Марс

Марс

На среднем расстоянии, 228 млн. км, от Солнца движется следующая за Землёй планета Марс — четвёртая планета солнечной системы, делающая оборот вокруг Солнца в 687 суток. Марс значительно меньше Земли, его диаметр составляет 6800 км. Вокруг оси он вращается в 24ч 37м 23е, т. е. его сутки очень мало отличаются от земных. Ось вращения Марса наклонена к плоскости его орбиты на 65°. Так как земная ось наклонена к эклиптике на 66°, то, очевидно, смена времён года на Марсе будет происходить почти так же, как и на Земле, только продолжительность времен года будет почти вдвое больше, чем на Земле.

Эксцентриситет Марса равняется 0,093, т. е. довольно велик, вследствие чего расстояние его от Солнца меняется от 206 до 249 млн. км. Расстояние Марса от Земли изменяется в широких пределах от 55 до 400 млн. км.

Наилучшее время для наблюдений Марса, как и вообще всякой верхней планеты, — время противостояний этой планеты, которые бывают через два года с небольшим. Так как орбита Марса эксцентрична, то во время противостояний расстояния между Землёй и Марсом бывают неодинаковы. Наибольшие тесные сближения происходят через 15 и 17 лет, и такие противостояния называются «великими».

Марс
Планета Марс

Около этих противостояний наиболее выгодно наблюдать Марс. В XX в, «великие» противостояния Марса происходили в 1909, 1924 и 1939 гг. Наблюдение подробностей на диске Марса затрудняется малой величиной этого диска, даже при больших увеличениях. Если, например, рассматривать Марс в телескоп во время великого противостояния при увеличении в 600 раз, то Марс будет виден так, как виден шарик 1,6 см в диаметре на расстоянии 26 см, т. е. как 10-копеечная монета на расстоянии ясного зрения.

Наблюдения Марса в телескоп начались ещё в XVIII в. Прежде всего были замечены белые сегменты около полюсов, которые были названы полярными шапками. Тёмные, эеленовато-синие пятна на Марсе были условно названы «морями», а красноватые пятна — «материками».

Ледниковый покров Марса
Полярная шапка Марса

Полярные шапки подвержены сезонным изменениям. Когда на каком-нибудь полушарии Марса наступает весна, а затем лето, то полярная шапка этого полушария постепенно уменьшает свои размеры, а иногда и вовсе исчезает; это естественно навело на мысль, что полярные шапки состоят из снега и льда, которые тают в тёплое время года. Если бы наблюдать Землю с Венеры или Марса, мы также видели бы на диске Земли у полюсов две полярные шапки, которые уменьшались бы в размерах в том полушарии, в котором было бы лето; но никогда не исчезали бы полностью. Планета Марс получает от Солнца тепла и света в 2,25 раза меньше, чем Земля. Поэтому быстрое таяние полярных шапок и даже исчезновение их свидетельствует о том, что мощность полярного покрова Марса значительно меньше мощности наших полярных льдов.

Орбитальные характеристики

Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,76 млн км (когда Земля находится точно между Солнцем и Марсом), максимальное — около 401 млн км (когда Солнце находится точно между Землёй и Марсом).

Орбита Марса и Земли
Орбита Марса и Земли

Марс ближе всего к Земле во время противостояния, когда планета находится в направлении, противоположном Солнцу. Противостояния повторяются каждые 26 месяцев в разных точках орбиты Марса и Земли. Но раз в 15—17 лет противостояния приходятся на то время, когда Марс находится вблизи своего перигелия; в этих так называемых великих противостояниях (последнее было в августе 2003 года) расстояние до планеты минимально, и Марс достигает наибольшего углового размера 25,1″ и яркости −2,88m.

Физические характеристики

По линейному размеру Марс почти вдвое меньше Земли — его экваториальный радиус равен 3396,9 км (53,2 % земного). Площадь поверхности Марса примерно равна площади суши на Земле.

Полярный радиус Марса примерно на 20 км меньше экваториального, хотя период вращения у планеты больший, чем у Земли, что даёт повод предположить изменение скорости вращения Марса со временем.

Сравнение размеров Земли и Марса
Сравнение размеров Земли и Марса

Масса планеты — 6,418·1023 кг (11 % массы Земли). Ускорение свободного падения на экваторе равно 3,711 м/с2 (0,378 земного); первая космическая скорость составляет 3,6 км/с и вторая — 5,027 км/с.

Период вращения планеты — 24 часа 37 минут 22,7 секунд (относительно звёзд), длина средних солнечных суток (называемых солами) составляет 24 часа 39 минут 35,24409 секунды, всего на 2,7 % длиннее земных суток. Таким образом, марсианский год состоит из 668,6 марсианских солнечных суток.

Марс вращается вокруг своей оси, наклонённой к перпендикуляру плоскости орбиты под углом 25,19°. Наклон оси вращения Марса обеспечивает смену времён года. При этом вытянутость орбиты приводит к большим различиям в их продолжительности — так, северная весна и лето, вместе взятые, длятся 371 сол, то есть заметно больше половины марсианского года. В то же время, они приходятся на участок орбиты Марса, удалённый от Солнца. Поэтому на Марсе северное лето долгое и прохладное, а южное — короткое и жаркое.

Атмосфера и климат

Температура на планете колеблется от −153 на полюсе зимой и до более +20 °C на экваторе в полдень. Средняя температура составляет −50 °C.

Атмосфера Марса, состоящая в основном из углекислого газа, очень разрежена. Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного — 6,1 мбар на среднем уровне поверхности. Из-за большого перепада высот на Марсе давление у поверхности сильно изменяется. Примерная толщина атмосферы — 110 км.

