Атмосфера Марса: давления или плотности? Основные характеристики марса Есть ли в атмосфере марса кислород.

Марс - четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая (предпоследняя) по размерам планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Названа в честь Марса - древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа.

Марс - планета земной группы с разреженной атмосферой (давление у поверхности в 160 раз меньше земного). Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать ударные кратеры наподобие лунных, а также вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки наподобие земных.

У Марса есть два естественных спутника - Фобос и Деймос (в переводе с древнегреческого - «страх» и «ужас» - имена двух сыновей Ареса, сопровождавших его в бою), которые относительно малы (Фобос - 26x21 км, Деймос - 13 км в поперечнике) и имеют неправильную форму.

Великие противостояния Марса, 1830-2035 гг.

Год	Дата	Расстояние, а. е.
1830	19 сентября	0,388
1845	18 августа	0,373
1860	17 июля	0,393
1877	5 сентября	0,377
1892	4 августа	0,378
1909	24 сентября	0,392
1924	23 августа	0,373
1939	23 июля	0,390
1956	10 сентября	0,379
1971	10 августа	0,378
1988	22 сентября	0,394
2003	28 августа	0,373
2018	27 июля	0,386
2035	15 сентября	0,382

Марс - четвёртая по удалённости от Солнца (после Меркурия, Венеры и Земли) и седьмая по размерам (превосходит по массе и диаметру только Меркурий) планета Солнечной системы. Масса Марса составляет 10,7 % массы Земли (6,423·1023 кг против 5,9736·1024 кг для Земли), объём - 0,15 объёма Земли, а средний линейный диаметр - 0,53 диаметра Земли (6800 км).

Рельеф Марса обладает многими уникальными чертами. Марсианский потухший вулкан гора Олимп - самая высокая гора в Солнечной системе, а долины Маринер - самый крупный каньон. Помимо этого, в июне 2008 года три статьи, опубликованные в журнале «Nature», представили доказательства существования в северном полушарии Марса самого крупного известного ударного кратера в Солнечной системе. Его длина - 10 600 км, а ширина - 8500 км, что примерно в четыре раза больше, чем крупнейший ударный кратер, до того также обнаруженный на Марсе, вблизи его южного полюса.

В дополнение к схожести поверхностного рельефа, Марс имеет период вращения и смену времён года аналогичные земным, но его климат значительно холоднее и суше земного.

Вплоть до первого пролёта у Марса космического аппарата «Маринер-4» в 1965 году многие исследователи полагали, что на его поверхности есть вода в жидком состоянии. Это мнение было основано на наблюдениях за периодическими изменениями в светлых и тёмных участках, особенно в полярных широтах, которые были похожи на континенты и моря. Тёмные борозды на поверхности Марса интерпретировались некоторыми наблюдателями как ирригационные каналы для жидкой воды. Позднее было доказано, что эти борозды были оптической иллюзией.

Из-за низкого давления вода не может существовать в жидком состоянии на поверхности Марса, но вполне вероятно, что в прошлом условия были иными, и поэтому наличие примитивной жизни на планете исключать нельзя. 31 июля 2008 года вода в состоянии льда была обнаружена на Марсе космическим аппаратом НАСА «Феникс» (англ. «Phoenix»).

В феврале 2009 орбитальная исследовательская группировка на орбите Марса насчитывала три функционирующих космических аппарата: «Марс Одиссей», «Марс-экспресс» и «Марсианский разведывательный спутник», это больше, чем около любой другой планеты, помимо Земли.

Поверхность Марса в настоящий момент исследовали два марсохода: «Спирит» и «Оппортьюнити». На поверхности Марса находятся также несколько неактивных посадочных модулей и марсоходов, завершивших исследования.

Собранные ими геологические данные позволяют предположить, что большую часть поверхности Марса ранее покрывала вода. Наблюдения в течение последнего десятилетия позволили обнаружить в некоторых местах на поверхности Марса слабую гейзерную активность. По наблюдениям с космического аппарата «Марс Глобал Сервейор», некоторые части южной полярной шапки Марса постепенно отступают.

