околомарсианской орбите начал американский аппарат «МарсГлобал Сервейер» («Mars Global Surveyor orbiter»), то есть «Глобальный картограф Марса» [«Сфинкс» на Марсе, 1998]. К февралю 2001 г. он сделал почти 9 тысяч оборотов вокруг Марса, передал 60 тысяч изображений его поверхности и 500 миллионов измерений высот [Вибе, 2001].

4 июля 1998 г. в направлении к Марсу отправился японский аппарат «PlanetB», названный в последнее время «Нодзоми», то есть «Надежда» [Японцы летят к Марсу, 1998]. Он разогнался, используя притяжение Земли и Луны. В октябре 1999 г. аппарат должен был перейти на орбиту вокруг Марса с параметрами 150 27 300 км. Планировалось изучение концентрации ионов и нейтральных газов в составе солнечного ветра вблизи Марса. Это интересно, так как у Марса почти нет магнитного поля, и взаимодействие планеты и солнечного ветра в такой ситуации не изучено. Должны были вестись и метеонаблюдения. Результаты этой работы автор не знает, но в конце мая 2002 г. было объявлено, что прошло несколько месяцев, а связь с аппаратом не удалось установить. Компьютер станции вышел из строя во время солнечной бури (информационная радиопередача).

В 2001 г. к Марсу должен полететь американский зонд «Марс Одиссей 2001», в 2003 г. два марсохода и картографический спутник для создания карты с разрешением до 30 см, в 2007 г. первая долговременная марсианская лаборатория и тоже с марсоходом, в 2010 г. два аппарата с целью доставки образцов грунта на Землю.

Европейцы в 2003 году планируют запуск станции «Марс Экспресс» с помощью российской ракеты «СоюзФрегат»; Россия запуск в 2005 г. зонда к Марсу и Фобосу, если будут средства [Вибе, 2001].

Недавно указана возможность удешевить полёты на Марс с 50 млн. долларов (стоимость «Марсианского следопыта», который считается одним из самых дешёвых аппаратов) до 15 млн., избрав другой способ посадки и другой путь с земной орбиты через «окно», использовав притяжение других тел [Новый путь к Марсу, 1998].

Полёт человека на Марс планировался на 1996 г., но был перенесён примерно на 15 лет. В 2001 г. такого пилотируемого полёта в ближайших планах космических агентств не было [Вибе, 2001], хотя предварительная подготовка велась и ведётся. При посадке предусматриваются сначала торможение о воздух, потом использование парашюта, потом раскрытие пластиковых мешков с лёгким газом и под конец падение с высоты в 1 м. Посадка, вероятнее всего, должна произойти в устье долины Арес, куда водными или ледяными потоками отовсюду вынесены камни, и в одном месте можно познакомиться с составом различных горных пород Марса.

Для моделирования марсианских условий на Земле построена гигантская вакуумированная термобарокамера длиной 33 м и высотой с 5этажный дом, где будут испытываться все марсианские аппараты [Моделирование марсианских условий, 1998]. По заказу НАСА США начато конструирование автоматического самолёта для марсианских условий, и планируется доставить его на Марс в 2003 2005 гг. [Природа, 2001, № 9, с.51]. Начата разработка карантинных мер для полёта на Марс и прилёта с него [Как защититься от марсиан? 1996]. Впрочем, «у страха глаза велики», а реальная угроза не велика: для человека, как правило, опасней всего его собственные микробы, в среднем чуть менее опасны микробы обезьян (хотя в некоторых редких случаях они действительно оказываются опасней наших собственных), чуть менее опасны в среднем болезнетворные организмы других млекопитающих, не представляют угрозы возбудители большинства болезней холоднокровных животных, растений и т.д.

Современные представления о Марсе даются ниже во многом по «Атласу космоса» [Купер, Хенбест, 1998], но материал значительно дополнен статьями в журналах «Природа» и «В мире науки».

Магнитное поле у Марса было открыто в 1972 г. советскими станциями «Марс2» и «Марс3». Наличие его подтверждено аппаратами «Марс5» (1974) и «Фобос2» (1989). Направленность поля, как на Земле. Мощность крайне мала и составляет, по данным наших аппаратов, 28 31 нТл [Жузгов, 1998].

Тем не менее, эти сведения не были признаны мировой наукой, и западные издания до недавнего времени утверждали, что магнитного поля у Марса нет [Есть ли у Марса магнитное поле? 1991; Купер, Хенбест, 1998; Жузгов, 1998]. Отсутствие поля означает, что железное ядро, если и есть, то оно твёрдое и маленькое, порядка 2500 км в диаметре [Вселенная, 1999], Исходя из средней плотности Марса, так и должно быть.

В 1997 г. магнитометр американской станции «Mars Global Surveyor orbiter» нашёл магнитное поле в 1/800 мощности земного поля, что составляет 37,5 нТл [Жузгов, 1998]. Впрочем, оно столь мало, что не меняет представлений о внутреннем строении Марса. Магнитное поле, вероятнее всего, связано с остаточной намагниченостью пород, то есть с «вмороженными» в породы силовыми линиями [Кузьмин, 1998].

Есть у Марса также силикатная мантия (толщиной 2000 км) и кора из твёрдых пород с включением вечной мерзлоты (толщиной 40 50 км) [Вселенная, 1999]. Поверхность Марса неровная и различная в разных местах, причём перепады высот значительней, чем на Земле (это естественно, если учесть, что сила тяжести меньше, водной эрозии практически нет, атмосфера разреженная, и поэтому ветряная эрозия тоже слаба). На поверхности есть горы, равнины, каньоны, вулканические кратеры, многочисленные метеоритные кратеры, аналоги сухих речных долин (древние долины рек или ложбины ледников). Марсианские горы самые большие на планетах земной группы.

