Mars: Изучение тайн, науки и жизни Красной планеты

Марс — четвёртая планета от Солнца. По размеру и массе он занимает седьмое место. Его можно заметить на ночном небе. Это периодический красноватый объект. Символ Марса — ♂.

Люди называют его Красной планетой. Они ассоциируют его с войной. Название происходит от римского бога войны. Вавилонские астрономы знали об этом 3000 лет назад. Они называли его Нергалом. Это бог смерти и чумы. У Марса есть два спутника. Один из них — Фобос. Это означает «страх» на греческом языке. Другой — Деймос. Это означает «ужас». Они были сыновьями Ареса и Афродиты.

Числовые данные о красной планете

Марс — это не просто история. Это данные. Орбита планеты находится далеко от Земли. Среднее расстояние от Солнца составляет 227 943 824 километра. Это 1,5 астрономических единиц (а.е.). Его орбита не является идеальным кругом. Эксцентриситет равен 0,093. Наклонение к эклиптике составляет 1,85 градуса.

Год на Марсе — это долгое время. Чтобы совершить оборот вокруг Солнца, требуется 686,98 земных дней. Когда Марс находится в оппозиции к Солнцу на нашем небе, он сияет ярко. Видимая звёздная величина составляет -2,01. Синодический период равен 779,94 земным дням. Это время, необходимое планете, чтобы вернуться в то же положение на небе относительно Солнца, наблюдаемое с Земли. Средняя орбитальная скорость составляет 24,1 км/с.

Эта планета меньше Земли. Радиус экватора составляет 3 396,2 километра. Радиус Северного полюса равен 3 376,2 километра. Южный полярный радиус составляет 3 382,6 километра. Площадь поверхности равна 1,44 × 10^8 км^2. Масса составляет 6,417×10^23 кг. Средняя плотность равна 3,93 г/см^3.

Гравитация там слабее. Среднее ускорение свободного падения на поверхности составляет 371 см/с^2. Вторая космическая скорость равна 5,03 км/с. День на Марсе примерно такой же, как день на Земле. Период вращения составляет 24 часа, 37 минут и 22,663 секунды. Среднее солнечные сутки (сол) равны 24 часам, 39 минутам и 36 секундам.

Экватор наклонён. Угол наклона к орбите составляет 25,2 градуса. Температура очень холодная. Средняя температура поверхности составляет 210 К, или -82 °F, или -63 °C. Давление низкое. Типичное поверхностное давление равно 0,006 бар. Известно два спутника.

Почему Марс важен для астрономов

Марс интересен не только из-за своего кровавого вида. Это вторая по близости к Земле планета. Венера находится ближе. Марс обычно легко заметить. Его орбита находится за пределами земной. Эта планета — единственная, имеющая твёрдую поверхность и атмосферные явления, видимые через телескоп на Земле.

Начиная с 1960-х годов, многовековые наблюдения с Земли и исследования космических аппаратов выявили сходства. Марс во многом похож на Землю. Есть облака. Есть ветер. В сутках около 24 часов. Есть сезонные погодные явления. Есть полярные ледяные шапки. Есть вулканы. Есть каньоны.

Есть указания на то, что миллиарды лет назад Марс был более похож на Землю. Атмосфера там была плотнее. Было теплее. Было много воды. Текли реки. Существовали озёра. Паводковые каналы вырезали ландшафт. Возможно, океан покрывает часть его поверхности.

Из всех признаков следует, что сейчас Марс — это безжизненная, замерзшая пустыня. Но фотографии рассказывают другую историю. На склонах кратеров появляются тёмные полосы. Это происходит весной и летом на Марсе. Это предполагает, что в течение сезона могут течь небольшие объёмы воды.

Аппарат InSight обнаружил нечто более глубокое. Кора на глубине от 11,5 до 20 километров под поверхностью насыщена водой. Это важно. Жизнь, какой мы её понимаем, не может существовать без воды. Если микроскопические формы жизни возникли на Марсе, они могли выжить в этих скрытых водных средах.

Поиск древних микроорганизмов

Учёные давно ищут доказательства жизни. В 1996 году группа исследователей сообщила об доказательствах древней микробной жизни. Они обнаружили её в марсианском метеорите. Большинство исследователей оспаривают это объяснение.

У NASA есть новые объявления на 2025 год. Марсоход Perseverance обнаружил два минерала: вивианит и грейгит. На Земле эти минералы образуются в присутствии микроорганизмов.

Означает ли это, что на Марсе есть жизнь? NASA заявляет, что не может исключить вероятность того, что жизнь образовала эти минералы. Но мы также не можем этого подтвердить. Образцы необходимо доставить на Землю. Приборы Perseverance не смогли выполнить необходимый глубокий анализ.

С конца XIX века Марс был самым гостеприимным местом в Солнечной системе после Земли. Это также относится к местной жизни. Это относится к человеческому исследованию и заселению. В то время было много спекуляций. Люди говорили о каналах Марса. Это сложные системы длинных, прямых поверхностных линий. Лишь немногие астрономы утверждали, что видели их.

Они считали, что они были созданы разумными существами. Сезонные изменения также подтверждают это. Расширение и отступление растительности объясняет эти изменения. Это добавляет доказательств биологической активности.

Каналы были иллюзорны. Сезонные изменения носят геологический, а не биологический характер. Однако научный и общественный интерес ещё не угас.

Марс в культуре и воображении

Марс занимает особое место в поп-культуре. Он вдохновлял поколения писателей. Герберт Уэллс писал в разгар эпохи каналов Марса. За ним последовал Эдгар Райс Берроуз. Рэй Брэдбери писал в 1950-х годах. Ким Стэнли Робинсон писал в 1990-х годах.

Марс является центральной темой в радио, телевидении и кино. Орсон Уэллс создал радиоспектакль по роману Герберта Уэллса «Война миров». Эта программа была показана 30 октября 1938 года. Тысячи слушателей поверили, что существа с Марса вторгаются на Землю. Это стало печально известным событием.

Тайны планеты всё ещё существуют. Многие реальные тайны остаются. Они стимулируют научные исследования. Они пробуждают человеческое воображение. Эта ситуация сохраняется и по сей день.

Понимание орбитальной механики Марса

Марс — четвёртая планета от Солнца. Он находится на среднем расстоянии 228 миллионов километров. Это примерно 140 миллионов миль. Для сравнения, это примерно в 1,5 раза больше расстояния от звезды до Земли. Орбита не является идеальным кругом. Она вытянута и узка. Эта форма означает, что расстояние между Марсом и Солнцем постоянно меняется. В ближайшей точке Красная планета находится всего в 206,6 миллиона километров от Солнца. В самой дальней точке она удаляется на 249,2 миллиона километров.

Год на Марсе примерно вдвое длиннее, чем на Земле. Для обращения вокруг Солнца требуется 687 земных дней. Расстояние от Земли также сильно варьируется. В момент наименьшего сближения расстояние сокращается до менее чем 56 миллионов километров. Если планеты находятся по разные стороны Солнечной системы, их расстояние может достигать почти 400 миллионов километров.

Почему противостояние важно для наблюдений

Марс наиболее легко наблюдать, когда Солнце и планета находятся в противоположных направлениях на небе. Это событие называется противостоянием. В этот период Марс виден высоко в небе. Вы также видите полностью освещённую сторону планеты. Геометрия проста, но эффективна.

Последующие противостояния происходят примерно каждые 26 месяцев. Однако не все противостояния одинаковы. Эти события могут происходить в разных точках орбиты Марса. Это время критично для наблюдателей на Земле.

Условия наблюдения лучше всего, когда Марс находится ближе всего к Солнцу в своей орбите. Поскольку орбита эллиптическая, это приближает планету к Земле. В результате Марс выглядит ярче и крупнее. Эти близкие противостояния редки. Они происходят примерно каждые 15 лет.

«Близкие противостояния происходят примерно каждые 15 лет.»

Если вы планируете следить за Красной планетой, время решает всё. Когда орбитальная механика работает в вашу пользу, вы хотите поймать её в нужный момент. Отсутствие 15-летнего периода означает, что на ночном небе будет тёмный, маленький диск. Наука об орбитальной механике определяет, когда вы получите лучшие виды.

Марс совершает один оборот за 24 часа и 37 минут. Это немного дольше, чем наши сутки. Ось планеты наклонена примерно на 25 градусов к плоскости её орбиты. Этот наклон создаёт времена года. Год на Марсе длится 668,6 солнечных дней, которые мы называем соларами.

Орбита эллиптическая. Это меняет времена года. Лето на юге короткое, но тёплое, длится всего 154 солара. Лето на севере долгое и прохладное, занимает 178 соларов.

Это не является постоянным. Динамика меняется. Примерно через 25 000 лет северное лето станет короче и теплее.

Наклон оси также дрейфует. Он меняется каждые миллион лет. В настоящее время наклон может падать почти до нуля. Если это произойдёт, времён года не будет. Или он может колебаться до 45 градусов. Тогда будут экстремальные времена года. Через несколько сотен миллионов лет температура может подняться до 80 градусов.

Физические размеры и гравитация

Марс мал. Он немного больше Меркурия. Он чуть больше половины размера Земли.

Радиус экватора составляет 3396 километров. Полярный радиус — 3379 километров. Его масса составляет одну десятую массы Земли.

Гравитация слабая. Ускорение на поверхности Земли составляет 3,72 метра в секунду. Там вес составляет немного больше трети веса на Земле.

Площадь поверхности сложна для понимания. Площадь поверхности Марса составляет всего 28% от площади поверхности Земли. Однако Земля в основном покрыта водой. У двух планет практически одинаковая площадь суши.

Ранние телескопические наблюдения

Древние астрономы были в замешательстве. Они не могли объяснить движение Марса. Иногда он движется вместе со звёздами. Это прямое или проградное движение. Иногда он движется назад. Это ретроградное движение.

Иоганн Кеплер решил часть этой загадки в 1609 году. Он использовал наблюдения Тихо Браге, сделанные невооружённым глазом. Он пришёл к выводу, что Марс движется по эллипсу. Скорость неравномерна, но предсказуема. Это опровергло представление Птолемея о идеально круговой орбите. Это проложило путь к современной теории гравитации.

Галилей увидел диск Марса в 1610 году. Это было первое время, когда круглая форма Марса была наблюдалась с помощью телескопа.

Кристиан Гюйгенс точно описал узор на поверхности. В 1659 году он сделал набросок Большого Сиртиса. Это крупное тёмное образование на планете.

Джованни Доменико Кассини отметил полярные шапки около 1666 года.

Гюйгенс также обнаружил период вращения в 1659 году. Кассини измерил его в 1666 году и нашёл значение 24 часа и 40 минут. Это всего на 3 минуты отличается от фактического значения.

Уильям Гершель отметил тонкую атмосферу в 1780-х годах. Он был немецкого происхождения, но работал в Британии. Он измерил наклон оси. Он обсуждал времена года.

Асаф Холл открыл два спутника Марса в 1877 году. Он работал в Военно-морской обсерватории США.

Телескоп также показывает погоду. Можно увидеть типы облаков. Можно увидеть, как полярные шапки увеличиваются и уменьшаются. Вы увидите, что цвет и размер тёмных областей меняются в зависимости от сезона.

Вильгельм Бейер и Иоганн Генрих фон Мэдлер создали первую известную карту Марса в 1830 году. Это был грубый набросок. Легко сказать, что это не картографический шедевр, но это хорошая отправная точка.

Затем появился Джованни Вирджино Скіапарелли. Он создал первую современную астрономическую карту в 1877 году. Это было не просто изображение. Это основа того, как мы сегодня называем объекты на Красной планете.

Скіапарелли использовал латынь. Он активно применял географию древнего Средиземноморья. Место, которое нам знакомо. Название, которое мы используем до сих пор. Однако карта скрывает темный секрет.

Появится прямая линия.

Линии, соединяющие светлые области. Скіапарелли назвал их «каналами». По-итальянски это означает «канал».

«Хотя Скіапарелли обычно считается первым, кто описал их, его соотечественник Пьетро Анджело Секки предложил идею канала еще в 1869 году».

Секки выдвинул эту идею раньше. Но Скіапарелли нанес ее на карту. Мир увидел их. Или им показалось, что увидел.

Персиваль Лоуэлл изменил все. Он основал обсерваторию в Флагстаффе, Аризона. Конец XIX века. Он специально выбрал Марс для своих наблюдений. Он не просто наблюдал. Он составлял карты.

Сложные карты. Детализированные карты. Он потратил десятилетия на поиски этих каналов до своей смерти в 1916 году.

Каналов никогда не существовало.

Это была иллюзия. Обман зрения. И мозга.

Однако ущерб был нанесен. Весь мир верил, что на Марсе существует искусственная система водоснабжения. На протяжении десятилетий.

Как человеческое зрение работает на далеких планетах

История исследования Марса — это не только про телескопы. Это про психологию.

Вы можете увидеть паттерн. Даже когда его нет.

Скіапарелли увидел линию. Лоуэлл увидел каналы. Ученые увидели доказательства разума.

Это не было злонамеренным. Это было ожидание.

Когда вы часами смотрите на размытую точку. Ваш мозг стремится соединить точки. Буквально.

Прямые линии были артефактами низкого разрешения. Атмосферными искажениями. Человеческим воображением.

Но название прижилось.

Латынь. География Средиземноморья.

Вот почему мы до сих пор используем эти термины. Не потому, что они правильные. А потому, что они были первыми.

Почему латинские названия все еще важны сегодня

Система наименований 1877 года все еще используется.

Почему?

Потому что наука бюрократична. И очень ленива.

Изменить название сложно. Это вызывает путаницу. Это нарушает исторические записи.

Поэтому мы сохранили ошибки.

Каналов больше нет. Карты стали лучше. Роверы находятся на поверхности.

Но что насчет названия?

Они остались.

Призрак столетнего непонимания. Они были вырезаны в ландшафте планеты, которая в них не нуждалась.

Имеет ли это значение?

Возможно, нет.

Но это напоминание.

Мы всегда ищем то, что хотим увидеть.