Марс можно увидеть с Земли невооружённым глазом. Его видимая звёздная величина достигает 2,91m (при максимальном сближении с Землёй), уступая по яркости лишь Юпитеру (и то далеко не всегда во время великого противостояния) и Венере (но лишь утром или вечером). Как правило, во время великого противостояния, оранжевый Марс является ярчайшим объектом земного ночного неба, но это происходит лишь один раз в 15-17 лет в течение одной - двух недель.

Орбитальные характеристики

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

Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 228 млн км (1,52 а. е.), период обращения вокруг Солнца равен 687 земным суткам. Орбита Марса имеет довольно заметный эксцентриситет (0,0934), поэтому расстояние до Солнца меняется от 206,6 до 249,2 млн км. Наклонение орбиты Марса равно 1,85°.

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

Физические характеристики

Сравнение размеров Земли (средний радиус 6371 км) и Марса (средний радиус 3386,2 км)

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

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

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

Период вращения планеты - 24 часа 37 минут 22,7 секунд. Таким образом, марсианский год состоит из 668,6 марсианских солнечных суток (называемых солами).

Марс вращается вокруг своей оси, наклонённой к перпендикуляру плоскости орбиты под углом 24°56?. Наклон оси вращения Марса обеспечивает смену времён года. При этом вытянутость орбиты приводит к большим различиям в их продолжительности - так, северная весна и лето, вместе взятые, длятся 371 сол, то есть заметно больше половины марсианского года. В то же время, они приходятся на участок орбиты Марса, удалённый от Солнца. Поэтому на Марсе северное лето долгое и прохладное, а южное - короткое и жаркое.

Атмосфера и климат

Атмосфера Марса, фото орбитера «Викинг», 1976 г. Слева виден «кратер-смайлик» Галле

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

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

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

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

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

Атмосферное давление

По данным НАСА на 2004 год, давление атмосферы на среднем радиусе составляет 6,36 мб. Плотность у поверхности ~0,020 кг/м3, общая масса атмосферы ~2,5·1016 кг.
Изменение атмосферного давления на Марсе в зависимости от времени суток, зафиксированное посадочным модулем Mars Pathfinder в 1997 году.

В отличие от Земли, масса марсианской атмосферы сильно изменяется в течение года в связи с таянием и намерзанием полярных шапок, содержащих углекислый газ. Во время зимы 20-30 процентов всей атмосферы намораживается на полярной шапке, состоящей из углекислоты. Сезонные перепады давления, по разным источникам, составляют следующие значения:

По данным НАСА (2004): от 4.0 до 8.7 мбар на среднем радиусе;
По данным Encarta (2000): от 6 до 10 мбар;
По данным Zubrin и Wagner (1996): от 7 до 10 мбар;
По данным посадочного аппарата Викинг-1: от 6,9 до 9 мбар;
По данным посадочного аппарата Mars Pathfinder: от 6,7 мбар.

Ударная впадина Эллада (Hellas Impact Basin) - самое глубокое место, где можно обнаружить самое высокое атмосферное давление на Марсе

В месте посадки зонда АМС Марс-6 в районе Эритрейского моря было зафиксировано давление у поверхности 6,1 миллибара, что на тот момент считалось средним давлением на планете, и от этого уровня было условлено отсчитывать высоты и глубины на Марсе. По данным этого аппарата, полученным во время спуска, тропопауза находится на высоте примерно 30 км, где давление составляет 5·10-7 г/см3 (как на Земле на высоте 57 км).

Область Эллада (Марс) настолько глубока, что атмосферное давление достигает примерно 12,4 миллибара, что выше тройной точки воды (~6,1 мб) и ниже точки кипения. При достаточно высокой температуре вода могла бы существовать там в жидком состоянии; при таком давлении, однако, вода закипает и превращается в пар уже при +10 °C.