Много шума наделала фотография участка марсианской поверхности, где виден «сфинкс» случайное нагромождение холмов в виде человеческого лица в маске. «Сфинкс» сфотографирован «Викингами» в 1976 г. Повторно тот же участок заснят в 1998 г. американским аппаратом «МарсГлобал Сервейер» при другом освещении, и иллюзия исчезла [«Сфинкс» на Марсе, 1998].

Считается, что сейчас на Марсе нет действующих вулканов, но от былых времён сохранилось довольно много грандиозных вулканических куполов с кратерами на вершинах. Наиболее огромен вулкан Олимп, который поднимается над поверхностью остальной планеты на 26 км (в три раза выше высочайшей земной горы Джомолунгмы). Олимп это щит с пологими склонами больше Англии (диаметр 550 км). В кратере на его вершине можно разместить два Лондона. Такие вулканы образуются, когда лава слой за слоем наращивает пологий конус. Олимп рос миллионы лет, а на Земле движущаяся земная кора относительно скоро отодвигает вулкан от подземного источника лавы. Другие крупные вулканы гора Арсия, Павлинья гора, Аскрейская гора (все три образуют цепочку в горах Тарсис, перечислены с юга на север), Керавнский купол, купол Урана, купол Тарсис.

Высокогорье Тарсис вулканическое вздутие вблизи гор Тарсис, поперечник 8000 км. Вздутие образовано магмой, не вышедшей на поверхность?

Из горных образований можно перечислить также горы Нереид, горы Харит и уже упоминавшиеся горы Тарсис, плато Сирия, плато Синай.

Есть глубокие и длинные каньоны не вполне понятной природы. Такова, например, Долина Мореплавателей в экваториальной области. Эта система каньонов имеет длину более 4000 км, а среднюю глубину 6 км. Одно из образований данной области называется Медной Трещиной [Вселенная, 1999].

Крупнейшие метеоритные кратеры Альба (диаметр 1600 км, высота 6 км), Слайфер, Ловелл, Холден, Хейд, Миланкович, Лассел.

Марсианские «каналы» оказались бороздами на сухой поверхности (каналы Альба, каналы Тантала, Мареотийские каналы, каналы Темпе, каналы Тавмасии, каналы Сирен), каньонами, участками со сдутой пылью или случайными цепочками гор, кратеров и т.п. объектов.

Имеются прямолинейные каналыпропасти Касэй, Маджа, Арес и Тиу. Они напоминают долины земных водотоков, но на порядок больше их [Рудой, 2000]. Они до 2 тыс. км в длину при ширине до 100 км и удалены один от другого на тысячи километров.

Равнин особенно много в северном полушарии (Аркадийская, Ацидалийская, Луны, Хриса, а также Северная Пустыня и другие). Они образованы застывшей лавой. В южном полушарии чуть больше гор и метеоритных кратеров [Вселенная, 1999].

Вблизи полюсов Марса известны древние слоистые отложения: лёд каждую весну таял, и вмороженная в него пыль откладывалась слоями. Сейчас преобладает разрушение этих отложений: пыль выдувается, и видны плоские поверхности с уступами.

Слоистые отложения открыты в 1971 г. «Маринером9». Для изучения этих отложений отчасти и планировался полёт с января по декабрь 1999 г. станции «МарсПоларЛэндер», но он оказался неудачным: станция села, но не «заговорила» [Базилевский, 1999; информационные радиопередачи]. Работа «МарсГлобалСервейера» показала, что слоистость верхней коры характерна для всей планеты [Жарков, Мороз, 2000]. Слоистые породы тяготеют к внутренним областям кратеров и другим углублениям, где 4,3 3,5 млрд. лет назад могли быть озёра и моря [Осадочные породы на Марсе, 2001].

По уточнённым данным атмосфера Марса на 95,3% состоит из углекислого газа, есть также азот (около 2,7%), аргон (около 1,6%) и другие газы, в том числе кислород, угарный, водяной пар (около 0,7%) [Хаберле, 1986; Вселенная, 1999]. Изза низких температур и давлений пар легко собирается в облака. Из облаков может идти снег. Зимой 1979 г. в районе посадки «Викинга2» выпал очень тонкий слой снега и лежал несколько месяцев [Энциклопедия для детей, том 8, 1997]. Атмосфера столь разреженная (менее 1% земной), что изза парникового эффекта Марс нагревается только на 6 градусов Цельсия.

В атмосфере различаются:

тропосфера, в которой много красной пыли (соединения железа), а выше имеются отдельные облака из льдинок;

стратосфера с разреженными облаками из замёрзшего углекислого газа;

термосфера [Вселенная, 1999].

Таков же примерно состав полярных шапок Марса преобладает иней из углекислого газа, но присутствует и вода. Летом северная полярная шапка Марса полностью тает, а южная только резко уменьшается в размерах [Хаберле, 1986]. Она летом состоит только из тонкого слоя льда, а зимой намерзает также толстый слой твёрдого углекислого газа. Выпадает углекислый снег сухой лёд. Для изучения полярных шапок Марса предлагается создание новой науки «гляциологии сухого льда» [Сухой лёд и… атмосфера Марса, 1999]. Согласно другому сообщению [Новая наука: экзогляциология, 1999], северная полярная шапка состоит, в основном, из водяного пресного льда, а южная почти полностью из замёрзшего углекислого газа. Причина такой асимметрии не ясна.

Воды на Марсе, повидимому, довольно много, но почти вся она сосредоточена в вечной мерзлоте.

Марс замёрз потому, что нарушился карбонатносиликатный цикл. Изза малых размеров планеты и недостатка внутреннего те

Учебная работа № 1998. Марс