Как далеко марс от солнца?

Исследования и разведка Марса

Красная планета видна с Земли невооруженным глазом и потому с древних времен является объектом изучения. Первые записи о Марсе были сделаны еще древними египтянами за 1,5 тысячелетия до н. э. Они уже тогда знали о ретроградном эффекте этого небесного тела, но считали его звездой.

Первые наблюдения за планетой с помощью телескопа начались в XVII в. В 1672 г. первые измерения основных параметров Марса выполнил Дж. Кассини, его изучали Т. Браге, И. Кеплер, Х. Гюйгенс. Последний составил подробную карту марсианской поверхности, детализирована она была уже в XIX в. астрономом Дж. Скиапарелли.

Успешные миссии по изучению планеты

С полетами космических аппаратов к соседним небесным телам началось активное изучение Красной планеты, но не все миссии закончились успехом. Например, провальными оказались запуски всех 9 советских исследовательских зондов, как и американского корабля «Маринер-3». Но уже «Маринер-4», стартовавший в 1964 г., долетел до Марса. Аппарат выполнил первую масштабную фотосъемку космического тела, измерил атмосферное давление, параметры магнитного поля (которое оказалось отсутствующим) и радиационный фон.

В 1969 г. исследования продолжили станции «Маринер-6» и «Маринер-7». В 1970-х гг. в направлении Марса отправились советские аппараты «Космос-419», «Марс-2», «Марс-3». Долететь до цели и мягко приземлиться удалось только последнему, но он проработал на планете всего 14 секунд. Годом позже к планете приблизилась американская станция «Маринер-9», а еще через год — советский зонд «Марс-5». В 1975 г. стартовала миссия NASA «Викинг». Целью ее было изучение метеорологических, сейсмических, магнитных особенностей планеты.

После этого на планете и около нее побывали:

• в 2001 г. — зонд «Марс Одиссей», нашедший большие запасы водорода;
• в 2003 г. — аппарат «Марс-Экспресс», подтвердивший наличие около южного полюса планеты залежей углекислого и водного льда;
• в том же 2003 г. — марсоходы Opportunity и Spirit, изучавшие грунт и горные породы, искавшие воду и лед, определявшие минералогический состав поверхности;
• в 2012 г. марсоход Curiosity, до сих пор работающий на планете, собравший килограммы проб минералов и выполнивший большое число других исследований.

В 2014 г. местную атмосферу изучала станция MAVEN, после к ней присоединился индийский зонд «Мангальян».

Исследования Марса. Credit: NASA Solar System Exploration.

Неудачные миссии на Марс за последние 25 лет

Неудачи преследовали исследователей Красной планеты не только в 1960-х гг.:

• в 1993 г. за несколько дней до выхода на орбиту Марса ученые потеряли связь со станцией НАСА Mars Observer;
• в 1996 г. завершился неудачей старт российского корабля «Марс-8» (его второе название «Марс-96»);
• 1999 г. стал провальным для американского исследовательского зонда Climate Orbiter;
• в 2003 г. не смог закрепиться на орбите японский межпланетный аппарат Nozomi;
• в том же году попал в аварию зонд Beagle 2, работавший в рамках европейской миссии Mars Express;
• в 2011 г. на старте погибла российская межпланетная станция «Фобос-Грунт»;
• в 2016 г. Европейское космическое агентство сообщило о гибели модуля Schiaparelli, действовавшего в рамках совместной российско-европейской программы «ЭкзоМарс-2016».

Планируемые миссии на Красную планету

И официальные космические агентства, и частные компании всерьез рассматривают идею пилотируемого полета на Марс. Возможно, это случится уже в 2030-х гг.

Расстояние от нас до Красной планеты постоянно меняется, поэтому старт межпланетного корабля нужно планировать в тот момент, когда расположение планет наиболее близкое. Полет в этом случае будет продолжаться всего 160 дней. Зато с радиосвязью особых проблем не будет — в среднем всего 13,5 минут идет сигнал до Марса.

История открытия и исследование

Впервые как объект на
небосводе его описали астрономы Древнего Египта во втором тысячелетии до нашей
эры. Они наблюдали за движением красной звезды на небосклоне, а также рассчитали
ее траекторию его перемещения. Вавилонские астрономы  научились предсказывать  положение Марса в разное время года.

