Спутники Марса
Новые исследования Марса и сравнительная планетология
Поиски воды на Марсе
Mars Reconnaissance Orbiter, События и открытия
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 на ших 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 (эксцентриситет - 0,093).
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/куб.см.
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 красновато-рыжеватым 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 Скиапарелли разглядел в телескоп на Марсе так называемые каналыправильные 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
НОВЫЕ СВЕДЕНИЯ
Первые изображения Марса, переданные с близкого расстояния, появились в 1964 г. В 1965 г. хорошие снимки Марса переданы на Землю американской станцией "Маринер-4". 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 "Маринер-9".
В 1973 г. советская станция "Марс-5" обследовала планету с орбиты, а "Марс-6" совершила мягкую посадку и передала сведения о химическом составе, давлении и температуре атмосферы.
Два американских аппарата - Викинг-1 и Викинг-2 - 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 какой-то 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 "Марс-Глобал Сервейер" ("Mars Global Surveyor orbiter"), то есть "Глобальный картограф Марса".
4 июля 1998 г. в направлении к Марсу отправился японский аппарат "Planet-B", названный в последнее время "Нодзоми", то есть "Надежда", 1998]. Он разогнался, используя притяжение Земли и Луны. В октябре 1999 г. аппарат должен был пе рейти 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.
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.
Полёт человека на Марс планировался на 1996 г., но перенесён примерно на 15 лет. 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 должна быть произведена в устье долины Арес, куда отовсюду вынесены камни, и в одном месте можно познакомиться с составом различных горных пород Марса.
Для моделирования марсианских условий на Земле построена гиантская вакуумированная термобарокамера длиной 33 м и высотой с 5-этажный дом, где будут испытываться все марсианские аппараты. Начата разработка карантинных мер для полёта на Марс и прилёта с него от марсиан? Впрочем, "у страха глаза велики", а реальная угроза не велика: для человека, как правило, опасней всего его обственные микробы, в среднем чуть менее опасны микробы обезьян, ещё менее опасны 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", но материал значительно дополнен статьями в журналах "Природа" и "В мире науки".
Магнитное поле у Марса было открыто в 1972 г. советскими станциями "Марс-2" и "Марс-3". Наличие его подтверждено аппаратами "Марс-5" (1974) и "Фобос-2" (1989). Направленность поля, как на Земле. Мощность крайне мала и составляет, по данным наших аппаратов, 28-31 нТл.
Тем не менее, эти сведения не были признаны мировой наукой, и западные издания до недавнего времени утверждали, что магнитного поля у Марса нет. Отсутствие поля означает, что железное ядро, если и есть, то оно маленькое и твёрдое. 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.
Есть, конечно, у Марса также мантия и кора. 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 "Марс-Глобал Сервейер" при другом освещении, и иллюзия исчезла.
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), 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. 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).
Названия равнин - Аркадийская, Амазония, Аргир, Ацидалийская, а также равнины Луны, Солнца, Хриса, Северная пустыня, долина Маринер, Казейская долина.
Вблизи полюсов Марса известны древние слоистые отложения: лёд каждую весну таял, и вмороженная в него пыль откладывалась слоями. Сейчас преобладает разрушение этих отложений: пыль выдуваетя, и видны плоские поверхности с уступами. Слоистые отложения открыты в 1971 г. "Маринером-9". Для изучения этих отложений отчасти и планировался полёт с января по декабрь 1999 г. станции "Марс-Полар-Лэндер", но он оказался неудачным: станция села, но не "заговорила".
По уточнённым данным атмосфера Марса на 95,3% состоит из углекислого газа, есть также азот, аргон и другие газы. Есть и пары воды, но в очень небольшом количестве [Хаберле, 1986]. Тем не менее, из-за низких температур и давлений пар легко собирается в облака. Из облаков может идти снег. Зимой 1979 г. в районе посади "Викинга-2" выпал очень тонкий слой снега и лежал несколько месяцев. Атмосфера столь разреженная (менее 1% земной), что из-за парникового эффекта Марс нагревается только на 6 градусов Цельсия.
