Почему Марс такой?
Какие причины повлияли на формирование марсианской природы?
Основная характеристика планеты, от которой зависят многие ее свойства, - масса - определилась во время зарождения Солнечной системы. Масса Марса – сумма масс планетезималий (каменных глыб), из которых она образовалась, равна всего лишь 0.1 массы Земли.
В ту же эпоху оределились период суточного вращения, наклон оси вращения к плоскости орбиты и форма самой орбиты. Планетезималии, падая на более крупные объекты – ядра будущих планет - заставляли их вращаться, так как удары чаще приходились «не по центру». Так что период вращения и наклон оси - результаты случайных явлений.
Продолжительность суток оказалась почти равной земной. Наклон оси суточного вращения к плоскости орбиты тоже близок к земному, он явился причиной смены времен года на Марсе. Продолжительность года – в два раза больше земного, так как Марс дальше от Солнца, чем Земля. Орбита Марса оказалась эллиптической, а это в свою очередь определило условия освещения планеты: в северном полушарии зима холоднее, так как приходится на время, когда планета дальше всего от Солнца. (Земля – наоборот: ближе всего к Солнцу, когда в северном полушарии зима, а эксцентриситет земной орбиты - очень небольшой, так что разницы освещения полушарий нет).
О магнитном поле Марса единого мнения нет. Существуют разные, даже противоречивые точки зрения. Мне представляется логичной версия, изложенная в лекции профессора Криса Импи из университета Аризоны.
На расстоянии Марса от Солнца планетезималии имели весьма большую скорость, в среднем примерно 25 км в сек. Ударяя в планету, они ее разогрели настолько, что она превратилась в кипяшую магму. Электроны и ионы, участвуя в турбулентных движениях, создавали электрические токи и сопутствующие им магнитные поля. Совокупность этих полей создала первичное магнитное поле планеты, признаки которого и сейчас находят на Марсе. Постепенно планетезималий оставалось в облаке все меньше, планета остывала, и первичное магнитное поле исчезало.
У многих планет появилось новое магнитное поле. Это планеты большой массы, обладающие быстрым осевым вращением. Второе условие на Марсе соблюдается, а масса Марса слишком мала. У планеты такой массы почти не происходит дифференциации пород, то есть тяжелые металлические массы очень медленно падают к центру и образуют небольшое планетное ядро. Ядро Марса составляет всего 7 – 9 процентов его массы. В ядрах массивных планет под давлением внешних слоев появляются свободные заряды. При быстром осевом вращении в ядрах возникает кольцевой ток и дипольное магнитное поле планеты. На Марсе очень большая часть железа не опускается к центру, его окислы покрывают всю поверхность планеты, создавая ее характерный красно-бурый цвет. Раз нет магнитного поля, нет и радиационных поясов, защищающих планету от потоков солнечных высокоэнергичных заряженных частиц.
В этом основная причина, по которой на поверхности Марса не обнаружена даже элементарная жизнь, но есть мнение, что жизнь на Марсе все же была, когда на нем сохранилось первичное магнитное поле, когда он был более теплым, когда на нем была вода и достаточно плотная атмосфера.
Воды много в межзвездном пространстве, была она и в «нашем» газопылевом облаке и, следовательно, на планетах. Земля сохранила воду. Определяющими факторами оказались масса Земли и расстояние от Солнца. На Марсе условия сложились по-другому. В отсутствии магнитного поля солнечный ветер, обтекая планету, срывал с нее атмосферу, а малая масса Марса не смогла ее удержать. Большая часть воды испарилась или диссоциировала под влиянием ультрафиолета Солнца.
Освободившийся кислород, объединившись с углеродом, который тоже имелся в первичном облаке, образовал основную составляющую современной очень разреженной атмосферы – углекислый газ - 96%. Кислорода (0.1 – 0.4% ) и водяного пара (0.05%) в атмосфере Марса очень мало. Водород - самый легкий элемент, с поверхности планеты улетучился. Часть воды сохранилась под поверхностью Марса в виде вечной мерзлоты, часть в полярных шапках. Редко наблюдаются облака из кристалликов воды. Существуют и косвенные признаки существования воды в прежние времена.