Для наблюдателей с Земли Марс выглядит как ржавый шар. Яркие пятна имеют охристо-красный цвет, а чёрные точки, кажется, парят над ними. Исторически астрономы называли яркие области «пустынями». Большую чёрную область они назвали «Морями» (Maria) — латинским словом, означающим море или океан. Они действительно верили, что вода покрывает эти области. Это не просто догадка. Это была общепринятая теория. Однако земные телескопы не позволяют увидеть рельеф. Они могут фиксировать лишь изменения яркости или изменения непрозрачности атмосферы. Горы не видны. Видна только контрастность.

Иллюзия воды и каналов

Чёрные пятна покрывают около трети планеты. Они расположены преимущественно между 10 и 40 градусами южной широты. Узоры не статичны. Они меняются на протяжении десятилетий и иногда веков. В северном полушарии выделяют три основные особенности: равнину Ацидалию, Большое Сиртис и тёмное кольцо вокруг полюсов. Ранние исследователи считали, что это мелководные океаны. Или, возможно, это области, покрытые растительностью. Теперь мы знаем лучше.

Большая часть тёмных областей — это не вода. Это песок, раздуваемый ветром. Или яркие участки, лишённые пыли. Ветер поднимает чёрный песок. Он также очищает поверхность. Яркие участки? Чаще всего это просто скопления пыли. Это игра сокрытия и раскрытия.

Затем идут каналы.

В начале XX века они были везде на картах. Известные. Детальные. Они точно соответствовали тому, как их рисовали картографы. Снимки космических аппаратов ничего подобного не показывают. Каналы — это иллюзия. Наблюдатели напряжённо всматривались. Они доводили разрешение телескопов до абсолютного предела. Мозг заполняет пробелы. Соединяет точки, которых не существует.

«Эти каналы… почти наверняка являются воображаемыми объектами, которые наблюдатели думали, что видят, когда тщательно искали объекты на пределе разрешения телескопа».

Были и другие явления, которые ставили в тупик ранних астрономов. «Тёмная приливная волна». «Синий туман». Оба эффекта — оптические иллюзии. Наблюдаются изменения условий смешивания и отражательной способности поверхности. Это не магия. Это атмосферная оптика и пыльные поверхности, играющие с человеческим восприятием.

Полюса

Ритмичный танец марсианского льда

Для тех, кто наблюдает за красной планетой через телескоп, полярные регионы являются местом главных событий. Они следуют строгому и предсказуемому ритму. Когда в определенном полушарии наступает осень, в полярных областях начинают накапливаться облака. Сама шапка, состоящая из замерзшего углекислого газа, начинает расширяться.

Она асимметрична. Полярная шапка перестает расти примерно на широте 55 градусов. Чем дальше на юг мы продвигались, тем выше поднималась температура, достигая 50 градусов. А затем наступает весна. Лед отступает.

Лето приносит серьезные изменения на севере. Щит из CO2 исчезает полностью. Остаются лишь небольшие остатки водяного льда. На юге ситуация иная. В течение всего лета там оставались небольшие остатки льда — упорная смесь углекислого и водяного льда, которая отказывалась таять полностью.

Двухвековая загадка

Потребовалось почти 200 лет, чтобы выяснить, из чего на самом деле состоят эти шапки. Все началось с Уильяма Гершеля. Британский астроном наблюдал за Марсом и выдвинул гипотезу, что его полюса похожи на земные. Он полагал, что это водяной лед. Это казалось достаточно простым объяснением.

Затем в 1898 году ирландский ученый Джордж Дж. Стоуни задал другой вопрос. Он предположил, что шапка может состоять из замерзшего углекислого газа. У него было предчувствие. Но у него не было доказательств.

В 1947 году доказательства наконец появились. Нидерландско-американский астроном Джерард Койпер обнаружил углекислый газ в атмосфере Марса. Это стало недостающим звеном. Гипотеза изменилась.

Моделирование холода

В 1966 году дискуссия перешла от спекуляций к точным цифрам. Американские ученые Роберт Лейгтон и Брюс Мюррей создали численную модель тепловой среды на Марсе. Их результаты серьезно поставили под сомнение теорию о водяном льде.

Согласно их расчетам, в условиях Марса атмосферный углекислый газ замерзает на полюсах. Когда они смоделировали рост и сокращение шапки из углекислого газа, поведение совпало с тем, что фактически наблюдали астрономы.

Модель предсказывает определенные данные о глубине этих шапок. Она очень незначительна. Вблизи полюсов она составляет всего несколько метров и постепенно истончается в сторону экватора. Это упрощение реальной ситуации, но оно все еще применимо.

Это было подтверждено двумя годами позже. В 1969 году космические аппараты «Маринер-6» и «Маринер-7» пролетели мимо Марса. Их тепловые и спектроскопические измерения идеально совпали с предсказаниями Лейгтона и Мюррея. Шапки действительно состояли из углекислого газа.

Преходящие атмосферные явления

Впервые наблюдатели с помощью телескопа заметили, что некоторые особенности поверхности Марса иногда исчезают. Эти временные возмущения появляются в виде белых или желтых пятен. Исследователи правильно определили белые пятна как конденсированный газ, а желтую дымку — как пыль. Они также обнаружили, что черные пятна периодически исчезают, обычно во время южного лета. Еще одно правильное объяснение заключается в том, что глобальные пылевые бури покрывают все вокруг. Позднее космические аппараты подтвердили, что поверхность часто скрывают туман, облака и дымка.

Состав марсианского воздуха

В 1947 году голландско-американский астроном Джерард П. Койпер использовал данные телескопа, чтобы определить, что атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа. Воздух невероятно разрежен. Давление в нем составляет менее 1% от земного атмосферного давления. Из-за больших различий в рельефе давление в разных областях варьируется в 15 раз. Сегодня в воздухе содержится лишь небольшое количество воды. Когда вся вода оседает, образуются ледяные кристаллы толщиной всего 10 микрон. Их можно собрать в твердые блоки, не превышающие по размеру средний айсберг.

Несмотря на нехватку воды, атмосфера близка к насыщению. Часто наблюдаются облака из водяного льда. Низколежащие облака и туман скапливаются в углублениях ландшафта, таких как долины и кратеры. Тонкие облака часто появляются на утреннем терминаторе, то есть на границе между светом и тьмой. Орографические облака образуются, когда влажный воздух поднимается выше и охлаждается. Они формируются вокруг заметных объектов, таких как кратеры и вулканы. Западное движение спиральных штормовых систем регулярно происходит в средних широтах зимой. Большинство облаков, включая белые облака, наблюдаемые ранними исследователями, состоят из водяного льда.

Когда поднимается пыль

Песчаные бури — обычное явление на Марсе. Они могут происходить в любое время, но достигают пика активности весной и летом в южном полушарии. Этот период совпадает с ближайшим подходом Марса к Солнцу. В этот момент температура поверхности достигает максимума. Большинство бурь носят региональный характер. Они длятся несколько недель. Но каждые два-три года буря приобретает глобальный масштаб. Пыль поднимается наверх, и остаются видимыми только вершины самых высоких вулканов. Эти горы находятся на высоте 21 километр (13 миль) над средним радиусом планеты.

Марсианская атмосфера — это не просто разреженный воздух. Это динамичная система давления, льда и пыли. Облака формируются по предсказуемым схемам. Штормы следуют ритму сезонов. Но без личного наблюдения за глобальными событиями трудно оценить их масштаб. Что происходит, когда пыль покрывает все? Поверхность становится чистым листом. Наблюдатели на Земле видели, как это происходит. Мы наблюдаем это сейчас с орбиты. Вопрос в том, что произойдет дальше.

Призрак марсианского циклона

Его не видно с Земли. Слишком мал и слишком слаб. Но орбитальные аппараты и посадочные роверы фиксируют активность пылевых вихрей. Тонкие спиральные следы, видимые на высокодетализированных снимках Марса, — это шрамы, оставленные невидимой рукой. Они очень распространены. Они очень упорны. Они придают планете её собственный характер.

Там атмосфера ощущается иначе. В нижних слоях атмосферы температура составляет около 200 Кельвинов. Это -100°F. -70°C. Холоднее средней дневной температуры поверхности в 250 К (−10 °F). Вы идете по миру холоднее вашей кожи в дневное время. Это похоже на Антарктиду зимой. Жестоко. Безветренно. Но смените сезоны. Вступите в очень темную почву летом. Солнце светило ярко. Дневная температура может достигать около 290 К (62 °F). Спокойный весенний день на Земле. На Марсе это редкое удовольствие.

Над турбулентным слоем у поверхности ситуация становится нестабильной. Температура падает с увеличением высоты. Примерно на 1,5 К на километр. 2,4 К на милю. Чем выше вы поднимаетесь, тем холоднее становится. Простая физика. Суровая реальность.

Почему давление на Марсе меняется так быстро?

Атмосфера Земли остается относительно стабильной. На Марсе дело обстоит иначе. Давление воздуха сильно варьируется в зависимости от сезона. Почему? Потому что основной газ — углекислый газ. Углекислый газ не просто существует здесь. Он замерзает. Он «выпадает в виде снега» на зимнем полюсе. Затем весной он сразу возвращается в газообразное состояние. Сублимирует. Жидкой фазы нет. Он просто превращает твердое тело в газ.

Южные зимние шапки больше северных зимних шапок. Поэтому, когда на юге темно, давление падает глубже. Атмосфера достигает своего минимума. Затем процесс начинается снова. Этот цикл повторяется. Давление меняется на 26% в год.

Давайте подумаем об этом числе. 26%.

Каждый год около 7,9 триллионов тонн углекислого газа выбрасывается из атмосферы и возвращается обратно. Это далеко не маленькое количество. Это соответствует слою твердого сухого льда толщиной не менее 23 см (9 дюймов). Или метрам марсианского снега из углекислого газа. Это повсеместно. Воздух буквально всасывается и выталкивается.

Химический состав разреженного воздуха

Что содержится в воздухе? Углекислый газ составляет 95,3% массы. В девять раз больше, чем в настоящее время в гораздо более массивной атмосфере Земли. Но вот проблема. Большая часть земного углекислого газа связана. Химически связана с осадочными породами. Количество углекислого газа в марсианской атмосфере менее чем в 1000 раз ниже общего количества углекислого газа на Земле. Остальное — это азот. водяной пар. Благородные газы. Аргон. Неон. Криптон. Ксенон.

Давление в атмосфере Марса испытывает драматические сезонные изменения, поскольку углекислый газ «выпадает в виде снега» на зимних полюсах и сразу превращается обратно в газ.

Также присутствуют небольшие количества других газов. Молекулярный кислород. Оксид углерода. Оксид азота. Небольшие количества озона. Это не примитивные реликты. Они создаются фотохимическими реакциями. Обычно расположенными выше в атмосфере. Солнечный свет разрушает одни вещества. Создает новые.

Состав марсианской атмосферы

Газ	Масса, %
Углекислый газ (CO2)	95,32
Молекулярный азот (N2)	2,7
Аргон (Ar)	1,6
Молекулярный кислород (O2)	0,13
Оксид углерода (CO)	0,07
Водяной пар (H2O)	0,03
Неон (Ne)	0,00025
Криптон (Kr)	0,00003
Ксенон (Xe)	0,000008

Источник: Данные атмосферных исследований.

Потеря самого легкого элемента

Нижние слои атмосферы поставляют энергию в ионосферу. Низкая плотность. Температура очень высока. Компоненты разделяются диффузией. Масса имеет значение. Тяжелые вещи тонут. Легкие объекты всплывают. На верхушке атмосферы объекты исчезают в космосе. каждый раз. Это влияет на изотопный состав того, что остается.

Водород — самый легкий. Он легко улетучивается. Преимущественно. Дейтерий тяжелый. Он остается. Из-за быстрой потери водорода в марсианской атмосфере в пять раз больше дейтерия, чем в земной атмосфере. Химический отпечаток. Запись потерь. Напоминание о том, что планета медленно, невидимо, сжимается. В пустоту.

Вода на Марсе — это призрачная субстанция. Она присутствует, но её невозможно уловить. В марсианской атмосфере содержится лишь следовое количество этого элемента: всего несколько молекул на 10 000 молекул воздуха. Этот дефицит обусловлен суровым холодом планеты. Низкое атмосферное давление и ледяные температуры поверхности удерживают воду в условиях, редко встречающихся на Земле.

Парадокс пара на Красной планете

На самом деле атмосфера насыщена водяным паром. По сути, в этом и заключается суть явления. Но если вы встанете на поверхность, то увидите, что жидкой воды нет. При слишком низких температуре и давлении жидкая фаза не может существовать стабильно. Молекулы воды на Марсе могут находиться только в виде льда или пара. Промежуточного состояния нет. Нет луж. Нет дождя. Лишь тонкий, холодный туман.

Минимальный обмен с поверхностью

Учитывая, насколько холодны ночи, можно задаться вопросом, не перекачивает ли промёрзший грунт постоянно влагу в атмосферу. Однако такая ситуация редка. Очень мало воды обменивается с поверхностью Марса каждый день. Из-за экстремально холодных ночей атмосферная влага с меньшей вероятностью конденсируется на земле и остаётся там. Она либо остаётся во взвешенном состоянии, либо быстро замерзает при контакте, создавая равновесие между воздухом и почвой.

Эта динамика делает Марс химически активным, но физически сухим местом. Вода управляет атмосферной химией и метеорологией, формируя погодные паттерны, которые мы лишь начинаем понимать. Хотя она не касается поверхности в жидкой форме, она циркулирует в воздухе и влияет на перемещение пыли и образование облаков.

Почему это важно для будущих исследователей

Понимание этого цикла пара и льда — не просто академический интерес. Это объясняет, почему на шасси образуется иней, почему на солнечных панелях накапливается лёд и почему требуются специальные методы извлечения воды из атмосферы. Вы не можете просто рыть скважины в поисках жидких водоносных горизонтов. Необходимо захватывать пар или добывать залежи льда.

Тот факт, что жидкая вода отсутствует, не означает, что планета инертна. Это означает, что вода ведёт себя иначе. Она действует как химический катализатор, а не как растворитель. Она формирует небо больше, чем почву.

Это порождает вопрос: если Марс настолько сухой, почему мы видим свидетельства древних рек? Ответ кроется в более тёплом, влажном и радикально ином прошлом. Современное состояние — это замёрзший реликт той эпохи.

Учёные изучают эти следовые количества, чтобы предсказать, как изменится климат планеты во время пылевых бурь. Водяной пар взаимодействует с солнечным светом и частицами пыли сложным образом. Он влияет на температурный градиент в верхних слоях атмосферы. Он влияет на формирование полярных облаков.

Пределы марсианской гидрологии

Ограничения строгие. Давление слишком низкое. Температура слишком низкая. Диаграмма фазового состояния воды на Марсе не оставляет места для стабильных жидкостей на поверхности. Это серьёзное физическое ограничение.

Будущие миссии должны учитывать это. Они не могут полагаться на источники поверхностной воды. Системы должны быть спроектированы для работы с паром и льдом. Эти малые количества воды вызывают химические реакции в воздухе. Это хрупкий баланс. Ситуация может измениться, если планета когда-нибудь значительно потеплеет.

В настоящее время это всё ещё цикл водяного пара и льда. Тихий, невидимый двигатель, приводящий в движение марсианскую погоду. Мы наблюдаем его с орбиты. Мы измеряем его с помощью датчиков. Мы пытаемся понять мир, где вода есть, но её там совершенно нет.

Скрытый водный цикл и древняя атмосфера

Водяной пар присутствует не только на Марсе. Он равномерно распределяется на высоте до 10–15 км (6–9 миль). Распределение не является случайным. Сильный широтный градиент полностью зависит от сезона. Наибольшие изменения происходят в северном полушарии.

Когда в северном полушарии наступает лето, полярная шапка из углекислого газа полностью исчезает. Остаётся только шапка из водяного льда. Начинается сублимация. Вода напрямую превращается в газ из остаточной шапки. Это создаёт резкий концентрационный градиент. Пар активно перемещается с севера на юг.

На юге ситуация иная. Летом полярная шапка из углекислого газа сохраняется. Водяной лёд наблюдается редко. Поэтому сильные атмосферные градиенты обычно не образуются. Водный цикл планеты асимметричен. Он зависит от сезонных шапок.

Где скрыт лёд?

Водяной пар в атмосфере может контактировать с гораздо более крупными резервуарами. Они находятся в почве. К северу и югу от 40° подземный лёд, похоже, повсюду. Низкие температуры в грунте предотвращают сублимацию. Лёд заперт.

Зонд Mars Odyssey подтвердил это в 2001 году. На широтах выше 60 градусов лёд залегает на глубине 1 метр от поверхности. Это обнаружил посадочный модуль Phoenix на широте 68° северной широты. Мы не знаем, насколько глубоко он залегает.

Изображения с орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter сообщают нам ещё больше. Новые ударные кратеры между 40° и 60° северной широты обнажают подземный водяной лёд. Он находится близко к поверхности — на глубине 74 сантиметра (29 дюймов). Он близко к поверхности.

На низких широтах лёд нестабилен. Там он сублимирует в атмосферу. Земля хранит другие секреты в своих глубинах.

Куда делась атмосфера?

Изотопные измерения дают подсказки. Раньше здесь было много углекислого газа, азота и аргона. Марс мог потерять большую часть своих летучих веществ на раннем этапе своей истории. Потери произошли в космос или под землю. Химическая фиксация в породах.

Ранняя Солнечная система была суровой. Ультрафиолетовое излучение Солнца было гораздо интенсивнее. Солнечный ветер бомбардировал планету. У Марса когда-то была более плотная атмосфера. Большая её часть улетучилась. Она была сдута в космос.

Тайна и вертикальная структура метана

Метан обнаружен. Curiosity наблюдал сезонные колебания. Показатели орбитальных аппаратов либо случайны, либо полностью отсутствуют. Это противоречие важно. Некоторые процессы удаляют метан у поверхности до того, как он распространится.

Вулканы исключены. Метеориты исключены. Остаётся химическая реакция между породой и водой. Или метаболизм возможных марсианских микробов. Источник остаётся загадкой.

Вертикальные структуры основаны на передаче энергии. Температура и давление связаны с высотой. Солнечная энергия поступает. Излучение уходит. Баланс сложен.

Есть два фактора, контролирующих нижнюю атмосферу. Она состоит почти из чистого углекислого газа. Большое количество взвешенной пыли. Углекислый газ эффективно излучает энергию при марсианских температурах. Атмосфера быстро реагирует на изменения Солнца. Пыль напрямую поглощает тепло от солнечного света. Она обеспечивает распределённый источник энергии.

Температура поверхности сильно варьируется. Важна широта. Перепад от дня к ночи очень резкий. В местах посадки Viking 1 и Pathfinder (20° с.ш.) температуры колеблются от 189 К (−119 °F, −84 °C) перед восходом солнца до 240 К (−28 °F, −33 °C) во второй половине дня. Разброс больше, чем в пустынях Земли.

Изменения наиболее выражены вблизи земли. Тонкая, сухая атмосфера вызывает быструю потерю тепла поверхностью ночью. Пылевые бури ухудшают это. Амплитуда колебаний уменьшается. Спустя несколько километров суточные колебания ослабевают. Колебания появляются в других местах. Они регулярны. Периодичны. Синхронизированы с Солнцем. Учёные называют их приливами. Атмосфера имеет сложную вертикальную структуру.

Охлаждение происходит вверх. Скорость составляет 1,5 К на км. Это продолжается примерно 40 километров (25 миль). Тропопауза находится именно там. Температура постоянна и составляет около 140 К (−210 °F, −130 °C). Учёные ожидали 5 К на км. Измеренная скорость оказалась неожиданно низкой. Большое количество пыли в воздухе объясняет разницу. Воздух чище, чем ожидалось.

За пределами 100 километров (60 миль) структура меняется. Тяжёлые молекулы концентрируются под лёгкими молекулами. Диффузионное разделение преодолевает турбулентность. Турбулентность пытается смешать всё вместе. На больших высотах побеждает разделение.

Ультрафиолетовый свет расщепляет газы и ионизирует их. Ниже следует сложная химическая последовательность. Средняя температура на верхней границе атмосферы составляет около 300 К (80 °F, 27 °C).

Почему погоду на Марсе нельзя сравнивать с погодой на Земле

На первый взгляд, глобальные циркуляционные модели Марса похожи на земные. Дует ветер. Меняется система давления. Выглядит знакомо. Но если присмотреться, сходства исчезают. Марсианская система погоды фундаментально отличается от нашей климатической системы. Мы привыкли считать, что наличие океана заставляет атмосферу вести себя предсказуемо. На Марсе этого нет.

Марс лишён тепловой инерции, которая стабилизирует климат Земли. Наш океан действует как гигантский охладитель, сглаживая температурные колебания. На Марсе нет такого буфера. Там атмосфера адаптируется к солнечному излучению с поразительной скоростью. Когда солнечный свет попадает на определённый участок, воздух реагирует мгновенно. Без задержек. Нет возможности аккумулировать тепло. Происходит немедленная и непредсказуемая реакция.

Обратите внимание на рельеф. Диапазон высот на красной планете огромен. Здесь есть глубокие бассейны и towering вулканы. Это создаёт локальные перепады давления и вызывает ветры, которых не существует на относительно ровных континентальных шельфах Земли. Сам рельеф заставляет воздушные массы двигаться по сложным и непредсказуемым траекториям.

Затем есть пыль. Это не просто частицы. Это тепловой двигатель. Взвешенные в воздухе пылевые частицы поглощают солнечную радиацию и переизлучают её в виде тепла. Это сильное внутреннее нагревание атмосферы полностью меняет вертикальное распределение температуры. Меняется скорость ветра. Меняются места образования облаков. На Земле мы отслеживаем влажность. На Марсе необходимо отслеживать плотность частиц.

Полюса рассказывают другую историю. Большая часть марсианской атмосферы не остаётся газообразной круглый год. Она замерзает. Сезонное осаждение в полярных регионах удаляет большие объёмы углекислого газа из столба воздуха. Затем, по мере приближения лета, он сублимируется обратно в атмосферу. Это создаёт эффект «дыхания» планеты. Общая масса атмосферы меняется почти на 30% в течение сезона.

Это не просто академический вопрос. Понимание этой динамики ключевое для будущих исследований. Если вы хотите высадить ровер или спроектировать обитаемый модуль, вам нужно знать, выдержит ли воздух достаточное давление для поддержания систем, обеспечивающих жизнь. Вам нужно знать, покроет ли пыль ваши солнечные панели за несколько часов. Марсианская погода — это не просто фоновое явление. Это активная, агрессивная сила.

Почему мы продолжаем сравнивать её с Землёй? Это очень успокаивает. Но это неправильно. Фундаментальные причины различны. Все движущие силы чужды. Атмосфера тонкая, пыльная и непредсказуемая. Ей нет дела до наших моделей. Ей важны солнечный свет, камни и лёд.

Поведение ветра в местах посадки

Ветры у поверхности в местах посадки аппаратов «Викинг» и Pathfinder, как правило, вели себя предсказуемо и были слабыми. Средняя скорость обычно составляла менее 2 метров в секунду (4,5 мили в час), хотя фиксировались порывы до 40 метров в секунду (90 миль в час). Другие наблюдения, включая следы развеваемой ветром пыли, формы в полях дюн и многочисленные виды облаков, предоставили дополнительные подсказки о поверхностных ветрах.

Глобальные циркуляционные модели и сезонная зависимость

Глобальные циркуляционные модели, учитывающие все факторы, влияющие на поведение атмосферы, предсказывают сильную зависимость ветров от марсианских сезонов из-за больших горизонтальных температурных градиентов, связанных с краем полярных шапок осенью и зимой. На высоких широтах зимой формируются сильные струйные течения со скоростью восточного ветра более 100 метров в секунду (225 миль в час). Циркуляция менее выражена весной и осенью, когда повсеместно преобладают слабые ветры. На Марсе, в отличие от Земли, также существует относительно сильная широтная циркуляция, которая перемещает атмосферу к зимним и летним полюсам и от них. Общая циркуляционная картина иногда становится неустойчивой и демонстрирует крупномасштабные волновые движения и нестабильности: в записях давления и ветра в местах посадки аппаратов «Викинг» четко наблюдалась регулярная серия вращающихся систем высокого и низкого давления.

Локальная турбулентность и динамика пыли

Движения и колебания меньшего масштаба, вызванные как Солнцем, так и рельефом поверхности, повсеместны. Например, в местах посадки аппаратов «Викинг» и Pathfinder направление и скорость ветра изменяются в течение дня в зависимости от положения Солнца и местного уклона местности.

Турбулентность является важным фактором в поднятии и поддержании большого количества пыли, находящейся в атмосфере Марса. Пылевые бури, как правило, начинаются в определенных районах южного полушария во время весеннего и летнего сезонов. Сначала активность носит локальный и интенсивный характер (по причинам, которые еще предстоит понять), и большое количество пыли выбрасывается высоко в атмосферу. Если количество пыли достигает критической величины, буря быстро усиливается, и пыль переносится сильными ветрами во все части планеты. За несколько дней буря скрывает всю поверхность, а видимость снижается до менее чем 5 процентов от нормы. Процесс усиления, по-видимому, является кратковременным, так как прозрачность атмосферы начинает восстанавливаться почти немедленно, обычно возвращаясь к норме в течение нескольких недель.

Характер поверхности

Мы уже имеем довольно хорошее представление о том, как выглядит Марс. Это больше не загадка. Снимки космических аппаратов и измерения высоты позволяют составить карту рельефа с такой детализацией, что можно почти почувствовать песчинки.

Почти вся планета была сфотографирована с орбиты. Стандартное разрешение составляет 20 метров. Это 66 футов. Этого достаточно, чтобы увидеть большой шрам — большие каньоны и крупные вулканы. Но иногда мы увеличиваем масштаб. Разрешение выбранной области достигает 20 см. Это 8 дюймов. Можно увидеть отдельные камни. В некоторых случаях можно даже увидеть следы от шин космических аппаратов, которые еще не приземлились.

Форма планеты столь же важна, как и структура её поверхности. Лазерный альтиметр Mars Global Surveyor делает больше, чем просто снимает изображения. Он измеряет высоту. Он составил карту высот поверхности всей планеты.

Данные усреднялись в круге диаметром 300 метров. Это 1000 футов в ширину. Вертикальная точность? 1 метр. 3,3 фута.

Эта точность имеет решающее значение. До этого мы знали, где находятся объекты. После этого мы знали, насколько высоко или низко они расположены. Нельзя понять течение древней реки, не зная её уклон. Нельзя спланировать зону посадки, не зная перепадов высот. Карта становится трёхмерной. Реальной.

Больше никаких догадок о рельефе. Числовые данные стали точными. В пустыне камни опасны, поэтому ошибка в один метр означает большую неопределённость. Но 1 метр — это управляемая погрешность. Это надёжные данные.

Рельефные особенности Марса больше не просто визуальные. Они измеримы. И это меняет то, как мы перемещаемся по его поверхности.

Определение координат: Где находится нулевой меридиан Марса?

Если вы когда-либо смотрели на карту Марса, возможно, вы заметили странность. На одних картах долгота отсчитывается к востоку, на других — к западу. Это не сбой. Это историческое наследие, начавшееся с миссии Mariner 9.

После первого успешного выхода на орбиту ученым нужна была базовая линия. Они выбрали небольшой кратер под названием Эйри-0 (Airy-0), расположенный внутри более крупного кратера Эйри. Он стал нулевым меридианом. Долгое время стандартом было измерение высот в градусах к западу от этой линии по всему земному шару.

Но не всем это нравится. Некоторые ученые предложили систему, в которой долгота увеличивается к востоку. Результат? Вы по-прежнему можете видеть опубликованные карты, созданные по обеим системам. Выбирайте то, что предложит создатель карты.

Экстремальные высоты: Почему у Марса нет «уровня моря»

Марс может выглядеть как безжизненная пыльная скала, но его рельеф суров. На нем больше перепадов высот, чем на Земле.