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. 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".
Согласно другому сообщению, 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, по-видимому, довольно много, но почти вся она сосредоточена в вечной мерзлоте.
Марс замёрз потому, что нарушился карбонатно-силикатный цикл. Из-за малых размеров планеты и недостатка внутреннего тепла отсутствовала тектоника плит [Кастинг и др., 1988]. Поэтому вся известь оказалась в составе горных пород, не разлагаясь на углекислый газ и не поставляя его в атмосферу во время извержений вулканов. Из-за малого количества углекислого газа слабым оказался парниковый эффект, и Марс замёрз.
Впрочем, есть предположения, что Марс в далёком прошлом (3,8 млрд. лет назад) или недавно (но в краткие периоды) всё-таки был "живым", по крайней мере, в геологическом отношении. Это доказывается наличием древних речных долин, и наиболее знаменитая из них - Ниргал Валлис. У главного русла есть многочисленные притоки. И хотя высказано мнение, что Ниргал Валлис - это не речное, а ледниковое образование (видны ложбина, конечная морена), наличие в прошлом текущей воды на Марсе признаётся большинством специалистов. Есть и долины другого типа - без притоков (см. ниже). Марс мог быть "живым" в начале своего существования, а позднее оживать в результате отдельных мощных извержений (выделение сразу очень большого количества углекислого газа) или от удара метеоритов с тем же эффектом: углекислый газ - парниковый эффект - тепло - таянье мерзлоты - реки - океан Бореалис - жизнь. Раз на Марсе в прошлом было много незамёрзшей воды (причём не только вблизи экватора), температура на планете должна была повышаться в некоторых местах до 25 градусов Цельсия за счёт парникового эффекта. Для этого с учётом удалённости от Солнца нужна довольно плотная атмосфера. Такая атмосфера почти совсем не выпускала бы тепло, но теоретически должна была задерживать не менее 95% света. Это означает, что на Марсе было тепло, но довольно темно. Тем не менее, жизнь на планете могла быть, причём не только в океане, но и на суше. Марс, таким образом, мог в те далёкие времена (4 миллиарда лет назад) даже более подходить для жизни, чем Земля, где живые существа должны были скрываться от жёсткого солнечного излучения под слоем океанской воды.
На Марсе, как уже говорилось, имеется два типа долинных систем:
1) древние извилистые долины с густой сетью ветвящихся притоков, которые возникли 4-3,7 млрд. лет назад, когда на Марсе были океаны и дожди; пример - Ниргал Валлис;
2) более молодые долины - крупные, широкие и почти прямые, но без густой сетки притоков; они возникли 3-0,5 млрд. лет назад в условиях близких к современным при катастрофических и внезапных излияниях подземных вод; примеры - долина Ареса и долина Тиу.
Совсем недавно "Mars-Global-Surveyer" сфотографировал удивительное "Чёрное озеро". Оно расположено на дне метеоритного кратера. Видимо, это место когда-то заливалось водой, и отложился тёмный осадок. Видны чёткая береговая линия и следы водной эрозии на стенках кратера. Естественно предположить, что при ударе астероида вечная мерзлота растаяла и на какое-то время заполнила дно кратера. Ледяным мог быть и сам астероид.
Марсианская стратиграфия базируется на разделении поверхности на 3 системы:
1) древнюю - ноахидскую (как лунные материки),
2) среднюю - гемперийскую,
3) молодую - амазонийскую.
Можно рассмотреть эти системы на примере предполагаемой эволюции устья долины Арес, так как именно туда недавно села американская геолого-разведывательная станция "Mars Pathfinder". Долина Арес при ширине от 25 до 225 км вытянута на 2000 км, то есть по длине близка к Днепру, а по ширине и предполагаемой мощности потока соответствует Амазонке. Начинается она на южных равнинах в так называемых хаосах, где, вероятно, при выносе подземного материала просели блоки поверхности, и тянется на север к низменности.
Предполагается, что:
1) в ноахидское время на месте будущего устья Арес был сильно кратерированный материк (из ударной брекчии и очень древней лавы);
2) ближе к концу ноахидского времени вещество подверглось интенсивной водной эрозии: севернее возникла низменность, появился перепад высот, началось разрушение уступа водой, склоновыми процессами и, возможно, мерзлотными процессами; в результате этого древняя возвышенность у края плато распалась на отдельные плато, холмы и их кольца на месте древних ударных кратеров; тогда были извилистые долины с сетью притоков, но они не сохранились;
3) в самом конце ноахидского и (или?) в начале гесперийского времени пространство между останцами древнего плато заполнилось материалом соседних приподнятых равнин, лавовыми трещинными излияниями и т.п.;
4) в середине гесперийского времени южнее произошёл катастрофический сброс воды, в результате которого возникла долина Арес; сначала первые потоки блуждали по древним возвышенностям, а затем соединились и сосредоточились в долине Арес;
5) во второй половине гесперийского времени при следующем каастрофическом паводке долина углубилась, дельтовые осадки прорезались новыми протоками;
6) в позднегесперийское и (или?) раннеамазонийское время при последнем паводке все предыдущие долинные образования были прорезаны мощным потоком;
7) в остальное время возникали только эоловые (ветровые) отложения и новые ударные кратеры.
Ниже приводятся первые результаты работы "Марсианского следопыта", в основном, подтвердившие эту картину:
1) химический состав грунта (пыли) в устье долины Арес такой же, как в местах посадки "Викингов" так как ветер перемешивает пыль в пределах всей планеты;
2) химический состав камней отличается от марсианских метеоритов, найденных на Земле; это застывшая лава, которая походит на состав земных базальтовых андезитов (базальты есть на многих телах Солнечной системы, а андезиты были известны только на Земле, где они возникают в зонах столкновения литосферных плит; значит, и на Марсе в прошлом была такая субдукция, или андезиты могут возникать и как-то иначе);
3) камни темнее пыли; если ветер сдувает пыль, то с Земли или с марсианской орбиты будет видно тёмное пятно;
4) распределение камней по размеру такое же, как в земных отложениях, связанных с катастрофическими паводками;
5) есть конгломераты, а также окатанные водой валуны и гальки, которые возникли задолго до катастрофического паводка, когда вода текла постоянно;
6) на некоторых снимках видны дюны, и это означает, что есть не только пыль, но и песок (более крупные частицы);
7) марсианская пыль содержит магнитные частицы со средним размером в один микрон (они налипли на магнит, который был виден в поле зрения телекамеры); 8) уточнённый момент инерции Марса говорит о ядре радиусом от 1300 до 2000 м (но это и так знали);
9) в атмосфере очень много пыли; наблюдался смерч, поднимающий пыль в атмосферу (конечно, при такой разреженной атмосфере мощность смерча не велика);
10) погода (температура, ветер, облачность) такая же, как в местах посадки "Викингов";
11) утренняя непрозрачность атмосферы связаны не с туманом, а с облаками;
12) эта непрозрачность больше, чем считалось;
13) высотный температурный профиль атмосферы иной, чем думали.
Вблизи места посадки "Марсианского следопыта" началась пыльная буря, замеченная в космический телескоп "Хаббл", но она не пошла в устье долины Арес.
Небо на Марсе розовато-красноватое, так как пыль поглощает голубую составляющую спектра. Землю с Марса не удалось сфотографировать из-за розоватых ночных облаков на высоте 16 км. Облака обзуются из-за того, что лёд намерзает на пылинки. В первых лучах Солнца облака тают.
Есть предположение, что в прошлом полюса Марса бывали на современном экваторе. Этим можно объяснить некоторые особенности поверхности.