Углерод пополнялся за счет вулканической деятельности. Углерод содержат многие органические соединения. Остатки жизни могли сохраниться под поверхностью планеты в слое вечной мерзлоты. Поиски жизни на Марсе ведутся со времен первых космических аппаратов, достигших поверхности Марса. «Викинг» отодвинул большой камень. Ведь под него не могли проникнуть ни ультрафиолетовое излучение, ни потоки энергичных частиц от Солнца. Но и там признаков жизни не оказалось.
Потеряв атмосферу, Марс стал остывать еще быстрее. Сейчас его атмосферное давление в 160 раз меньше земного, как следствие – контраст дневных и ночных температур. Летом днем на экваторе возможна температура минус 13°С – минус 20°С , а ночью в этом же месте может быть минус 80° С, зимой у полюсов температура опускается до минус 150°С.
Из-за низкого атмосферного давления вода закипает и превращается в пар. Сейчас на поверхности Марса жидкой воды нет, остались только сухие русла рек и бывшие водоемы. В условиях практического отсутствия воздуха и воды хорошо сохранились кратеры, образовавшиеся при ударах метеоритов.
Когда Марс был горячее, на нем происходили мощные геологические процессы. Появились горы, плоскогорья, глубокие ущелья и каньоны, достигающие 7 километров глубины (таких глубоких на Земле нет). Но особенно впечатляют потухшие вулканы. Самый высокий из них – Олимп высотой в 27 километров (самая высокая вершина на Земле – около 9 километров).
Этому есть интересное объяснение. Оказывается, образованию таких высоких гор способствует малая масса Марса. На Земле высокие горы оседают, осыпаются, а на Марсе способны устоять. Большие площади Марса занимают холмистые равнины. Они покрыты силикатным песком, песчинки которого окутаны красноватой пылью окислов железа. По равнинам разбросаны глыбы и камни, на них тоже лежит слой пыли.
Полярные шапки состоят из углекислого снега и в меньшей степени из водяного льда. Зимой они охватывают огромные области от полюсов до широты 55 градусов (соответствует широте Ульяновска). С сезонным повышением температуры они довольно быстро сжимаются ближе к полюсу, сублимируют, превращаясь в газ, минуя жидкую фазу. В результате над полярными областями повышается атмосферное давление, возникают сильные ветры (до 100 метров в секунду), охватывающие оба полушария.
Когда в северном полушарии весна, на Марсе свирепствуют сильнейшие бури, подымающие миллионы тонн песка. Под действием сезонных ветров, изменяющих направление, песчаные горы - дюны – поворачиваются, изменяется и расположение отбрасываемых ими теней. Эти сезонные изменения пятен на поверхности Марса при наблюдениях в небольшие телескопы дали основание предполагать, что это – растительность.
Когда бурь нет, днем из-за пыли в атмосфере на Марсе небо розовое, а ночью эта пыль пратически не мешает видеть звездное небо, Землю с Луной и другие планеты. Два спутника Марса, Фобос и Деймос, скорее всего, - захваченные астероиы. Фобос так близок к Марсу, что облетает его 3 раза за сутки, он восходит на западе и заходит на востоке.
К Марсу было направлено более 40 космических аппаратов. Первые – советские – мечта С.П. Королева – в 1960 году. В 1976 г. американские «Викинг-1» и «Викинг-2» впервые сели на поверхность Марса, передали панорамы поверхности и провели первые опыты поисков жизни. Вокруг «Викингов» оказалась пустыня, заманчиво похожая на земную.
Наши аппараты участвовалли в изучении рельефа и составлении карт поверхности Марса. С 1996 года, Марс исследуют американские марсоходы.
Сейчас к Марсу для поисков признаков жизни летит наш космический аппарат «ЭкзоМарс-2016». Основная задача – выяснить природу имеющегося там метана. Он может появиться в результате двух процессов: один из них геологической природы, а второй – биофизической. Метан распределен по поверхности планеты неравномерно, есть две более активные области. Может быть, под поверхностью сохранилась хотя бы примитивная жизнь? Геологическая активность давно прекратилась (?!), а метан – недолговечное соединениt, он разлагается под действием солнечных лучей. Значит, откуда-то пополняется. Что является его источником? О космическом аппарате «ЭкзоМарс-2016» более подробная и интересная статья помещена на нашем сайте.