Земня огромна по перепаду высот: от дна Марианской впадины до вершины Эвереста — около 20 километров (12,4 мили). Марс превосходит этот показатель. Его самая низкая точка находится в ударном бассейне Элизиум (Hellenic Impact Basin) на 8 км (5 миль) ниже референциального уровня. Самая высокая точка — пик горы Олимп (Olympus Mons) высотой 21 км (13 миль).

Общий диапазон высот составляет 29 километров (18 миль).

«На Марсе нет моря, поэтому уровень отсчета высот должен определяться не по уровню моря».

Как измерить высоту планеты без воды? В начале 1970-х годов исследователи использовали базовые значения давления. Они установили референциальную высоту, соответствующую атмосферному давлению в 6,1 миллибар. Это примерно 0,006 от давления на уровне моря на Земле.

Все шло хорошо, пока не прибыл Mars Global Surveyor с очень точными данными. Старые индикаторы давления были слишком приблизительными. Ученые использовали геометрический критерий: средний радиус планеты составляет 3 389,51 километра (2 106,14 мили). Чисто. Просто. Точно.

Горный хребет: северные низменности и южные нагорья

Самая заметная особенность Марса — это не отдельный горный хребет или долина. Это дихотомия полушарий. Планета почти разделена пополам.

Южное полушарие больше похоже на опечатанную пустынную местность на больших высотах. Это похоже на безжизненную лунную равнину. Рельеф в северном полушарии низкий и слабо кратерированный. Средняя разница высот между двумя полушариями составляет около 6 километров (3,7 мили).

Границы не являются четкими линиями вдоль экватора. Проведите большой круг, наклоненный примерно на 30 градусов. В некоторых случаях это может быть большая неправильная область. В других случаях это крутой обрыв.

Возвышенность Фарси (Tharsis Rise) проходит вдоль этой границы в западном полушарии. Это огромный вулканический холм шириной 4 000 километров (2 500 миль). Его центр находится на высоте 8 километров (5 миль) выше референциального уровня. Это делает его на 12 километров (7,5 миль) выше северных равнин. Даже по сравнению с южными нагорьями он возвышается над окружающим рельефом более чем на 2 км (1,2 мили).

Самые крупные вулканы планеты расположены в этом районе. Но вот что поражает планетарных геологов.

Мы не находим на Марсе тектонику плит, подобную земной. Нет длинных прямых гор, таких как Анды. Нет борозд. Нет глобальной системы взаимосвязанных хребтов. Этот рельеф образовался в результате столкновений и вулканической активности, а не движения плит.

Влияние разделения Земли

Как возникла эта дихотомия? Ведущая теория предполагает катастрофическое столкновение на раннем этапе истории Марса.

Массивный астероид врезался в планету. Образовавшийся ударный кратер охватил все северное полушарие. Он имеет ширину около 8 500 на 10 700 километров (5 300 на 6 600 миль). Сам объект имел диаметр более 2 000 километров (1 200 миль). Он больше, чем Плутон.

Данные о гравитации от Mars Global Surveyor подтверждают это. Это указывает на то, что марсианская кора под южными нагорьями намного толще, чем под северной равниной. Удары не просто поражают поверхность. Они фундаментально изменили структуру планеты.

Чтение кратеров: датировка на южной равнине

Итак, как долго существует этот безжизненный южный регион?

Количество огромных кратеров указывает на его возраст. Он очень старый. У планетарных исследователей есть отправная точка от Луны. С помощью образцов, доставленных миссиями «Аполлон», удалось определить возраст ударов на Луне.

После образования Луны 4,5 миллиарда лет назад на нее очень быстро упал крупный астероид. Интенсивность падений резко снизилась между 3,8 и 3,5 миллиарда лет назад.

На поверхности много впадин, образовавшихся до этого периода спада. Поверхности, образовавшиеся позже, выглядят иначе. Марс, вероятно, следует тому же паттерну.

Таким образом, история южных нагорий почти наверняка предшествует периоду спада. Мы имеем дело с поверхностью, которая пережила более 3,5 миллиардов лет.

Кратеры рассказывают историю раннего Марса

Южная часть Марса представляет собой изрытую поверхность. Этот ландшафт обладает странным сочетанием характеристик ударных кратеров. Здесь есть огромный бассейн. Также присутствуют крупные кратеры с низкими, плоскими днищами. Их края были стёрты. Можно также увидеть более мелкие, более свежие по виду кратеры-чашеобразные формы. Они напоминают поверхность Луны. Рамповые кратеры и кратеры-пьедесталы лишь усиливают путаницу.

Ясно выделяется Hellas. Это самый большой ударный бассейн на планете. Ширина этой впадины составляет около 7000 километров. Глубина — 8 километров. Вокруг всего этого тянется широкий приподнятый кольцевой хребет. Это огромный шрам на земной коре.

Эрозия рассказывает другую историю. Десятки или сотни километров в ширину кратеры сильно разрушены. Они стёрты до гладкости. Маленькие кратеры на молодых равнинах выглядят нетронутыми. Практически отсутствует эрозия. Контраст очевиден.

Это сравнение показывает, что на раннем Марсе скорость эрозии была гораздо выше.

Это доказательство. Оно демонстрирует, что климат в то время был совершенно иным. Ранний Марс не был холодной и сухой пустыней, какой мы видим его сегодня. Он быстро изнашивается. Большая часть последующей истории планеты прошла без особых событий после этого. Южный ландшафт помнит эти бури.

Почему кратеры на Марсе отличаются от кратеров на Луне?

Посмотрите на изображение Луны. Вы можете увидеть чёткий, резкий кратер. Теперь посмотрите на Марс. Кратер там выглядит мягким, словно покрытым пятнами. Это различие не случайно. Оно рассказывает историю того, что скрывается под поверхностью Красной планеты.

Особый тип таких кратеров — это кратеры с барьерными отложениями (rampart craters). Название происходит от низких гребней или барьеров, обрамляющих выступающие части выброса. Выброс — это материал, выброшенный при ударе астероида. На Марсе этот материал не просто разлетается в стороны, а течёт.

Похоже, что выброс тек по поверхности, что может указывать на его грязевидную консистенцию.

Это течение свидетельствует о наличии влаги. Исследатели предполагают, что обломки удара могли смешаться с грунтовыми водами. В результате получилась грязь. Удар не просто разрушил породу, но и превратил её в суспензию. Эта грязь растеклась по поверхности. Сохранились характерные бугристые лопастевидные формы.

Другой пример — кратеры на пьедесталах. Здесь выброс формирует крутую платформу. Сам кратер оказывается внутри её границ, подобно острову в море пыли. Как это произошло? Выброс действует как защитный щит. Он защищает землю непосредственно под собой от эрозии.

Ветер выветривал окружающую поверхность. Он сдувал землю. Однако материал под толстым слоем выброса остался нетронутым. Ветер не мог добраться до него. Со временем окружающий ландшафт понизился, а защищённая область осталась приподнятой.

Эти особенности — не просто эстетически привлекательные объекты. Это подсказки. Они свидетельствуют о том, что когда-то под поверхностью Марса двигалась вода. Они показывают, как ветер формирует сухой мир. Они доказывают, что ударные события оставляют след в окружающей среде. Поверхность помнит грязь. Воздух помнит камень.

Древняя водная сеть Марса

Космический аппарат «Викинг» впервые сделал высокодетальные снимки южного полушария Марса, и его результаты вызывают тревогу. Это ландшафт, похожий на сотовый, с небольшими долинами. Он не выглядит как случайная трещина. Они напоминают дренажные системы. Вспомните земные реки, которые высохли очень давно.

Возьмем, к примеру, Ниргал Валлис. Он расположен в южном полушарии к северу от массивной ударной котловины Арго. Далее следует Нанеди Валлис. Он находится близко к экватору и прилегает к восточному краю долины Маринер. Это не просто царапины на скалах. Это четко выраженные разветвленные сети.

Как они там оказались? Ученые спорят на эту тему уже десятилетиями. Наиболее важные теории можно свести к двум возможным вариантам. Во-первых, прямой поверхностный сток от осадков. Дождь попадает на поверхность и вырезает русла. Во-вторых, подповерхностное вымывание (sapping). Вода просачивается из-под земной коры и размывает породы снизу.

«В любом случае, для их формирования, возможно, потребовались более теплые климатические условия».

Оба сценария предполагают более влажный и теплый Марс. Планету, на поверхности или вблизи нее которой, возможно, существовала жидкая вода.

Свежая долина на высокой широте

Далее следует миссия Mars Global Surveyor. Эта миссия перевернула представление о ситуации. Она обнаружила долины, выглядящими свежими. Это не древние эродированные долины. Свежие. Выглядят очень активными. Обнаружены на высоких широтах.

Эти осыпи цепляются за крутые склоны. Они имитируют водные осыпи в пустынных регионах Земли. Аридный регион, где русла рек пересыхают в результате внезапных наводнений. Сходство слишком велико, чтобы его игнорировать.

Почему они там? Почему у полюсов и вблизи них? Ответ, вероятно, кроется во льду. Лед тает и стекает вниз по склону. Но дело не только во льду. Лед переносится с полюсов.

В периоды высокого наклона оси (когда Марс сильно наклонен относительно своей оси вращения) полярные ледяные шапки становятся нестабильными. Лед сублимируется и перемещается. Он откладывается на низких широтах. Когда климат снова меняется, лед тает. Это может вызвать оползни. Он вырезает осыпи в рельефе.

Каков результат? Ландшафт выглядит очень молодым. Активным. Даже если вода сегодня не течет. Шрамы остаются.

Раны, оставленные астероидами, рассказывают историю времени. Южные нагорья изрыты кратерами от бомбардировок, что свидетельствует о ранней бурной истории. Северные равнины? Их «счет» значительно ниже. Эта редкость не случайна. Это указывает на то, что эти равнины сформировались в конце периода интенсивной бомбардировки и стабилизировались 3,8–3,5 миллиарда лет назад.

Марс по сути разделен на два мира. На юге находится вулканическое поднятие Фарсида. А на севере — обширные низменные Северные равнины. Эти северные регионы удивительно ровные. Они охватывают все области в пределах 30 градусов от Северного полюса, за исключением лишь слоистого рельефа в непосредственной близости от ледников. Три крупных массива простираются на юг до более низких широт. Равнина Хриса и равнина Ацидария расположены примерно на 30 градусах западной долготы. Равнина Амазонис находится на 160 градусах западной долготы. Равнина Утопия расположена на 250 градусах западной долготы.

Единственным крупным нарушением этого бесконечно ровного пространства является бассейн Утопия. Это большой древний ударный кратер, расположенный на 40 градусах северной широты и 250 градусах западной долготы.

Закопанная текстура истории

Более внимательный взгляд на северные равнины показывает, что поверхность отнюдь не проста. Исследователи выявили уникальную топографию этого района.

Возьмем для примера «неровный грунт». Это изолированный холмистый район, окруженный ровной местностью. Эти холмы не случайны. Они являются остатками древних пористых поверхностей. Что-то заполнило их. Более молодой материал покрыл старый мир, оставив лишь самые высокие пики.

Другие части напоминают разбитую почву. По поверхности тянется полигональная трещиноватая структура. Она выглядит точно так же, как вечная мерзлота на Земле. Далее следует текстура «отпечатков пальцев». Эти гребни и бороздки указывают на то, что под поверхностью происходит что-то странное. Возможно, когда-то здесь был застойный лед, который медленно таял и двигал земную кору.

Большой вопрос остается открытым: почему эти равнины стали такими низкими и ровными?

Некоторые геологи считают, что это лава. Они нашли сходства с лунными морями, которые представляют собой огромные массы застывшего базальта. Другие предлагают отдельную версию. Они считают, что это пространство когда-то занимал океан. Его питал великий потоп. Поверхность, которую мы видим сегодня, может быть осадком, оставшимся после исчезновения воды.

Что нам говорят породы о изменении климата

Мы не можем просто гадать о прошлом Марса. Информация с орбитальных аппаратов и роверов дает более четкую картину. Старые нагорья и молодые равнины химически различаются.

Марсоход Spirit приземлился на базальтовое плато. Эти породы являются типичными базальтами. Однако их кора тонкая. Эти внешние слои содержат много серы, хлора и других летучих элементов. Они могли образоваться, когда кислотный туман взаимодействовал с породами.

Но Spirit продолжил путь. Он поднялся в холмы Колумбии. Все камни там другие. Это все еще базальты и ударные брекчии, но они обычно изменены. Содержат много сульфатов и гидратированных минералов. Сама почва может быть почти чистым сульфатом или кремнеземом.

Это связано не только с погодой. Эти породы были пронизаны теплыми вулканическими флюидами или выветрены в условиях теплого поверхностного климата. Эта смесь измененных пород и богатых сульфатами почв, по-видимому, типична для нагорий.

Орбитальные спектрометры подтвердили эту тенденцию. Глобально равнины состоят из первозданных минералов, таких как оливин и пироксен. Они не сильно изменились. Однако древние кратеры полны измененных минералов. Глины были повсюду.

Глине нужна вода. Ей нужна стабильность. Данные показывают, что условия на поверхности изменились около 3,7 миллиарда лет назад. До этой даты было тепло и влажно. Вода радикально изменяет породы. После этой даты эти условия исчезли. Изменение пород стало редкостью. Планета остыла. Вода отступила.

Геометрия древних рек

Древняя кратерная местность разделена сухими долинами. Это не случайные царапины. Они образуют сети. Большинство из них имеют ширину 1–2 км. Некоторые достигают длины 2000 километров.

Они похожи на речные системы Земли. Вероятно, так и есть. Они были созданы медленной эрозией текущей воды.

Многие местные низменности имеют особые особенности. В долину впадает поток. Из долины вытекает поток. Это подразумевает замкнутый бассейн. Озеро могло находиться там в течение долгого времени. Под этими областями лежат осадки, отложенные в стоячей воде. Дельтовые регионы распространены широко, поскольку долины уходят в низменности.

Такие речные сети редки в молодых, слабо кратерированных регионах. Они в основном ограничены древней местностью.

Когда мы впервые обнаружили их в 1970-х годах, мы были поражены. В современных условиях было бы трудно доказать наличие жидкой воды на поверхности. Давление слишком низкое. Температура слишком холодная. Их присутствие в сильно кратерированном северном полушарии является неопровержимым доказательством. Ранний Марс был гораздо теплее и влажнее, чем сегодня.

Отводные каналы и океан

Посмотрите на высокодетализированные снимки с орбиты. Я вижу, как они прорезают древнюю кору, словно шрамы от лихорадочного сна. Это каналы оттока, которые затмевают всё остальное на поверхности Марса. Речь идёт о структурах диаметром в десятки километров. Они простираются на сотни километров. Большинство из них не начинались с малого. Они не извиваются миллионы лет, как типичная река. Полностью сформировавшись, они вырываются из заполненной обломками впадины почти без предупреждения. Они просто появляются.

Затем они стекают вниз по склону. Они протекали через северные равнины. Некоторые текут прямо на юг, к бассейну Элизиум. Многие крупные реки впадают непосредственно в Хрисскую равнину (Chryse Planitia) с южных и западных возвышенностей. Это огромный бассейн. Без воображения трудно понять эту взаимосвязь, представляя, насколько глубокой и широкой должна быть траншея, чтобы вместить такую воду.

Это не просто русло реки. Это настоящие каналы. Когда-то они были полностью заполнены текущей водой. Подумайте об этом. Большинство речных долин на Земле и Марсе устроены так, что никогда не достигают полного водного уровня. Они удерживают небольшой поток. Но как насчёт этих марсианских каналов? Это трубы под давлением. Максимальный расход, заблокированный паводковыми водами, оценивается в 100–1000 раз больше максимального расхода реки Миссисипи. Это не ручей. Это катаклизм.

Откуда берётся вода? Эти теории развивались на протяжении десятилетий. Некоторые модели указывают на катастрофическую утечку из огромного подземного озера. Представьте ледяную плиту, блокирующую небольшое озеро размером с Землю, а затем её исчезновение. Высвобождение произошло бы мгновенно и разрушительно. Другие гипотезы указывают на взрывные извержения грунтовых вод. Это означает, что давление будет продолжать расти, пока кора не треснет, и вода не вырвется наружу, как гейзер на стероидах.

Вот самая удивительная деталь. Эти каналы моложе долинных сетей. Они образовались в холодные, сухие и суровые условия, похожие на те, что мы наблюдаем сегодня. Это та часть, которая не даёт геологам спать по ночам. Недавние открытия выявили очень молодой путь оттока. Ему не миллиарды лет. Речь идёт о возможности кратковременного формирования. Могли ли эти крупномасштабные структуры образоваться сегодня? Основная идея заключается в том, что грунтовые воды поднимаются из-под вечной мерзлоты на глубину в один километр. Лёд действует как крышка. Давление растёт. Крышка срывается. Вода вытекает наружу.

Долины Маринера

Выпуклость Фароса и равнина Элизий

Долины Маринер не появились из ниоткуда. Это шрам, оставленный крупным вздутием в регионе Фарос. Это не просто небольшая проблема. В планетарном масштабе это вулканическое и коровое поднятие, доминирующее в западном полушарии Марса. Кора планеты растянулась под весом Фароса. Напряжение прорывается на поверхность. Результатом стало образование Долин Маринер. Это шрам, вызванный тектоническим движением, а не царапинами от русла реки.

Где находятся Долины Маринер?

Система каньонов расположена вблизи экватора. Её центр находится на 70° западной долготы. Её длина составляет около 4 000 километров. Это 2 500 миль. Этот масштаб трудно осознать, потому что он затмевает всё на Земле. Большой Каньон выглядит рядом с ним как игрушка. Долины Маринер охватывают около 20% окружности Марса. Их ширина примерно равна ширине континентальной части США.

Насколько глубока и широка система?

Сами каньоны огромны. Каждый участок имеет длину около 200 километров. Но центр — это место, где происходит основное действие. Несколько каньонов слились в depresию. Этот центральный грабен имеет ширину 600 километров. Его глубина достигает 9 километров. Это в пять раз глубже, чем Большой Каньон.

Были ли эти каньоны когда-то заполнены водой?

Геологи обнаружили в долине осадочные слои, богатые сульфатами. Для образования сульфатов необходима вода. Это предполагает, что когда-то в этих глубоких впадинах существовали озёра. Если бы они там были, они не могли бы оставаться спокойными. Существуют доказательства того, что дренаж был катастрофическим. Вода, вероятно, прорвалась на восток. Она вырезала крупные каналы оттока, начинающиеся в восточном конце системы. Вода не просто ушла. Она взорвалась.

Фарос и Элизий: двигатель вулканизма

Нельзя говорить о Долинах Маринер, не упоминая Фарос. Этот регион имеет самые большие вулканы в Солнечной системе. Вес этих гор давил на кору, продавливая её вниз и в стороны. Возникшие в результате трещины напряжений сформировали систему каньонов. Это планетарный масштабный сбой.

Элизий — ещё один крупный вулканический центр. Он расположен в северном полушарии Марса. Меньше, чем Фарос, но всё ещё важен. Долины Маринер разделяют эти две области. Они действуют как баланс. Хотя извержения вулканов спят, их вулканическая активность продолжает влиять на поверхность планеты и по сей день.

Почему важно понимание формирования?

На Земле Большой Каньон разделён рекой Колорадо. Это эрозионная особенность. Вода и время сыграли свою роль. Долины Маринер отличаются. Они состоят в основном из разломов. Горные породы коры образовались из-за тектонических движений. Поздняя эрозия расширила каньон и сделала его глубже. Основная причина — структурная. Другая причина — выветривание. Эта разница меняет то, как мы интерпретируем геологическую историю Марса. Она рассказывает о внутренних напряжениях, а не только о поверхностной воде.

Как это влияет на наш поиск жизни?

Если озёра существовали, остаются сульфаты. Эти минералы сохраняют органические молекулы. Они защищают их от радиации. Долины Маринер являются главной целью для будущих миссий. Роверам необходимо бурить эти сульфатные последовательности.

Это не конец Долины Маринер. Она упирается в Восхождение Фарси — гигантский выступ, доминирующий в ландшафте Марса. Это не малозаметная особенность. Холм более 8000 километров в длину и 8 километров в высоту в средней части. Это геологический тяжеловес.

На вершине этого выступа стояли три титана, наблюдая за происходящим. Аскрей Монтс, гора Арсия и гора Павонис расположены на высоте 18, 17 и 14 км соответственно выше среднего радиуса. Они огромны. Настоящий король сидит на северо-западном конце возвышенности. Олимп Монтс. Он 700 километров в длину и поднимается почти на 22 км над окружающими равнинами.

Почему Фарси важна для истории Марса

Масштабы здесь трудно постичь, если не понимать, что это не статично. Фарси — это большая масса вулканических пород. Большинство из них образовались 3,7 миллиарда лет назад, но так и не осели окончательно. Вулканическая активность продолжалась с тех пор. Это всё ещё центр тепла и движения.

Между этими гигантами находятся маленькие вулканы и лавовые поля. Они заполняют этот пробел. Они рассказывают историю планеты, ускоряющейся вверх.

Распространение Альбы Патера

К северу от основного скопления находится ещё одна аномалия. Альба Патера держит рекорд по площади. Её ширина составляет 2000 километров. Однако её высота всего 7 километров. Вместо того чтобы указывать вверх, как иглы, она распространяется, как блин. Это различие в форме и размере Фарси раскрывает разные стили извержений на протяжении миллиардов лет.

Как эти гиганты сформировали Марс таким, какой он есть сегодня

Массивная масса Фарси влияет на всё вокруг. Вес этих вулканов мог изменить искривление коры. Это могло спровоцировать формирование самой Долины Маринер. Есть причина, по которой каньон заканчивается здесь. Земля под ними была поднята вверх.

Учёные изучают не только высоту этих гор, но и то, что они раскрывают о внутреннем тепле Марса. Остыла ли планета слишком быстро? Или в коре всё ещё есть расплавленная порода? Ответ лежит в пепле и камнях этих гор.

Куда смотреть дальше

При просмотре изображений Марса сосредоточьтесь на регионе Фарси. Это кладбище гигантов и колыбель геологических чудес. Лавовые поля между ними показывают потоки. Они отображали движение древней магмы.

История не заканчивается формированием. Она всё ещё живёт в трещинах коры и в пыли, падающей с них. Марс всё ещё говорит. Всё, что нужно сделать, — это прислушаться к тишине между вершинами.

Следы тектонических деформаций на Марсе

Кора Марса не просто покоится на месте. Она растягивается и сужается. Выпуклость Фароса (Tharsis Bulge) — огромный бугор на поверхности планеты — создает настолько сильное давление, что раскалывает земную кору. Следы повреждений видны повсюду. Огромные трещины расходятся во все стороны, подобно спицам колеса. Гребни окружены гребнями сжатия, что доказывает, что горные породы были вдавлены вниз.

Такие радиальные дефекты не возникают изолированно. Считается, что они помогли сформировать систему долин Маринер (Valles Marineris). Это сеть каньонов, которая затмевает Большой Каньон на Земле. Движения земной коры, вызванные подъемом вулкана, растянули земную кору.

Далее следует Элизиум (Elysium).

Это еще одно вулканическое образование, но о нем я расскажу сдержанно. Расположенное примерно на 215° западной долготы в северном полушарии, оно составляет лишь малую часть размера Фароса. Его общая длина составляет всего 2000 километров. Высота — всего 6 километров. Тем не менее, там есть вулканы. Тихий сосед шумного района Фароса, но явно часть той же вулканической истории.

Что находится под полюсами?

Посмотрите на полярные шапки. Под сезонным инеем лежит нечто гораздо более древнее. Нечто толстое.

Каждая полярная шапка имеет слой мелкозернистого осадочного материала. Его толщина составляет около 3 километров. Там много водяного льда. И они удивительно молоды, поскольку существуют лишь десятки миллионов лет.

Стратификация не случайна. Она проявляется в долине, которая тянется от периферии к полюсам. Эти слои рассказывают историю нашего климата. Они зафиксировали изменения наклона оси Земли.

«На высоких склонах водяной лед мог отгоняться от полюсов, возможно, полностью уничтожая оставшиеся ледяные покровы и позволяя льду накапливаться на более низких широтах».

Чем больше наклон Марса (выше инклинация), тем теплее становятся полюса. Водяной лед сублимируется. Он перемещается. Он откладывается на низких широтах. Иногда шапка исчезает полностью.

Если наклон небольшой, верхний предел становится максимальным. Лед остается нетронутым.

Этот цикл также подавляет пыль. Изменения наклона влияют на пылевые бури. Они меняются по мере того, как пыль накапливается на полюсах. Вот почему соотношение пыли и льда различается в этих слоях.

Эти отложения молоды, потому что они накопились с момента предыдущего высокого наклона. До этого предыдущие отложения были удалены.

На Северном полюсе есть нечто странное. Богатые льдом отложения существуют не в вакууме. Они окружены большими песчаными дюнами. В песчаных дюнах много гипса. Одним из минералов сульфата.

Перенес ли ветер гипс туда? Или в нем есть лед? Хотя полный механизм все еще вызывает споры, связь очевидна. Масштабы Антарктиды менее ясны. Она выглядит дальше от полюса, чем Северный полюс, но данные еще более запутанные.

Лето обнажает слои. Сжатие углекислого газа происходит зимой. Этот цикл повторяется. Земля вдыхает иней и выдыхает лед.

Где на Марсе находится лёд?

Если искать Марс в широтах выше 40 градусов, вы увидите ландшафт, где грунтовый лёд не перемещается. Он находится в постоянном равновесии. В чём секрет? В глубине залегания. Если лёд находится на глубине менее одного метра от поверхности, температура никогда не поднимается достаточно высоко, чтобы достичь точки замерзания. Лёд всё ещё присутствует.

Выше 60 градусов ситуация ещё проще. Лёд залегает неглубоко, и его можно обнаружить с орбиты с помощью космических аппаратов. Мы убедились в этом, когда посадочный модуль Phoenix совершил посадку на широте 68 градусов северной широты. Прорываясь сквозь красную землю, они обнаружили лёд под корой.

Кратеры раскрывают правду

Недавние ударные события выполнили за нас работу по раскопкам в некоторых местах. В этих высоких широтах новые кратеры подняли поверхностный материал на глубину более 2 метров. Этой глубины достаточно, чтобы обнажить грунтовый лёд на Марсе.

Наличие этого льда меняет внешний вид местности. Его можно увидеть на полигонально трещиноватой поверхности. Она выглядит точно так же, как вечная мерзлота на Земле. Рельеф также становится более мягким. Вероятно, это связано с тем, что лёд способствует течению материала вблизи поверхности.

В диапазоне 40–60 градусов есть определённые подсказки. Обратите внимание на дно крутых склонов. Там есть осыпные конусы (обломочные фартуки). Материал, стекающий с этих склонов, перемещается на десятки километров. Наземно-проникающая радарная съёмка подтвердила подозрения. Эти конусы содержат большие количества льда.

Древние ледники и высокое наклонение оси

Ситуация была иной, когда наклон оси Марса был больше. В период высокого наклона лёд перемещался. Он отступал от полюсов и накапливался на поверхности в более низких широтах. Вероятно, формировались ледники.

Модели атмосферной циркуляции указывают на определённые скрытые места. Западный склон вулкана Тарсис. Он расположен в северо-восточной части бассейна Эллада.

В этих местах присутствуют обильные признаки потоков. Их топография имеет мореноподобные формы рельефа. Имеются доказательства того, что в прошлом там существовали ледники.

Лёд всё ещё там. Ждёт.

На Северном полюсе Марса происходят сюрпризы. Там находятся самые большие песчаные дюны на всей планете. Эти дюны расположены в северной части равнины Ваститас Борейлис (Vastitas Borealis). Они образуют непрерывную полосу, которая почти полностью окружает остаточный северный полярный колпак. В некоторых местах песок покрыт сезонным снегом из углекислого газа. Это свидетельствует о том, что дюны активны как минимум в течение определенного сезона.

Внутреннее строение

Сейсмические данные, полученные посадочным аппаратом InSight, позволили составить карту внутреннего строения Марса. Марс имеет три различных слоя. Первый — это кора. Ее толщина варьируется от 24 до 72 километров. Ниже находится мантия. Ее толщина составляет около 1500 километров (930 миль). Она также богаче железом, чем мантия Земли.

Что находится глубоко внутри, так это ядро. Оно состоит из железа и никеля и находится в расплавленном состоянии. Его радиус составляет 1830 километров (1140 миль). Плотность варьируется от 5,7 до 6,3 грамма на кубический сантиметр. Такая высокая плотность означает, что ядро содержит более 18% серы.

Данные об изотопах марсианских метеоритов подтверждают, что планета прошла процесс дифференциации. Богатое металлами ядро и каменистая мантия разделились 4,5 миллиарда лет назад. Это знаменует конец аккреции планеты. В настоящее время не обнаружено глобального магнитного поля. Это указывает на отсутствие конвекции внутри ядра. Конвекция требует теплового потока. Однако древнейшие участки поверхности содержат большие области намагниченных пород. Это означает, что ранний Марс обладал магнитным полем. Оно исчезло по мере остывания и затвердевания ядра.

Вулканическая активность может происходить и сегодня. Просто она находится на очень низком уровне. Все марсианские метеориты являются вулканическими породами. Некоторые из них имеют возраст всего несколько сотен миллионов лет. Оставшаяся поверхность слабо кратерирована и, как считается, имеет возраст всего несколько десятков миллионов лет. Марс был очень вулканически активен в недавнем геологическом прошлом. Это означает, что мантия остается теплой. Локальное плавление все еще происходит.

Гравитационные аномалии

Гравитационное поле Марса не соответствует земным закономерностям. На Земле существует баланс между избытком и дефицитом массы коры. Горные вершины компенсируются массой на глубине. Глубина моря компенсируется массой под ней. Это изостатическая компенсация. Сила гравитации остается постоянной независимо от высоты поверхности.

Этот баланс также применим к древнейшим участкам поверхности Марса. Возьмем, к примеру, бассейн Эллада и южные высокогорья. Более молодые участки рассказывают другую историю. Доминанты Фасиса и Элизия компенсированы лишь частично. Они связаны с гравитационными максимумами. Измеренная там гравитация значительно выше. Огромная масса куполов вызывает скачки. На Луне есть похожие области, называемые масконами.

Гравитация южных высокогорий равна гравитации северных низменностей. Это означает, что южные высокогорья опираются на более толстую кору. Этот материал менее плотен, чем мантия под ним. Оценки толщины коры сильно различаются. Она составляет всего 3 км (2 мили) вблизи ударного бассейна Исида (к северу от экватора и к востоку от Сиртис Мейор). Она находится на южном конце возвышенности Фасиса и имеет длину более 90 км (60 миль).

Метеорит с Марса

Ученые идентифицировали более 300 метеоритов с Марса. Подозрения возникли десятилетия назад. Эти породы выглядели вулканическими. Их возраст составляет около 1,3 миллиарда лет. Все остальные метеориты имеют возраст 4,5 миллиарда лет. Эти породы происходят из тела, которое было активным в недавнем прошлом. Марс является главным подозреваемым.

Эти породы имеют уникальные соотношения изотопов кислорода. Они сильно отличаются от земных, лунных и других метеоритов. Доказательства появились позже. Некоторые метеориты содержат захваченный газ. Этот состав согласуется с атмосферой Марса, измеренной посадочными аппаратами Viking.

Эти камни были выброшены крупными ударными событиями. Они вышли на солнечную орбиту. Они провели там миллионы лет, прежде чем упасть на Землю. В середине 1990-х годов появились заявления. Ученые обнаружили доказательства существования древней микроскопической жизни в метеорите под названием ALH84001. Научное сообщество в целом относится к этому скептически.

Марсианские луны

Чувствительные спутники Марса

Фобос и Деймос оставались загадкой на протяжении столетия. Они были обнаружены в 1877 году как точки на фотопластинках. Никто не знал, что это такое. Затем появились посадочные аппараты «Викинг». Они изменили всё.

«Викинг-1» пролетел в 100 километрах от Фобоса. «Викинг-2» оказался ещё ближе к Деймосу — всего в 30 километрах. Приблизившись достаточно близко, можно разглядеть текстуру поверхности. Расстояние настолько мало, что видно: поверхность неровная.

Фобос ведёт себя иначе, чем обычные спутники. Он совершает оборот вокруг Марса всего за 7 часов 39 минут. Приближаться к нему опасно. Среднее расстояние от поверхности Земли составляет всего около 6000 километров. Это менее чем вдвое превышает радиус Земли.

Гравитация здесь безжалостна. Если у Фобоса отсутствует внутренняя прочность, приливные силы разорвут его на части. Это предел действия силы Роша. Луна уже коллапсировала. Те же самые силы замедляют её вращение.

Куда мы идём? В конечном итоге он врежется в Марс. Расписание? Менее чем через 100 миллионов лет. Это звучит очень долго. Однако в геологическом времени это ничтожно мало.

Ситуация с Деймосом противоположная. Он находится на более широкой орбите. Приливные силы отталкивают его, а не притягивают. Он пытается удалиться от поверхности.

Можно ли увидеть это на поверхности? Возможно. Скорее всего, нет. Он небольшой, поэтому становится темно. Его близость к Марсу ограничивает поле зрения. Экваториальная орбита означает нахождение вблизи экватора. На полюсе ничего не видно.

Разрушенная поверхность Фобоса

Фобос, больший из двух спутников, — это наклонённый камень, который кажется спрессованным в темноте. Его поверхность хаотична. Нельзя пройти и 5 футов, не наступив на ударный кратер. Самый большой из них — Стикни, чья рубец составляет примерно половину ширины самого спутника. Он настолько велик, что ударная волна могла разорвать кору на части.

Линейные трещины пересекают рельеф. Они не случайны. Они расходятся от Стикни, как трещины на лобовом стекле. Это указывает на то, что удар сделал больше, чем просто создал углубление. Он разрушил структурную целостность луны.

Почему Деймос выглядит таким гладким?

Деймос мал. Он находится дальше. Он совсем не похож на Фобос.

Поверхность гладкая. Не без кратеров. Потому что кратеров полно. Маленькие обломки покрыли всё. Нет глубоких борозд. Нет явных разломов.

Разница обусловлена гравитацией и расстоянием. Когда Фобос подвергается атаке, обломки либо падают, либо он полностью сбрасывает их. Если они покидают Фобос, они не остаются на орбите. Они дрейфуют и в конечном итоге приземляются на Марс. Луна убирает мусор.

Деймос удерживает свои обломки иначе. Более слабые гравитационные колодцы были бы слишком слабыми, чтобы выбросить материал в глубокий космос, но при этом он находился бы слишком далеко от Марса, чтобы быстро захватить его. Обломки остаются на орбите. Они возвращаются. Они подвергались длительному «просеиванию». Они покрывают поверхность. Они скрывают шрамы.

Первоначальное происхождение

Отражательная способность обоих спутников ужасная. Они очень тёмные. Альбедо крайне низкое. Это соответствует самому примитивному типу метеоритов на Земле — углеродистому хондриту. В них мало тепла или разделения компонентов.

Это поддерживает основную теорию. Таким образом, они не уникальны для Марса. Это захваченные астероиды. Марс всё ещё формировался, но оказался захваченным в гравитационную яму. Чёрная поверхность — это остаток его происхождения во внешней части Солнечной системы.

Исследования космическими аппаратами

Ранняя гонка к Марсу

Марс увлекал людей с тех пор, как мы впервые увидели его, и не просто из-за смутного любопытства. Есть три конкретные причины, которые движут этим увлечением. Во-первых, это самая похожая на Землю планета в Солнечной системе. Во-вторых, это лучший кандидат на наличие местной жизни за пределами нашей планеты. В-третьих, он может стать первым пунктом назначения, куда ступит нога человека.

В 1960–1980-х годах это была не только наука. Это было поле битвы холодной войны. Соединенные Штаты и Советский Союз видели в Марсе идеальную испытательную площадку и вкладывали туда ресурсы.

У американцев тоже были свои моменты. Маринер-4, Маринер-6 и Маринер-7 пролетали мимо и делали снимки на расстоянии. Далее идут тяжеловесы. Маринер-9 вышел на орбиту. Викинги-1 и Викинг-2 сделали две вещи: вышли на орбиту и совершили посадку.

Викинги не просто смотрели. Они садились и оставались.

Советы отвечали ударом на удар. Марс-2, Марс-3 и Марс-5 были теми днями, когда они пытались ответить на этот зов. Два зонда фактически достигли поверхности. 2 декабря 1971 года Марс-3 вошел в историю. Это был первый космический аппарат, совершивший мягкую посадку приборного модуля на другую планету.

Посадка была не очень красивой. Она произошла во время глобальной пылевой бури. Посадочный модуль передал около 20 секунд данных. Затем наступила тишина.

Однако полученная информация важна. Запуск Маринера-9 в ноябре 1971 года изменил все. Это был первый космический аппарат, вышедший на орбиту другой планеты. Он проработал до октября 1972 года.

Фотографии рассказывают другую историю, чем мы ожидали. Маринер-9 передал 7330 изображений. Они охватывают 80% поверхности Марса. На фотографиях видна вулканическая активность. Они указывают на древнюю водную эрозию. Они свидетельствуют о внутренних силах, формирующих обширные регионы.

Планета не была мертва. Она активна, по крайней мере, достаточно недавно, чтобы оставить глубокие шрамы на геологии.

Почему пылевые бури важны

Почему эти 20 секунд на Марсе-3 были важнее неудачи? Потому что они доказывают, что мягкая посадка возможна даже в самых худших условиях. Американские аппараты «Викинг» позже успешно совершили посадку, но Советский Союз показал им, как пережить бурю.

Данные Маринера-9 заполняют этот пробел. Мы знали о кратерах. Мы не знали о воде. Спектральные данные и данные о распространении радиоволн подтверждают фотографии. Поверхность — это не просто камень. Это летопись.

Дело не только в картографировании. Речь идет о поиске предпосылок для жизни. Или, точнее, ее следов. Вулканическая активность объясняет высокие температуры. Эрозия объясняет наличие воды. Переформирование объясняет это движение.

Люди больше не просто наблюдают. Мы слушаем историю планеты.

The Viking mission is driven by one main goal: the search for extraterrestrial life. What is the verdict? There is no conclusive evidence. Biology is still elusive, but science is rich.

Viking 1 and 2 aren’t just looking for microbes. They mapped the geology of Mars. They watch the weather. They analyze the physics and chemistry of the upper atmosphere. Two in orbit. There are two landing craft. Much work has been done to understand a planet that looks red but behave strangely.

Landing in the Red Dust

Timing is everything.

Viking 1 entered orbit in June 1976 and Viking 2 in August. Once in orbit, the landing module separates. They need a good landing spot. It’s not just dirt.

Viking 1 landed on July 20, 1976. Where? Chryse Planitia. Coordinates: 22 degrees north latitude, 48 degrees west longitude. Beautiful plains.

Viking 2 then landed. September 3, 1976. The situation continues. It is 6500 kilometers away. About 4000 miles. The location is Utopia Planitia. 48 degrees north latitude, 226 degrees west longitude.

There are two landing craft. Two completely different geological environments. And it has no biological activity.

«The instruments on both the orbiter and the two landers provided detailed information on Martian geology, meteorology, and the physics and chemistry of the upper atmosphere.»

Additional actions of the Soviet Union

5 years later. 1988.

The Soviets launched Phobos 1 and 2. The purpose is different. This is not a landing. Orbital observation. Slow flybys of Mars’ moons. Especially Phobos and Deimos.

It didn’t work.

Phobos 1 failed on its long journey. After a year long journey, it stopped. No data available. Nothing.

Phobos 2 was a success. It arrived at Mars in early 1989 and lasted several days. It sent back observations of the planet itself and its moon Phobos. Then something went wrong.

Dead in space. Another chapter closed. The search continues elsewhere. But several days of data added to the puzzle.

Поворотный момент в поисках Марса

Конец 1990-х годов стал кладбищем амбиций NASA по исследованию Красной планеты. Несколько громких миссий к Марсу потерпели неудачу, создавая впечатление, что исследования слишком дороги. Затем 4 июля 1997 года всё изменилось.

Mars Pathfinder не просто выжил. Он совершил посадку на обширных равнинах равнины Хриса по координатам 19 градусов северной широты и 33 градуса западной долготы. Мы приземлились безопасно. Но главная новость заключается не в самом посадочном модуле. Это Соаджорнер, небольшой роботизированный зонд на колёсах, который он развернул.

Это больше, чем один шаг. Это прыжок. Впервые мобильный робот отправился на другую планету. Это показывает, что он может выйти за пределы статических станций. Вы можете исследовать.

Нарисуйте невидимую карту

Пока Pathfinder работал на поверхности, другой корабль ждал в темноте. Mars Global Surveyor прибыл в сентябре 1997 года. Это заняло время. Он не торопился. Космический аппарат вышел на орбиту, готовясь переписать наше понимание планеты с высоты 600 километров.

Официально исследование началось в марте 1999 года. Что мы нашли? Ответ можно найти не только во внешнем виде. Они физические. Космический аппарат систематически картировал особенности, которые долгое время оставались загадкой.

• Гравитационное поле : Изменения массы под корой раскрывают скрытые структуры.
• Магнитное поле : Остаточная намагниченность имеет сложную геологическую историю.
• Рельеф : Формы суши отрисованы с новой точностью.
• Минералогия поверхности : Из чего состоят породы? Исследования говорят нам.

Высокодетальные глаза в небе

Камера — это публичное лицо миссии, но научный инструмент — это мозг. Фотограф может менять режимы. Широкоугольный объектив обеспечивает фон. Детальные изображения повышают точность.

Разрешение было ошеломляющим на тот момент. До 1,5 метров (5 футов).

Оно достаточно мало, чтобы можно было увидеть отдельные камни. Достаточно мало, чтобы найти следы ровера. Когда Mars Global Surveyor делал эти снимки, он показал нам больше, чем просто красную пустыню. Он показал нам динамичный мир. Каждый пиксель — это точка данных. Каждая тень содержит подсказку.

Сочетание орбитальных данных и фактов с поверхности меняет правила игры. Перестаньте гадать. Мы начали знать. Точность этих двух миссий устранила неудачи предыдущего десятилетия. Pathfinder доставил ровер. Surveyor доставил карту. Вместе они задали стандарт для всего, что последовало за ними.

Продолжаем искать. Продолжаем картографировать. Продолжаем пытаться понять, почему планета умерла.

Mars Odyssey доказал свою ценность. В октябре 2001 года аппарат успешно вышел на орбиту Марса и активно занимался картированием секретов планеты. Он не просто изучает поверхность. Он измеряет химический состав. Отслеживает распределение льда вблизи поверхности. Анализирует физические свойства. Данные ясны. Измерения нейтронов показывают большие массы подземного льда выше 60-й параллели.

Инфракрасная камера обнаружила нечто совершенно иное: пещеру. Чёрный круглый объект выглядит как вход в вулкан. Температура здесь не меняется, в отличие от окружающей местности. Стабильность в такой среде означает защиту.

Затем произошло схождение.

В конце 2003 и начале 2004 года волны космических аппаратов были направлены к Марсу. Результаты были неоднозначными. Японский зонд Nozomi первым вышел на орбиту в 1998 году, но вышел из строя. Он так и не вышел на орбиту.

Mars Express последовал следом. Он был запущен Европейским космическим агентством в середине 2003 года и достиг цели через шесть месяцев. Он оснащён оборудованием для изучения атмосферы, поверхности и недр. На орбиту он был выведен 25 декабря.

Но посадочный модуль потерпел неудачу.

Британский зонд Beagle 2, задачей которого было исследование горных пород и почвы в поисках признаков жизни, совершил посадку в тот же день. Затем наступила тишина. Радиосигнала нет. Изучение прошлой и настоящей жизни на Земле закончилось, не успев начаться.

Орбитер же продолжает работать.

Mars Express обнаружил большой ледяной пласт в течение нескольких недель после прибытия. Водяной лёд. Лёд из углекислого газа. Расположен он у южного полюса. Это подтвердило нечто тонкое, но важное. Иными словами, южная летняя полярная шапка содержит постоянно замёрзшую воду, точно так же, как и северная.

Аппарат также обнаружил богатые серой отложения. В основном в долине Маринер. Глинистые минералы появились в сильно кратерированных местностях.

Почему это важно? Потому что глина образуется в воде. Серная означает химическую активность. Вечная мерзлота означает, что история вод на Земле — это не просто миф или мимолётное событие.

Миссия 2003 года не была полностью успешной. Но она рисует более сложную картину Марса. Это не просто мёртвый камень. Место с слоями. Включает скрытый лёд. Есть также пещеры, обеспечивающие укрытие. Почва, которая когда-то хранила воду.

История исследования Марса — это не прямая дорога. Она очень запутанная. Она полна неудач. Однако накопление данных продолжается. Картинка становится яснее.

График исследований Марса не остановился в 2003 году; он ускорился.

Окно для запуска в середине года предоставило возможности для миссий марсоходов. 2 марсохода. Одна планета. Две разные истории.

Spirit первым коснулся поверхности. Кратер Гусева, 3 января 2004 года. Координаты: 15 градусов южной широты и 175 градусов восточной долготы. Это было не просто место посадки. Это было лишь предположение. Ученые выбрали этот кратер, потому что орбитальные данные указывали на то, что когда-то здесь хранилась вода.

Spirit недолго оставался один.

Через 21 день приземлился Opportunity. Меридиани Планум. 24 января, на другой стороне планеты. Широта 2 градуса южная, долгота 6 градусов западная.

Это были не статичные посадочные аппараты. Это были шестиколесные лаборатории. Камеры. Микроскопические имиджеры. Инструменты для шлифовки горных пород соскабливают поверхность камня, чтобы увидеть, что находится под ней.

Цель проста. Всё дело в поиске воды.

Оба аппарата нашли её. Или скорее, они нашли «призрак».

Spirit подтвердил присутствие минералов, образованных водой. Но что насчет возможностей? Это казалось интуитивным. Камни на Меридиани Планум выглядят точно так же, как камни, образовавшиеся вокруг озера. Или моря. соленой воды. Древней. Исчезнувшей.

«Каждый аппарат рассчитан на номинальную миссию продолжительностью 90 дней, но может продолжать работу и после этого срока.»

Сейчас эти слова кажутся ложью.

Этот Spirit работал до 2010 года. Opportunity работал до 2018 года.

Четынадцать лет. 45 км. Двадцать восемь миль.

Это не просто марсоход. Это марафонец с другой планеты. Он установил рекорд по дистанции и времени на другой мировой. И он не просто ехал. Он смотрел. Он анализировал. Это показывает, что Марс не всегда был безжизненной красной скалой. Климат был очень дождливым.

Но марсоходы медлительны. Они предоставляют данные на месте («ground-truth»). Чтобы соединить точки воедино, нужно смотреть сверху.

В 2005 году. Mars Reconnaissance Orbiter (MRO).

Это был не марсоход. Это был спутник с пристальным вниманием к деталям. Высокодетальная камера HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) может видеть объекты размером до 20 сантиметров. 8 дюймов. Этого достаточно, чтобы прочитать номерной знак автомобиля с орбиты.

MRO начал картировать полосы.

На склонах есть темные полосы. Они появляются весной. Они исчезают зимой.

Бортовой спектрометр анализирует состав поверхности. Он обнаружил глинистые минералы. Продукты выветривания. Образуются только в теплых и влажных условиях. Древняя пористая местность изобилует ими. У Марса было теплое прошлое. Мокрое прошлое.

Затем появился радар.

Подземный радар. Он смотрел не только на поверхность. Он заглядывал внутрь.

Измеряя толщину полярных ледников. Выявляя ледники, скрытые под реголитом. В других местах планеты. Не только на полюсах.

Так мы попросили космические аппараты продемонстрировать существование воды на поверхности Земли. Орбитальные аппараты доказали, что вода существует под землей. Глинистые минералы показывают, что Марс когда-то был достаточно теплым для поддержания её существования.

История изменилась.

Марс — это не просто планета, которую мы посещаем. Это планета, которую мы изучаем.

Spirit и Opportunity теперь ушли. Молчат.

Добыча марсианского льда и щелочной пыли

Зонд Phoenix совершил посадку в 2008 году. Это была не самая удачная посадка. Американский космический аппарат напрямую вошел в полярный регион Марса и начал свою работу. Его задача была проста: изучить арктические почвы.

Для этого Phoenix был оснащен компактной химической лабораторией. Это не крупный колесный ровер. Это стационарная лаборатория, предназначенная для рытья грунта. Открытие изменило наше представление об истории Марса.

Почва под поверхностью Марса содержит водяной лед.

Это не малое количество. Это толстый слой льда, скрытый под пылью. Это открытие подтверждает наличие воды на Марсе сегодня. Речь идет не только об древних озерах и замерзших океанах миллиарды лет назад. Реальный лед ждет в холодном северном полушарии.

Но химический состав почвы рассказывает еще более странную историю.

Phoenix проанализировал грунт и обнаружил, что он щелочной. Уровень pH указывает на щелочную среду. Это означает, что почва не является кислой. Она похожа на условия пустынных почв на Земле. Это важно. Кислая вода может быть раздражающей. Щелочная среда может быть более подходящей для потенциальных мест обитания микроорганизмов.

«Phoenix нашел не просто воду, он нашел потенциально обитаемую среду».

Эффект был немедленным. Если на Марсе есть водяной лед и щелочная почва, то у него есть ингредиенты для жизни. Мы не знаем, есть ли там жизнь. Мы даже не знаем, была ли она там когда-либо. Однако Phoenix доказал, что среда не является враждебной. Она нейтральна. Возможно, даже благоприятна.

Это открытие изменило фокус исследований Марса.

До Phoenix исследователи искали древние русла рек и высохшие озера. Они искали доказательства того, что вода текла в прошлом. Phoenix обнаружил современную воду. Мы нашли почву, которая поддерживает биологию. Это изменило стратегию поиска.

Речь идет не только о том, где находится вода. Речь идет о том, «как» ее сохранить и «что» может делать почва. Арктический регион является основной целью. Речь идет не только о получении льда. Речь идет об понимании химического баланса планеты.

Щелочная почва также имеет сложную историю.

Как почва становится щелочной? Могла ли вулканическая активность повлиять на это? Привели ли изменения в атмосфере, длившиеся миллионы лет, к изменению ее химического состава? Phoenix не ответил на все эти вопросы. Он предоставил первые четкие данные. Почва — это больше, чем просто пыль. Это запись.

Эта информация важна для будущих миссий.

Если люди собираются на Марс, нам нужна вода. Phoenix показал, что она там есть. Четко. Прямо под поверхностью. Это также предполагает, что с почвой может быть легче работать, чем считалось ранее. Щелочная почва менее коррозионно-активна. Может быть полезна для выращивания растений. Лучше подходит для строительства сооружений. Это продолжает помогать поддерживать жизнь.

Phoenix проработал недолго. Батарея разрядилась во время марсианской зимы. Однако выводы остались.

Арктика — это не просто замерзшая пустошь. Это ресурс. Химическая лаборатория. Потенциальный дом. Phoenix показал, что Марс — это не просто мертвая скала. Это место с активной химией. Ресурсы там есть. С потенциалом.

Мы все еще не знаем, есть ли там жизнь.

Но мы знаем, что сцена подготовлена. Вода там есть. Почва готова. Вопрос не в том, может ли Марс «поддерживать» жизнь. Вопрос в том, использовала ли жизнь «когда-либо» эту возможность? Phoenix дал нам первый

Проблема решена: что на самом деле говорит нам Марс

История не заканчивается на «Кьюриосити». Этот зонд, гигантская машина весом 900 килограммов, показал, что кратер Гейл когда-то был дном озера. В породах возрастом 3,5 миллиарда лет были обнаружены органические молекулы. Наблюдаются сезонные всплески метана. Но чтобы понять, «почему» Марс сегодня мертв, нам нужно смотреть выше. Мы должны прислушаться к земле под нашими ногами.

В сентябре 2014 года два космических аппарата одновременно вышли на орбиту Марса. Ставки для каждого из них были разными.

Американский аппарат MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) имеет одну задачу. Речь идет о том, чтобы выяснить, что происходит с атмосферой. Приборы подтвердили эту суровую теорию. Солнечный ветер и ультрафиолетовое излучение удалили большую часть ранней атмосферы Марса. Планета не просто остыла; она была опустошена солнцем.

Индийская миссия Mars Orbiter Mission (MOM) также прибыла в то же время. Это была первая попытка страны выйти к другой планете. Аппарат был скромным, но функциональным: цветная камера, ультрафиолетовый спектрометр и датчик метана. Это доказывает, что можно добраться до Марса, не тратя миллиарды долларов на системы посадки.

Коллапс и тишина

Следующая глава посвящена Европе и России. Миссия ExoMars должна была стать партнерством. На деле это оказалось не так.

В октябре 2016 года прибыли орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter (TGO) и посадочный модуль Schiaparelli. Schiaparelli слишком рано сбросил парашют и врезался в поверхность. Данные отсутствуют. Лишь кратер.

Однако TGO остался на орбите. Он составил карту вертикального распределения пыли и водяного пара. Затем он начал поиск метана. Ничего не было обнаружено.

Это создает противоречия. «Кьюриосити» обнаружил метан. TGO не увидел ничего. Смысл ясен. Что-то быстро уничтожает метан. Он не распространяется. Он поглощается или разрушается, прежде чем успевает переместиться по планете. Это остается одним из самых больших вопросов в планетологии. Как он был уничтожен? Кто его «ест»?

Прислушиваясь к планете

Пока орбитальные аппараты картографировали небо, земля содрогалась.

В ноябре 2018 года посадочный модуль InSight совершил посадку в районе Элизийских полей. Это название отсылает к исследованию недр Земли с помощью сейсмического зондирования, геодезии и изучения теплопередачи. Звучит громоздко. Но наука проста.

InSight установил сейсмометры. Впервые люди услышали вибрации Марса. Эти данные раскрыли внутреннюю структуру планеты. Также было обнаружено жидкое воду глубоко в коре.

Затем есть тепловой сенсор. Чтобы измерить тепловой поток, нужно углубиться в грунт на 3–5 метров. Но мы туда не добрались. Аппарат врезался в твердый объект (возможно, камень или гравий) и остановился. Он завис в грязи, не завершив задачу.

Однако InSight проработал четыре года. Он позволил нам в первый раз по-настоящему почувствовать пульс Марса.

Маленький спутник, большая идея

В том же ракете-носителе летели что-то маленькое. Два кубсата.

Спутники, названные Mars Cube 1 (MarCO), стали первыми спутниками, посетившими другую планету. Каждый состоит из шести кубиков размером 10 см. Это похоже на увеличенный в размерах кубик Рубика.

Их задача была ретрансляция. Во время спуска InSight сигнал не был напрямую виден с Земли. MarCO-A и MarCO-B пролетали над ним и передавали данные обратно. Это доказательство существования небольшой и доступной телекоммуникационной сети.

Вертолет Ingenuity появился позже. Внутри него находился кусок ткани от самолета братьев Райт 1903 года. Кусочек истории на лопасти ротора.

Данные поступают постоянно. Тишина Марса шумит.

В феврале 2021 года три миссии прибыли к Марсу в короткий промежуток времени. Это не случайность. Это правильный момент.

ОАЭ запустили орбитальный аппарат Hope. Он оснащен камерой. За ней последовали инфракрасные и ультрафиолетовые спектрометры. Они сканировали марсианскую атмосферу в поисках улик, касающихся климата и погодных условий.

К Марсу прибыл китайский аппарат Tianwen-1. Он состоит из двух частей: орбитального аппарата и марсохода Zhurong. Марсоход совершил посадку 14 мая. Он небольшой. Суверенный. Он начинает вращаться на поверхности.

Затем идут самые серьезные миссии. Американский пролетный аппарат Mars 2020. Его основная полезная нагрузка — модуль Perseverance. Perseverance совершил посадку 18 февраля и приземлился в кратере Джезеро. Когда-то в этом месте находилось устье реки. Сейчас здесь сухой климат. Цели конкретны: поиск признаков древней микробной жизни.

Для этого Perseverance провел тренировочное упражнение. Образцы грунта можно отделить. План заключается в их сохранении. В конечном итоге их доставят обратно на Землю для детального анализа.

Но упорство выходит за рамки тренировок. Аппарат оснащен вертолетом. Оригинальным.

Первый полет на другую планету

Оригинальность меняет правила игры. Это началось 19 апреля 2021 года. Он достиг высоты 3 метра (10 футов). Это был первый самолет, совершивший полет в небе другой планеты.

Он не просто парил. Он летал.

Задача заняла больше времени, чем ожидалось. Ingenuity выполнил 72 полета. Это далеко выходит за рамки первых пяти испытательных полетов. И он прекратил работу в январе 2024 года. Один из роторов был сломан. Полеты завершены.

Будущие упражнения и более глубокое исследование

Миссии к Марсу никогда не заканчиваются. Новый аппарат уже находится в разработке.

См. миссию ExoMars, часть 2. Включает марсоход Rosalind Franklin. Его запуск ожидается в конце 2020-х годов. Он привносит новые функции.

Образовательные возможности Rosalind Franklin заходят глубже. На 2 метра (6 футов) под землю.

Поверхностные образцы рассказывают лишь часть истории. Они подвержены воздействию радиации. Разложению органических молекул. Эти образцы требуют более глубокой защиты. Марсоход будет анализировать их на борту.

Почему это важно сейчас?

Мы больше не просто исследуем поверхность. Мы собираемся вернуть образцы с Марса. Perseverance накапливает образцы. Будущие миссии помогут их извлечь.

Ingenuity доказал, что полеты в разреженной атмосфере возможны. Он открыл дверь для воздушной разведки. Будущие космические аппараты могут иметь крылья. По крайней мере, обзор сверху будет лучше.

Вопрос о том, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе, остается без ответа. Но мы задаем более точные вопросы. Давайте копать глубже. Мы смотрим выше.

Следующее десятилетие определит, насколько близко мы сможем узнать, изолирован ли наш регион Млечного Пути. Или же мы делили это пространство давно.

Вечная и изменчивая охота за жизнью на Марсе

Вопрос о наличии жизни на Марсе стал культурной одержимостью с тех пор, как люди впервые направили телескопы на красную планету. Ранние спекуляции были сосредоточены на наличии разумной жизни. Сегодня разговор изменился. Мы больше не ищем маленьких зеленых человечков. Мы ищем микробные сообщества. Мы пытаемся понять, где начинается жизнь и насколько далеко она распространяется.

История поиска была похожа на американские горки, полные надежд и отчаяния.

В 1960-х годах наблюдатели заметили изменения на поверхности Марса. Они задавались вопросом, обусловлены ли эти изменения биологическими процессами. Это привело к разработке миссии Mariner 9, которая в 1972 году наблюдала за поверхностными изменениями. Это также привело к запуску посадочных аппаратов Viking в 1975 году. На этих космических аппаратах проводились сложные эксперименты. Они искали признаки метаболизма. Они искали органические молекулы.

Результат оказался отрицательным.

Этот провал вызвал волну пессимизма. На протяжении десятилетий ученые утратили веру в возможность существования жизни. В 1980-х годах перспективы марсианской биологии были туманными.

Затем перспектива изменилась. За этим оптимизмом стоит несколько факторов.

Во-первых, ученые понимают, что жизнь оказывается более выносливой, чем мы думали. Существа были обнаружены возле глубоководных гидротермальных источников. Температура там превышает 1000°C. Они живут глубоко в базальте. Они процветают в соленых и кислых средах. Если жизнь может существовать в таких экстремальных условиях на Земле, почему она не может существовать на Марсе?

Во-вторых, хронология возникновения жизни на Земле меняет наш взгляд на вещи. Жизнь появилась очень быстро. Вероятно, она возникла до конца периода тяжелой бомбардировки. Это показывает, что жизнь — не редкое совпадение. Это возможный исход. Если условия правильные, жизнь не заставит себя ждать.

В-третьих, мы теперь знаем, что ранний Марс был другим. Когда жизнь появилась на Земле, Марс находился в схожих с Землей условиях. Это не был замерзший пустынный мир, который мы видим сегодня.

В-четвертых, породы перемещаются между планетами. На Землю упало более 30 образцов марсианских пород. Их трудно отличить от земных пород. Перенос земных пород на Марс гораздо сложнее. Однако во время интенсивных бомбардировок был возможен обмен материалами. Жизнь могла начаться на Земле и переместиться на Марс. Или она возникла независимо на Марсе. Мы, возможно, никогда не узнаем наверняка.

Споры вокруг метеоритов

В 1996 году научное сообщество было потрясено. Исследовательская группа объявила, что нашла признаки жизни в марсианском метеорите. Эти утверждения смелые. Они приводят четыре конкретных доказательства.

1. Объекты, похожие на бактерии, на изображениях электронного микроскопа.
2. Обнаружение углеводородов.
3. Минеральные ассоциации, не образующиеся в химическом равновесии.
4. Магнитные частицы, похожие на частицы, производимые земными бактериями.

Реакция последовала немедленно. Обоснованность этих утверждений горячо обсуждалась в научном сообществе. Это доказательство? Или самообман?

С тех пор консенсус стабилизировался. Все наблюдения имеют правдоподобное небiological объяснение. Эти утверждения могут быть неверными.

Так где же мы находимся сейчас?

Доказательств жизни на Марсе по-прежнему нет. Но у нас появились лучшие инструменты. Мы хорошо знаем пределы жизни. Мы знаем, что эта планета обменивалась материалами с Землей в далеком прошлом. Поиск продолжается. Это больше не спекуляции. Речь идет о тщательном тестировании. Красная планета хранит секреты. Но молчание нарушено.

Поиск жизни продолжается

Цель не изменилась. Мы по-прежнему ищем жизнь на Марсе. Даже после недавних неудач программа остается сосредоточенной на одной цели. Вода является абсолютным требованием. Поэтому ранние миссии направлены на поиск признаков теплых условий, которые могли поддерживать воду в жидком состоянии. У нас есть веские доказательства того, что такое состояние существовало в далеком прошлом Марса. Некоторые данные указывают на то, что жидкая вода время от времени все еще течет по поверхности в отдельных местах.

Но стратегии меняются. Мы переходим от косвенных улик к прямым доказательствам. Это означает поиск органических останков или определенных изотопных сигнатур, которые может производить только биология.

Одна школа мысли выступает за изучение прошлого. Мы ищем окаменелости из эпохи, когда Марс был похож на Землю. Это имеет смысл. Но есть проблема. Дискуссии вокруг марсианских метеоритов показывают, насколько трудно доказать без всяких сомнений, что нечто имеет биологическое происхождение. Споры о ранней жизни на самой Земле подчеркивают эту сложность. Окаменелости могут быть неоднозначными. Они выглядят как абиотические химические реакции.

Другой аргумент движет текущим развитием событий. Обнаружить современную жизнь. Изучить экологические ниши. Вероятно, в теплых вулканических районах. Или даже в местах, где периодически течет соленая вода. Надежда проста. Если на Марсе была жизнь, то, скорее всего, она сохранилась там, где условия все еще были подходящими. Она не исчезла сразу повсеместно. Она отступила.

Человеческое исследование

Долгий путь к Марсу: Почему мы ещё не отправились?

Исследование Марса человеком кажется миражом. Мы постоянно видим его на горизонте, но он так и не материализуется полностью. Когда программа «Аполлон» завершилась в начале 1970-х годов, царило общее оптимистическое настроение. Считалось, что до полёта на Марс, как и до полёта на Луну, осталось лишь дело времени. Это не так.

Десятилетия спустя мы всё ещё ждём.

Инженерные задачи доставки людей на Марс и обратно пугают своей сложностью. Однако они не непреодолимы. Мы умеем строить ракеты. Мы умеем навигировать. Реальное «узкое место» — это не физика. Это обоснование целесообразности.

Нет практической причины, которая окупала бы себя в краткосрочной перспективе.

Сторонники полётов утверждают, что исследования сами по себе являются наградой. Исследования — это суть человечества. Это благородное чувство. Но оно не помогает бюджету. Некоторые указывают на меры экономической стимуляции. Они приводят в пример научные открытия и технологический опыт. Преимущества реальны. Но, несмотря на весь шум, пилотируемые миссии на Марс сейчас находятся дальше от реализации, чем в 1970-х годах.

Симуляция пустоты

Мы пытаемся решить эту проблему уже много лет. Ряд исследований разработали возможные стратегии реализации. Комплексные симуляции на Земле уже предоставляют данные.

Возьмём проект Mars500. Это совместный проект Европейского космического агентства и Российского института медико-биологических проблем. С июня 2010 года по ноябрь 2011 года шесть «астронавтов» жили в изоляции. Они моделировали 520-дневное путешествие на Марс.

Условия были очень строгими. Участники могли общаться с внешним миром только голосом. Задержка связи также составляла 20 минут. Это имитирует радиозадержку между Землёй и Марсом. Возможность прямой поддержки была исключена.

Недавно NASA выпустило свою серию симуляций. Начиная с 2023 года, агентство запустило CHAPEA. Это исследовательская симуляция здоровья и работоспособности экипажа. Четыре астронавта проводят смоделированный год на поверхности Марса. Эти тесты показывают, как люди реагируют на заточение. Они подчёркивают психологическую нагрузку изоляции.

Два пути

Орбитальная механика диктует два основных класса миссий. Выбор между ними определяет весь профиль миссии.

Миссии оппозиционного класса быстрее. Время туда и обратно составляет 500–600 дней. Астронавты могут находиться на поверхности Марса всего 30 дней. Это кажется эффективным. Большинство исследований приходят к выводу, что скорость не стоит затрат и усилий. Вы доберётесь туда быстро, но уедете так же быстро.

Миссии конъюнкционного класса медленнее. Путь туда и обратно занимает около 900 дней. Астронавты могут находиться на Марсе до 550 дней. Это требует больше ресурсов. Требуется больше топлива. Экипаж долго подвергается воздействию космической радиации. Задачи коллективного уровня обычно приоритетны, даже если требования к ресурсам выше. Чем дольше пребывание, тем выше научная ценность. Это оправдывает риск.

Построение базового лагеря

Существует множество вариантов выполнения задач коллективного уровня. Один сценарий предполагает заблаговременную отправку грузового корабля. Этот корабль создаёт базу, управляемую роботами. Люди следуют за ней через несколько лет.

В других версиях все ресурсы сопровождаются экипажем. Они покидают Землю со всем необходимым для выживания.

Критическим вопросом является использование местных ресурсов (in situ resource utilization). Можем ли мы использовать ресурсы, уже находящиеся на Марсе?

Блоки использования местных ресурсов (ISRU) могут быть развернуты заранее. Эти блоки будут извлекать кислород из марсианской атмосферы. Они будут извлекать водород из водяного льда. Энергия может поступать от солнечных панелей или ядерных источников. В результате окислитель и топливо накапливаются для использования при возвращении.

Люди не покинут Землю, пока эти ресурсы не будут накоплены на Марсе. Эта стратегия экономит топливо. Она снижает полезную нагрузку, которую необходимо запустить с Земли.

Аэродинамическое торможение (аэробрейкинг) обеспечивает ещё одну экономию. Атмосфера Марса может замедлить departinging (отлетающий) космический аппарат. Атмосфера Земли может замедлить входящий. Это позволяет значительно сэкономить в топливе. Дополнительным вариантом является прямой вход в атмосферу.

Чем именно занимаются астронавты там?

Они могут оставаться вблизи своей базы. Они могут управлять удалёнными роботами в различных точках. Это минимизирует риск. Или они могут отправиться в длительные экспедиции. Они могут напрямую исследовать планету. Это сопряжено с риском оказаться в ловушке. Простых ответов нет.

Человеческое тело под нагрузкой

Инженерный анализ сталкивается с проблемами здоровья экипажа. Длительное пребывание в космосе может вызвать физиологические повреждения.

Повреждается сердечно-сосудистая система. Страдает вестибулярный аппарат, контролирующий равновесие. Кости склонны к деминерализации. Происходит атрофия мышц.

Необходимо принять меры для минимизации ухудшения состояния. Режимы физических упражнений являются стандартом. Но можно ли предотвратить долгосрочные повреждения через два-три года после возвращения?

Психологический стресс столь же важен. Сотни дней в замкнутом пространстве. Нет других компаний. Это далеко от Земли. Это обойдётся дорого.

Радиация — это тихая угроза. Солнечные бури могут произойти во время 2–3-летнего путешествия. Экипаж подвергается высокому уровню ионизирующего излучения. Система защиты должна быть надёжной.

Защита планеты

Загрязнение также необходимо учитывать. Это научный и безопасностный вопрос.

Первая проблема — прямое загрязнение (forward contamination). Марс не должен загрязняться материалами с Земли. Это должно произойти до того, как можно будет оценить потенциал местной жизни. Роботические космические аппараты имеют строгие требования к очистке. Касаемые поверхности дезинфицируются. Это минимизирует помехи при обнаружении внеземной жизни.

Человеческие задачи не могут следовать этим строгим протоколам. Мы слишком велики. Нас слишком много. Мы отшелушиваем клетки кожи. Мы выдыхаем углекислый газ. Мы принесли с собой микробы.

Другая проблема — обратное загрязнение (backflow contamination). Что произойдёт, если на Марсе есть жизнь?

Международные соглашения требуют, чтобы материалы, доставленные с Марса, помещались в карантин. Они должны быть безопасными. Астронавты также могут быть помещены в карантин.

К счастью, большинство проблем планетарной защиты разрешимы. Роботическая доставка образцов с Марса, вероятно, произойдёт до прибытия пилотируемой миссии. Можно протестировать образец. Мы можем доказать безопасность. Затем отправить людей.

Путь ясен. Технологии существуют. Данные получены в ходе симуляций. Причина задержки подлежит обсуждению. Задержка не из-за невозможности. Это выбор.