Происхождение названия планеты Марс древнеримское для римлян это жестокий бог войны, которого ассоциировали с красным цветом, как с символом крови. Такого божественного покровителя планета получила за характерную окраску своей поверхности. Через несколько веков на основании работ древнеегипетских и античных астрономов индийские исследователи вычислили размер небесного тела и расстояние до него.

В телескоп Марс впервые
увидел Галилео Галилей в начале XVII
века. Исследование с помощью оптики позволило астрономам изучить марсианский ландшафт.
В это же время появилась теория о возможном наличии жизни на красной планете.
Окончательное ее опровержение стало возможным лишь с появлением в XX веке мощнейших радиотелескопов и космических
аппаратов

Советский Марс-3 стал
первым зондом, совершившим удачную посадку на марсианскую поверхность, однако
проработать он после приземления смог всего несколько десятков секунд.
Спускаемый аппарат в составе американского космического комплекса Викинг-1
первым передал на Землю фотографии ландшафта и провел изучение грунта.
Орбитальный спутник Одиссей, созданный NASA, впервые обнаружил  здесь приповерхностный лед, а также составил
точную карту местности. Фотографии земного соседа с наиболее высоким
разрешением были получены космическим телескопом Хаббл.

На данный момент исследования Марса производятся 6 орбитальными станциями, принадлежащими американским, европейским, индийским и российским исследователям. Поверхность Красной планеты изучают два американских марсохода: Оппортьюнити и Кьюриосити. В ближайшей перспективе планируется создание транспортного корабля для отправки на красного соседа космической миссии.

Дальнейшие планы

На 2020 год, когда будет очередное сближение нашей планеты с Марсом, запланировано несколько миссий разных стран:

• начнется второй этап российско-европейского проекта ExoMars, предусматривающий доставку на поверхность планеты спускаемого модуля с посадочной платформой и автономным марсоходом Pasteur;
• США собираются запустить пятый планетоход — Mars 2020 Rover;
• Индия намеревается отправить к Красной планете второй зонд «Мангальян-2»;
• Китай планирует осуществить миссию, включающую исследование Марса с помощью орбитального аппарата и марсохода;
• Объединенные Арабские Эмираты (ОАЭ) совместно с США готовятся отправить к планете свой первый аппарат Mars Hope.

В 2022 году может состояться запуск японской автоматической станции с целью доставки грунта со спутников Марса — Фобоса и Деймоса (в рамках проекта Phobos/Dеimos Sample Rеturn). В 2024 году Россия собирается повторить попытку по забору образцов вещества с Фобоса (проект «Бумеранг»/»Экспедиция-М»), предыдущая подобная миссия («Фобос-Грунт») потерпела неудачу в 2011 году.

Кроме того, в планы входит осуществление полета человека на Марс. Пилотируемые марсианские миссии рассматривается космическими ведомствами России (может быть осуществлен не ранее 2030 года) и США (к 2030 году), а также ЕКА (до 2033 года). В феврале 2017 года власти ОАЭ объявили о проекте строительства первого мини-города на Красной планете — «Марс 2117» — в сотрудничестве с ведущими международными организациями и научно-исследовательскими институтами. Существуют также частные инициативы по пилотируемым миссиям на Красную планету.

Ядро и строение (структура)

Структура Марса схожа с Землёй. Он состоит из ядра, мантии и коры. Чем плотнее слой, тем ниже он залегает. Внутреннее строение планеты Марс относительно однородно. Ядро не обладает большой массой – на него приходится до 9% всей планеты (для земного ядра этот показатель равен 32 %). На поверхности находятся легкие окислившиеся породы. Они образовались внутри планеты, затем поднялись вверх в ходе процессов расплавления и дифференциации недр. Главным элементом мантии является оливин – порода, которая содержит ортисиликаты магния и железа.

Ядро состоит из железа, никеля, серы и кремния. Радиус ядра – 1800 км. Поверхность ядра состоит из силикатной мантии. Основные элементы коры – это кремний, кислород, ядро, железо, кальций и алюминий. Окисление железа сделало планету красной. Мантия лишена тектонической активности. Толщина коры доходит до 125 км, её средний размеры – 50 км. Кора содержит базальт. Большое распространение на Марсе получили хлор, фосфор и сера.

Значительная часть поверхности покрыта кратерами. Это результат падения метеоритов в прошлом. Самый большой кратер находится в Северном полярном бассейне. В геологическом плане Марс занимает нишу между Землёй и Луной: на Марсе происходит поднятие коры, но тектонические плиты не сталкиваются.

В полярных областях располагаются белые шапки. Возможно, в их состав входит вода в виде снега или льда. Зимой они занимают довольно значительную территорию, но к лету их размер уменьшается. Затем они вырастают снова. В начале весны вокруг них образовывается кайма. Это может свидетельствовать о том, что на Марсе происходят процесс таяния и образования снега. 75 процентов планеты состоит из светлых облаков, которые являются пустынями.

В состав атмосферы красной планеты входят:
Углекислый газ – 95%
Азот и аргон – 4%
Кислород и водяной пар – 1%

Атмосферное давление на поверхности составляет 6,1 мбар. Марс не способен долго сохранять тепло, поэтому климат на нём намного холоднее земного. Средняя температура достигает -40% С. Летом она поднимается до -20 С, зимой может опускаться до -125. Разницы в температурах привели к возникновению сильных ветров.

В состав грунта входят следующие элементы: кремнезём с примесями железа, серы, натрия алюминия и кальция. Грунт содержит и водяной лед.

Современные оболочка и особенности строения Марса сформировались в результате длительной эволюции. Геологическая история планеты насчитывает несколько эр:

• Нойская эра (3,8-4,1 млрд лет назад) – в этот период сформировались большие и маленькие кратеры, долины и вулканы. Климат планеты ещё не был столь суров как сегодня, поэтому ученые предполагают наличие рек и озер на красной планете. Период отмечен большой активностью вулканов, которые выбрасывали в атмосферу различные химические соединения. Планета активно подвергалась метеоритным бомбандировкам.

• Гесперийская эра (3,7 – 3 млрд лет назад) – формирование долин идёт на спад, космические тела падают на планету всё меньше. Вулканическая активность проявлялась с такой же силой. Это обусловило кратковременное потепление. Затем климат стал холоднее. Характерны нечастые наводнения. Океан занимал Северную равнину Марса. На планете существовали река и озёра.

• Амазонийская эра – отмечен исчезновением кратеров и снижением вулканической активности. Быстро менялся климат. Марс лишился воды в её жидком виде. В этот период формировался современный рельеф планеты: появились крупнейшие вулканы и большие каньоны. Относительно небольшая масса планеты привела к снижению тектонической активности, исчезновении магнитного поля и атмосферы.

Структура и состав Марса

Марс относится к планетам земной группы, повторяя структуру Земли, поэтому наблюдается дифференциация, то есть наличие слоев, где плотные материалы группируются возле центра. Ядро охватывает примерно 1700-1850 км и представлено серой, железом и никелем. Можете изучить состав и строение Марса на фото.

Внутреннее строение Марса

Вокруг Марса расположена силикатная мантия, которая ранее могла похвастаться тектонической и вулканической подвижностью. В коре присутствует магний, железо, кремний, кислород, кальций, алюминий и калий. Красный оттенок появляется из-за окислительного процесса железной пыли.

Магнетизм и геологическая активность

Марсианское ядро по большей части плотное и лишено движения. Из-за этого планета не обладает сплошным магнитным полем и вынуждена принимать огромное количество космических лучей. Но модели показывают, что древний Марс обладал магнитным полем, так как остались намагниченные территории.

Полеомагнетизм минералов напоминает магнитные поля, замеченные на некоторых океанических земных поверхностях. После этого возникла идея, что у Марса была тектоническая активность, прекратившаяся 4 миллиардов лет назад.

Мантия также лишена тектонической активности, поэтому не может деформироваться или поучаствовать в вырывании углерода из атмосферы. Средняя толщина коры – 50 км, но может достигать и 125 км. Представлена базальтом, выплеснутым при вулканической активности миллиарды лет назад.

Формирование и эволюция

Большая часть состава Марса основывается на расстоянии от Солнца. Элементы с низкими показателями температуры кипения (хлор, сера и фосфор) чаще попадаются на Красной планете, чем у нас. Поэтому считают, что они удалились из ближайших к Солнцу районов ветрами.

После формирования все планеты прошли этап интенсивной бомбардировки, где примерно 60% Марса попало под удар.

Северо-Полярный бассейн – крупная синяя территория в северной части топографической марсианской карты

Кратерным образованиям удалось хорошо сохраниться из-за медленного процесса эрозии. Равнина Эллады считается крупнейшим кратером, простирающимся на 2300 км и на 9 км в глубину.

Считают, что наиболее масштабное событие случилось в северном полушарии. Это Северный Полярный бассейн с параметрами 10600 км на 8500 км. Скорее всего, в эту территорию врезалось тело, которое по размерам походило на Плутон. Ниже расписан состав поверхности Марса по химическим элементам.

Состав поверхности Марса

Также отмечают процесс остывания планеты, что могло произойти из-за остановки конвекции внутри внешнего ядра. Это привело к исчезновению магнитного поля.

Поверхность Марса располагает каналами и оврагами, по которым раньше могла течь вода. По крайней мере, частично сформировались от водной эрозии. Некоторые охватывают 2000 км в длину и 100 км в ширину.

• Интересные факты о Марсе;
• Колонизация Марса;
• Марс и Земля;
• Есть ли жизнь на Марсе;
• Терраформирование Марса
• Когда мы отправим людей на Марс?
• Сравнение Марса и Земли
• Как Земля выглядит с Марса?
• Что такое марсианское проклятие?
• Когда открыли Марс?

Положение и движение Марса

• Орбита Марса;
• Сезоны на Марсе
• Как далеко Марс от Солнца?
• Сближение Марса
• Как далеко находится Марс?
• Сколько лететь до Марса;
• День на Марсе;
• Год на Марсе;

Строение Марса

• Размеры Марса;
• Кольца Марса;
• Состав Марса;
• Атмосфера Марса;
• Воздух на Марсе;
• Масса Марса;

Поверхность Марса

• Поверхность Марса;
• Лед на Марсе
• Радиация на Марсе
• Вода на Марсе;
• Температура на Марсе;
• Гравитация на Марсе;
• Цвет Марса;
• Почему Марс красный;
• Насколько холодный Марс;
• Вулканы на Марсе;
• Вулкан Олимп;
• Долина Маринер;
• Лицо на Марсе;
• Пирамида на Марсе;

Атмосфера и температура планеты Марс

Красная планета располагает тонким атмосферным слоем, который представлен углекислым газом (96%), аргоном (1.93%), азотом (1.89%) и примесями кислорода с водой. В ней много пыли, размер которой достигает 1.5 микрометра. Давление – 0.4-0.87 кПа.

Большое расстояние от Солнца к планете и тонкая атмосфера привели к тому, что температура Марса низкая. Она скачет между -46°C до -143°C зимой и может прогреваться до 35°C летом на полюсах и в полдень на экваториальной линии.

Тонкая марсианская атмосфера и пыльная красная поверхность, отображенные аппаратом Викинг-1 в 1976 году

Марс отличается активностью пылевых бурь, которые способны имитировать мини-торнадо. Они образуются благодаря солнечному нагреву, где более теплые воздушные потоки поднимаются и формируют бури, простирающиеся на тысячи километров.

При анализе в атмосфере также нашли следы метана с концентрацией 30 частичек на миллион. Значит, он освобождался из конкретных территорий.

Исследования показывают, что планета способна создавать в год до 270 тонн метана. Он достигает атмосферного слоя и сохраняется 0.6-4 лет до полного разрушения. Даже небольшое наличие говорит о том, что на планете скрывается газовый источник. Нижний рисунок указывает концентрацию метана на Марсе.

Распределение метана в атмосфере Марса

Среди предположений намекали на вулканическую активность, падение комет или наличие микроорганизмов под поверхностью. Метан может создаваться и в небиологическом процессе – серпентинизация. В нем присутствует вода, углекислый газ и минеральный оливин.

В 2012 году провели несколько вычислений по метану при помощи ровера Curiosity. Если первый анализ показал определенное количество метана в атмосфере, то второй показал 0. А вот в 2014 году ровер натолкнулся на 10-кратный всплеск, что говорит о локализированном выбросе.

Также спутники зафиксировали наличие аммиака, но его срок разложения намного короче. Возможный источник – вулканическая активность.

Описание поверхности Марса

Поверхность Марса весьма разнообразна. Кроме гор, равнин, полярных льдов, практически вся поверхность густо усеяна кратерами. К тому же всю планету окутывает мелкозернистая красноватая пыль.

Равнины

Большая часть поверхности состоит из плоских, низменных равнин, которые в основном расположены в северном полушарии планеты. Одна из таких равнин является самой низменной и относительно гладкой среди всех равнин солнечной системы. Такая гладкость, вероятно, была достигнута отложениями осадочных пород (крошечные частицы, которые оседают на дне жидкости), сформированных в результате нахождения воды в этом месте — что является одним из доказательств того, что когда-то на Марсе была вода.

Каньоны

Вдоль экватора планеты расположено одно из самых поразительных мест — система каньонов известная как долина Маринера, названная в честь космической научно-исследовательской станции «Маринера-9», которая первая обнаружила долину в 1971 году. Долина Маринера простирается с востока на запад и в длину составляет приблизительно 4000 км, что равно ширине континента Австралия. Ученые считают, что эти каньоны образовались в результате раскола и растяжения коры планеты, глубина в некоторых местах достигает 8–10 км.

Долина Маринера на Марсе. Фото с сайта astronet.ru

С восточной части долины выходят каналы, а в некоторых местах обнаружены слоистые отложения. Основываясь на этих данных можно предполагать, что каньоны были заполнены частично водой.

Вулканы на Марсе

На Марсе расположен самый большой вулкан в солнечной системе — вулкан Olympus Mons (перевод с лат. Гора Олимп) высотой 27 км. Диаметр горы составляет 600 км. Три других больших вулкана — горы Арсия, Аскреус и Повонис, расположены на огромном вулканическом нагорье, называемом Тарсис.

Все склоны вулканов на Марсе постепенно повышаются, аналогично вулканам на Гавайях. Гавайские и Марсианские вулканы являются ограждающими, формирующиеся из извержения лавы. В настоящее время не найдено ни одного действующего вулкана на Марсе. Следы вулканического пепла на склонах других гор позволяют предположить, что раньше Марс был вулканически активным.

Кратеры и бассейны рек Марса

Большое количество метеоритов нанесли ущерб планете, образовав на поверхности Марса кратеры. На Земле редко встречается явление ударных кратеров по двум причинам: 1) те, кратеры, которые образовались в начале истории планеты, уже размыты; 2) Земля имеет очень плотную атмосферу,которая препятствует падению метеоритов.

Марсианские кратеры аналогичны кратерам на луне и другим объектам солнечной системы, которые имеют глубокое, чашеобразное дно с приподнятыми колесообразными краями. Большие кратеры могут иметь центральные пики, формирующиеся в результате ударной волны.

Улыбающийся кратер. Фото с сайта astrolab.ru

Количество кратеров на Марсе изменяется от места к месту. Практически все южное полушарие усыпано кратерами разных размеров. Самым крупным кратером Марса является бассейн Эллада ( лат. Hellas Planitia) в южном полушарии, диаметр которого составляет приблизительно 2300 км. Глубина впадины — около 9 км.

На поверхности Марса обнаружены каналы и долины рек, многие из которых были разлиты по низменным равнинам. Ученые предполагают, что марсианский климат был достаточно теплым, раз вода существовала в жидком виде.

Полярные месторождения 

Наиболее интересной особенностью Марса являются толстые накопления мелко слоистых отложений, расположенных в обоих полюсах Марса. Ученые считают, что слои состоят из смеси водяного льда и пыли. Атмосфера Марса, вероятно хранила эти слои в течении длительного периода. Они могут служить доказательством сезонной активности погоды и долгосрочным изменением климата. Шапки льда обоих полушарий Марса остаются замороженными в течении всего года.