Атмосфера Марса, фото орбитального спутника «Викинг»
Атмосфера Марса, фото орбитального спутника «Викинг»

По данным НАСА (2004), атмосфера Марса состоит на 95,32 % из углекислого газа; также в ней содержится 2,7 % азота, 1,6 % аргона, 0,13 % кислорода, 210 ppm водяного пара, 0,08 % угарного газа, оксид азота (NO) — 100 ppm, неон (Ne) — 2,5 ppm, полутяжёлая вода водород-дейтерий-кислород (HDO) 0,85 ppm, криптон (Kr) 0,3 ppm, ксенон (Xe) — 0,08 ppm (состав приведён в объёмных долях).

По данным спускаемого аппарата АМС «Викинг» (1976), в марсианской атмосфере было определено около 1—2 % аргона, 2—3 % азота, а 95 % — углекислый газ. Согласно данным АМС «Марс-2» и «Марс-3», нижняя граница ионосферы находится на высоте 80 км, максимум электронной концентрации 1,7·105 электрон/см3 расположен на высоте 138 км, другие два максимума находятся на высотах 85 и 107 км.

Радиопросвечивание атмосферы на радиоволнах 8 и 32 см АМС «Марс-4» 10 февраля 1974 года показало наличие ночной ионосферы Марса с главным максимумом ионизации на высоте 110 км и концентрацией электронов 4,6·103 электрон/см3, а также вторичными максимумами на высоте 65 и 185 км.

Геология и внутреннее строение

В прошлом на Марсе, как и на Земле происходило движение литосферных плит. Это подтверждается особенностями магнитного поля Марса, местами расположения некоторых вулканов, например, в провинции Фарсида, а также формой долины Маринер. Современное положение дел, когда вулканы могут существовать гораздо более длительное время, чем на Земле и достигать гигантских размеров говорит о том, что сейчас данное движение скорее отсутствует. В пользу этого говорит тот факт, что щитовые вулканы растут в результате повторных извержений из одного и того же жерла в течение длительного времени. На Земле из-за движения литосферных плит вулканические точки постоянно меняли своё положение, что ограничивало рост щитовых вулканов, и возможно не позволяло достичь им высоты, как на Марсе. С другой стороны, разница в максимальной высоте вулканов может объясняться тем, что из-за меньшей силы тяжести на Марсе возможно построение более высоких структур, которые не обрушились бы под собственным весом.

Внутреннее строение Марса
Внутреннее строение Марса

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 г/см3. 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. Согласно современным оценкам формирование ядра совпало с периодом раннего вулканизма и продолжалось около миллиарда лет. Примерно то же время заняло частичное плавление мантийных силикатов.

Из-за меньшей силы тяжести на Марсе диапазон давлений в мантии Марса гораздо меньше, чем на Земле, а значит в ней меньше фазовых переходов. Предполагается, фазовый переход оливина в шпинелевую модификацию начинается на довольно больших глубинах — 800 км (400 км на Земле). Характер рельефа и другие признаки позволяют предположить наличие астеносферы, состоящей из зон частично расплавленного вещества. Для некоторых районов Марса составлена подробная геологическая карта.

Согласно наблюдениям с орбиты и анализу коллекции марсианских метеоритов поверхность Марса состоит главным образом из базальта. Есть некоторые основания предполагать, что на части марсианской поверхности материал является более кварцесодержащим, чем обычный базальт и может быть подобен андезитным камням на Земле. Однако эти же наблюдения можно толковать в пользу наличия кварцевого стекла. Значительная часть более глубокого слоя состоит из зернистой пыли оксида железа.

Магнитное поле Марса

У Марса было зафиксировано слабое магнитное поле.

Согласно показаниям магнетометров станций Марс-2 и Марс-3, напряжённость магнитного поля на экваторе составляет около 60 гамм, на полюсе 120 гамм, что в 500 раз слабее земного. По данным АМС Марс-5, напряжённость магнитного поля на экваторе составляла 64 гаммы, а магнитный момент — 2,4·1022 эрстед·см2

Магнитное поле Марса
Магнитное поле Марса

Магнитное поле Марса крайне неустойчиво, в различных точках планеты его напряжённость может отличаться от 1,5 до 2 раз, а магнитные полюса не совпадают с физическими. Это говорит о том, что железное ядро Марса находится в сравнительной неподвижности по отношению к его коре, то есть механизм планетарного динамо, ответственный за магнитное поле Земли, на Марсе не работает. Хотя на Марсе не имеется устойчивого всепланетного магнитного поля, наблюдения показали, что части планетной коры намагничены и что наблюдалась смена магнитных полюсов этих частей в прошлом. Намагниченность данных частей оказалась похожей на полосовые магнитные аномалии в мировом океане.

По одной теории, опубликованной в 1999 году и перепроверенной в 2005 году (с помощью беспилотной станции Марс Глобал Сервейор), эти полосы демонстрируют тектонику плит 4 миллиарда лет назад до того, как динамо-машина планеты прекратила выполнять свою функцию, что послужило причиной резкого ослабления магнитного поля. Причины такого резкого ослабления неясны. Существует предположение, что функционирование динамо-машины 4 млрд лет назад объясняется наличием астероида, который вращался на расстоянии 50—75 тысяч километров вокруг Марса и вызывал нестабильность в его ядре. Затем астероид снизился до предела Роша и разрушился. Тем не менее, это объяснение само содержит неясные моменты и оспаривается в научном сообществе.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *