Mars jest czwartą planetą w naszym Układzie Słonecznym i drugą najmniejszą po Merkurym. Nazwany na cześć starożytnego rzymskiego boga wojny. Jego przydomek „Czerwona Planeta” pochodzi od czerwonawego odcienia powierzchni, który wynika z przewagi tlenku żelaza. Co kilka lat, gdy Mars znajduje się w opozycji do Ziemi, najlepiej widać go na nocnym niebie. Z tego powodu ludzie obserwowali planetę od wielu tysiącleci, a jej pojawienie się na niebie odegrało dużą rolę w mitologii i systemach astrologicznych wielu kultur. W epoce nowożytnej stał się skarbnicą odkryć naukowych, które poszerzyły nasze zrozumienie Układu Słonecznego i jego historii.
Rozmiar, orbita i masa Marsa
Promień czwartej planety od Słońca wynosi około 3396 km na równiku i 3376 km w rejonach polarnych, co odpowiada 53% promienia Ziemi. I choć to o połowę mniej, masa Marsa to 6,4185 x 10²³ kg, czyli 15,1% masy naszej planety. Nachylenie osi jest podobne do nachylenia Ziemi i wynosi 25,19° do płaszczyzny orbity. Oznacza to, że czwarta planeta od Słońca również doświadcza zmiany pór roku.
Na największej odległości od Słońca Marsorbity w odległości 1,666 AU. czyli 249,2 mln km. W peryhelium, kiedy jest najbliżej naszej gwiazdy, znajduje się w odległości 1,3814 AU. czyli 206,7 mln km. Czerwona planeta potrzebuje 686,971 ziemskich dni, co odpowiada 1,88 roku ziemskiego, aby okrążyć Słońce. W dni marsjańskie, które na Ziemi trwają jeden dzień i 40 minut, rok to 668,5991 dni.
Skład gleby
Przy średniej gęstości 3,93 g/cm³ ta cecha Marsa sprawia, że jest on mniej gęsty niż Ziemia. Jego objętość wynosi około 15% objętości naszej planety, a jej masa to 11%. Czerwony Mars jest wynikiem obecności na powierzchni tlenku żelaza, lepiej znanego jako rdza. Obecność innych minerałów w pyle zapewnia inne odcienie - złoty, brązowy, zielony itp.
Ta ziemska planeta jest bogata w minerały zawierające krzem i tlen, metale i inne substancje, które zwykle znajdują się na planetach skalistych. Gleba jest lekko zasadowa i zawiera magnez, sód, potas i chlor. Eksperymenty przeprowadzone na próbkach gleby pokazują również, że jej pH wynosi 7,7.
Chociaż woda w stanie ciekłym nie może istnieć na powierzchni Marsa z powodu jego cienkiej atmosfery, duże skupiska lodu są skoncentrowane w czapach polarnych. Ponadto od bieguna do szerokości geograficznej 60° rozciąga się pas wiecznej zmarzliny. Oznacza to, że woda znajduje się pod większością powierzchni jako mieszanina jej stanu stałego i ciekłego. Dane radarowe i próbki gleby potwierdziły obecność podziemnych zbiornikówtakże w średnich szerokościach geograficznych.
Struktura wewnętrzna
Planeta Mars mająca 4,5 miliarda lat składa się z gęstego metalicznego jądra otoczonego krzemowym płaszczem. Rdzeń składa się z siarczku żelaza i zawiera dwa razy więcej lekkich pierwiastków niż jądro Ziemi. Średnia grubość skorupy wynosi około 50 km, maksymalna to 125 km. Jeśli weźmiemy pod uwagę wielkość planet, to skorupa ziemska, której średnia grubość wynosi 40 km, jest 3 razy cieńsza od marsjańskiej.
Współczesne modele jego budowy wewnętrznej sugerują, że wielkość jądra w promieniu 1700-1850 km i składa się głównie z żelaza i niklu z około 16-17% siarką. Ze względu na mniejszy rozmiar i masę, grawitacja na powierzchni Marsa wynosi tylko 37,6% ziemskiej. Przyspieszenie grawitacyjne wynosi tutaj 3,711 m/s², w porównaniu do 9,8 m/s² na naszej planecie.
Charakterystyka powierzchni
Czerwony Mars jest zakurzony i suchy z góry, a geologicznie bardzo przypomina Ziemię. Ma równiny i pasma górskie, a nawet największe wydmy w Układzie Słonecznym. Tutaj też znajduje się najwyższa góra - wulkan tarczowy Olimp oraz najdłuższy i najgłębszy kanion - Dolina Marinera.
Kratery uderzeniowe są typowymi elementami krajobrazu na Marsie. Ich wiek szacuje się na miliardy lat. Ze względu na powolne tempo erozji są dobrze zachowane. Największym z nich jest Dolina Hellas. Obwód krateru wynosi około 2300 km, a jego głębokość sięga 9 km.
Na powierzchni Marsa równieżmożna wyróżnić wąwozy i kanały, a wielu naukowców uważa, że kiedyś przez nie przepływała woda. Porównując je z podobnymi formacjami na Ziemi, można przypuszczać, że przynajmniej częściowo powstały w wyniku erozji wodnej. Kanały te są dość duże - szerokie na 100 km i długie na 2 tys. km.
Satelity na Marsa
Mars ma dwa małe księżyce, Fobosa i Deimosa. Zostały odkryte w 1877 roku przez astronoma Asapha Halla i noszą nazwy mitycznych postaci. Zgodnie z tradycją brania imion z mitologii klasycznej, Fobos i Deimos są synami Aresa, greckiego boga wojny, który był pierwowzorem rzymskiego Marsa. Pierwsza z nich uosabia strach, a druga - zamieszanie i przerażenie.
Fobos ma około 22 km średnicy, a odległość do Marsa od niego wynosi 9234,42 km w perygeum i 9517,58 km w apogeum. Jest to poniżej wysokości synchronicznej i satelita potrzebuje tylko 7 godzin, aby okrążyć planetę. Naukowcy obliczyli, że za 10-50 milionów lat Fobos może spaść na powierzchnię Marsa lub rozbić się w otaczającą go strukturę pierścieniową.
Deimos ma średnicę około 12 km, a jego odległość od Marsa wynosi 23455,5 km w perygeum i 23470,9 km w apogeum. Satelita dokonuje całkowitej rewolucji w 1,26 dnia. Mars może mieć dodatkowe satelity o średnicy mniejszej niż 50-100 m, a między Fobosem a Dejmosem znajduje się pierścień pyłu.
Według naukowców te satelity były kiedyś asteroidami, ale potem zostały przechwycone przez grawitację planety. Niskie albedo i skład obu księżyców (węglowychondryt), który jest podobny do materiału asteroid, potwierdza tę teorię, a niestabilna orbita Fobosa wydaje się sugerować niedawne przechwycenie. Jednak orbity obu księżyców są okrągłe i w płaszczyźnie równika, co jest niezwykłe w przypadku schwytanych ciał.
Atmosfera i klimat
Pogoda na Marsie jest spowodowana obecnością bardzo cienkiej atmosfery, która składa się w 96% z dwutlenku węgla, 1,93% argonu i 1,89% azotu, a także śladowych ilości tlenu i wody. Jest bardzo zapylona i zawiera cząstki stałe o średnicy zaledwie 1,5 mikrona, które przy oglądaniu z powierzchni zmieniają kolor marsjańskiego nieba na ciemnożółty. Ciśnienie atmosferyczne waha się w granicach 0,4–0,87 kPa. Odpowiada to około 1% powierzchni ziemi na poziomie morza.
Ze względu na cienką warstwę powłoki gazowej i większą odległość od Słońca, powierzchnia Marsa nagrzewa się znacznie gorzej niż powierzchnia Ziemi. Średnio wynosi -46°C. Zimą spada do -143°C na biegunach, a latem w południe na równiku osiąga 35°C.
Na planecie szaleją burze piaskowe, które zamieniają się w małe tornada. Silniejsze huragany pojawiają się, gdy kurz unosi się i jest ogrzewany przez Słońce. Wiatry nasilają się, tworząc burze o długości tysięcy kilometrów i trwające kilka miesięcy. W rzeczywistości ukrywają prawie całą powierzchnię Marsa.
Ślady metanu i amoniaku
Ślady metanu znaleziono również w atmosferze planety, której stężenie wynosi 30 części na miliard. Szacuje się, żeMars powinien produkować 270 ton metanu rocznie. Po uwolnieniu do atmosfery gaz ten może istnieć tylko przez ograniczony czas (0,6–4 lata). Jego obecność, pomimo krótkiego czasu życia, wskazuje, że musi istnieć aktywne źródło.
Sugerowane opcje obejmują aktywność wulkaniczną, komety i obecność metanogennych form życia drobnoustrojowego pod powierzchnią planety. Metan może być wytwarzany w niebiologicznym procesie zwanym serpentynizacją, obejmującym wodę, dwutlenek węgla i oliwin, co jest powszechne na Marsie.
Mars Express również wykrył amoniak, ale o stosunkowo krótkim czasie życia. Nie jest jasne, co go powoduje, ale zasugerowano aktywność wulkaniczną jako możliwe źródło.
Odkrywanie planety
Próba ustalenia, czym jest Mars w latach 60. XX wieku. W okresie od 1960 do 1969 Związek Radziecki wystrzelił 9 bezzałogowych statków kosmicznych na Czerwoną Planetę, ale żadnemu z nich nie udało się osiągnąć celu. W 1964 NASA rozpoczęła wypuszczanie sond Mariner. Pierwszymi były „Mariner-3” i „Mariner-4”. Pierwsza misja nie powiodła się podczas wdrażania, ale druga, wystrzelona 3 tygodnie później, z powodzeniem zakończyła 7,5-miesięczną podróż.
Mariner 4 wykonał pierwsze zbliżenia Marsa (ukazujące kratery uderzeniowe) i dostarczył dokładnych danych na temat ciśnienia atmosferycznego na powierzchni oraz odnotował brak pola magnetycznego i pasa radiacyjnego. NASA kontynuowała program wystrzeliwując kolejną parę sond przelotowych Mariner 6 i 7,który dotarł na planetę w 1969
W latach 70. ZSRR i USA rywalizowały o to, by jako pierwsze umieścić sztucznego satelitę na orbicie wokół Marsa. Radziecki program M-71 obejmował trzy statki kosmiczne - Kosmos-419 (Mars-1971C), Mars-2 i Mars-3. Pierwsza ciężka sonda rozbiła się podczas startu. Kolejne misje, Mars 2 i Mars 3, były kombinacją orbitera i lądownika i były pierwszymi stacjami, które lądowały pozaziemskie (inne niż na Księżycu).
Zostały pomyślnie wystrzelone w połowie maja 1971 roku i leciały z Ziemi na Marsa przez siedem miesięcy. 27 listopada lądownik Mars 2 wylądował awaryjnie z powodu awarii komputera pokładowego i stał się pierwszym obiektem stworzonym przez człowieka, który dotarł do powierzchni Czerwonej Planety. 2 grudnia Mars-3 wykonał regularne lądowanie, ale jego transmisja została przerwana po 14,5 z transmisji.
W międzyczasie NASA kontynuowała program Mariner iw 1971 roku wystrzelono sondy 8 i 9. Mariner 8 rozbił się na Oceanie Atlantyckim podczas startu. Ale drugi statek kosmiczny nie tylko dotarł do Marsa, ale także stał się pierwszym z powodzeniem wystrzelonym na jego orbitę. Podczas gdy burza piaskowa trwała na skalę planetarną, satelita zdołał wykonać kilka zdjęć Fobosa. Gdy burza ucichła, sonda wykonała zdjęcia, które dostarczyły bardziej szczegółowych dowodów na to, że woda kiedyś płynęła po powierzchni Marsa. Wzgórze zwane Śniegami Olimpu (jeden z nielicznych obiektów, które pozostały widoczne podczas planetarnej burzy piaskowej) również okazało się najwyższą formacją w Układzie Słonecznym, prowadzącą dozmieniając nazwę na Mount Olympus.
W 1973 r. Związek Radziecki wysłał cztery kolejne sondy: orbitery Marsa 4. i 5. oraz sondy orbitalne i opadające Mars-6 i 7. Wszystkie stacje międzyplanetarne z wyjątkiem Marsa-7” przesłały dane i ekspedycja Mars-5 była najbardziej udana. Przed rozszczelnieniem obudowy nadajnika stacja zdołała przesłać 60 obrazów.
Do 1975 r. NASA wystrzeliła Vikinga 1 i 2, które składały się z dwóch orbiterów i dwóch lądowników. Misja na Marsa miała na celu poszukiwanie śladów życia i obserwację jego charakterystyk meteorologicznych, sejsmicznych i magnetycznych. Wyniki eksperymentów biologicznych na pokładzie powracających wikingów były niejednoznaczne, ale ponowna analiza danych opublikowanych w 2012 roku sugeruje oznaki życia mikrobiologicznego na planecie.
Orbitery dostarczyły dodatkowych danych potwierdzających, że woda kiedyś istniała na Marsie – duże powodzie utworzyły głębokie kaniony o długości tysięcy kilometrów. Ponadto płaty rozgałęzionych strumieni na półkuli południowej sugerują, że kiedyś tutaj spadły opady.
Wznowienie lotów
Czwarta planeta od Słońca została zbadana dopiero w latach 90., kiedy NASA wysłała misję Mars Pathfinder, która składała się ze statku kosmicznego, który wylądował na stacji z poruszającą się sondą Sojourner. Urządzenie wylądowało na Marsie 4 lipca 1987 roku i stało się dowodem przydatności technologii, które będą wykorzystywane w kolejnych wyprawach, m.in.jak lądowanie na poduszce powietrznej i automatyczne omijanie przeszkód.
Następną misją na Marsa jest satelita mapujący MGS, który dotarł do planety 12 września 1997 r. i rozpoczął pracę w marcu 1999 r. W ciągu jednego pełnego roku marsjańskiego, z małej wysokości, prawie na orbicie polarnej, badał całą powierzchnię i atmosferę oraz wysłało więcej danych planetarnych niż wszystkie poprzednie misje razem wzięte.
5 listopada 2006 r. MGS stracił kontakt z Ziemią, a wysiłki NASA na rzecz odbudowy zakończyły się 28 stycznia 2007 r.
W 2001 roku Mars Odyssey Orbiter został wysłany, aby dowiedzieć się, czym jest Mars. Jego celem było poszukiwanie dowodów na istnienie wody i aktywności wulkanicznej na planecie za pomocą spektrometrów i kamer termowizyjnych. W 2002 roku ogłoszono, że sonda wykryła dużą ilość wodoru, co jest dowodem na istnienie ogromnych pokładów lodu w górnych trzech metrach gleby w promieniu 60° od bieguna południowego.
Dnia 2 czerwca 2003 roku Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) wystrzeliła Mars Express, statek kosmiczny składający się z satelity i lądownika Beagle 2. Wszedł na orbitę 25 grudnia 2003 r., a tego samego dnia sonda weszła w atmosferę planety. Zanim ESA straciła kontakt z lądownikiem, Mars Express Orbiter potwierdził obecność lodu i dwutlenku węgla na biegunie południowym.
W 2003 r. NASA rozpoczęła badanie planety w ramach programu MER. Używał dwóch łazików Spirit i Opportunity. Misja na Marsa miała za zadanie zbadanie różnychskały i gleby, aby znaleźć tutaj dowody na obecność wody.
12.08.05 Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) został wystrzelony i osiągnął orbitę planety 10.03.06. Na pokładzie urządzenia znajdują się instrumenty naukowe przeznaczone do wykrywania wody, lodu i minerałów na powierzchni i pod nią. Ponadto MRO będzie wspierać przyszłe generacje sond kosmicznych poprzez codzienne monitorowanie pogody i warunków na powierzchni Marsa, wyszukiwanie przyszłych miejsc lądowania i testowanie nowego systemu telekomunikacyjnego, który przyspieszy komunikację z Ziemią.
6 sierpnia 2012, MSL Mars Science Laboratory i łazik Curiosity wylądowały w kraterze Gale. Z ich pomocą dokonano wielu odkryć dotyczących lokalnych warunków atmosferycznych i powierzchniowych, a także wykryto cząstki organiczne.
18 listopada 2013 r., w ramach kolejnej próby poznania Marsa, wystrzelono satelitę MAVEN, którego celem jest badanie atmosfery i przekazywanie sygnałów z łazików automatycznych.
Badania trwają
Czwarta planeta od Słońca jest najczęściej badaną planetą w Układzie Słonecznym po Ziemi. Obecnie na jego powierzchni działają stacje Opportunity i Curiosity, a na orbicie działa 5 statków kosmicznych - Mars Odyssey, Mars Express, MRO, MOM i Maven.
Te sondy wykonały niezwykle szczegółowe obrazy Czerwonej Planety. Pomogli odkryć, że kiedyś była tam woda i potwierdzili, że Mars i Ziemia są bardzo podobne - mają czapy polarne, pory roku, atmosferę iobecność wody. Pokazali również, że życie organiczne może istnieć dzisiaj i najprawdopodobniej istniało wcześniej.
Obsesja ludzkości na punkcie Marsa nie słabnie, a nasze wysiłki, aby zbadać jego powierzchnię i rozwikłać jego historię, jeszcze się nie skończyły. W nadchodzących dziesięcioleciach prawdopodobnie nadal będziemy tam wysyłać łaziki i po raz pierwszy wyślemy tam człowieka. A z czasem, biorąc pod uwagę dostępność niezbędnych zasobów, czwarta planeta od Słońca pewnego dnia stanie się zdatna do zamieszkania.