На вершине высочайшего 27-километрового вулкана Олимп давление может составлять от 0,5 до 1 мбар (Zurek 1992).

До высадки на поверхность Марса посадочных модулей давление было измерено за счет ослабления радиосигналов с АМС Маринер-4, Маринер-6 и Маринер-7 при их захождении за марсианский диск - 6,5 ± 2,0 мб на среднем уровне поверхности, что в 160 раз меньше земного; такой же результат показали спектральные наблюдения АМС Марс-3. При этом в расположенных ниже среднего уровня областях (например, в марсианской Амазонии) давление, согласно этим измерениям, достигает 12 мб.

Начиная с 1930-х гг. советские астрономы пытались определять давление атмосферы методами фотографической фотометрии - по распределению яркости вдоль диаметра диска в разных диапазонах световых волн. Французские ученые Б.Лио и О.Дольфюс производили с этой целью наблюдения поляризации рассеянного атмосферой Марса света. Сводку оптических наблюдений опубликовал американский астроном Ж.-де Вокулер в 1951 году, и по ним получалось давление 85 мб, завышенное почти в 15 раз из-за помех со стороны атмосферной пыли.

Климат

Микроскопическое фото конкреции гематита размером 1,3 см, снятое марсоходом «Оппортьюнити» 2 марта 2004 г., показывает присутствие в прошлом жидкой воды

Климат, как и на Земле, носит сезонный характер. В холодное время года даже вне полярных шапок на поверхности может образовываться светлый иней. Аппарат «Феникс» зафиксировал снегопад, однако снежинки испарялись, не достигая поверхности.

По сведениям НАСА (2004 г.), средняя температура составляет ~210 K (-63 °C). По данным посадочных аппаратов Викинг, суточный температурный диапазон составляет от 184 K до 242 K (от -89 до -31 °C) (Викинг-1), а скорость ветра: 2-7 м/с (лето), 5-10 м/с (осень), 17-30 м/с (пылевой шторм).

По данным посадочного зонда Марс-6, средняя температура тропосферы Марса составляет 228 K, в тропосфере температура убывает в среднем на 2,5 градуса на километр, а находящаяся выше тропопаузы (30 км) стратосфера имеет почти постоянную температуру 144 K.

По данным исследователей из Центра имени Карла Сагана, в последние десятилетия на Марсе идёт процесс потепления. Другие специалисты считают, что такие выводы делать пока рано.

Существуют сведения, что в прошлом атмосфера могла быть более плотной, а климат - тёплым и влажным, и на поверхности Марса существовала жидкая вода и шли дожди. Доказательством этой гипотезы является анализ метеорита ALH 84001, показавший, что около 4 миллиардов лет назад температура Марса составляла 18 ± 4 °C.

Пылевые вихри

Пыльные вихри, сфотографированные марсоходом «Оппортьюнити» 15 мая 2005 г. Цифры в левом нижнем углу отображают время в секундах с момента первого кадра

Начиная с 1970-х гг. в рамках программы «Викинг», а также марсоходом «Оппортьюнити» и другими аппаратами были зафиксированы многочисленные пыльные вихри. Это воздушные завихрения, возникающие у поверхности планеты и поднимающие в воздух большое количество песка и пыли. Вихри часто наблюдаются и на Земле (в англоязычных странах их называют пыльными демонами - dust devil), однако на Марсе они могут достигать гораздо больших размеров: в 10 раз выше и в 50 раз шире земных. В марте 2005 года вихрь очистил солнечные батареи у марсохода «Спирит».

Поверхность

Две трети поверхности Марса занимают светлые области, получившие название материков, около трети - тёмные участки, называемые морями. Моря сосредоточены, в основном, в южном полушарии планеты, между 10 и 40° широты. В северном полушарии есть только два крупных моря - Ацидалийское и Большой Сырт.

Характер тёмных участков до сих пор остаётся предметом споров. Они сохраняются, несмотря на то, что на Марсе бушуют пылевые бури. В своё время, это служило доводом в пользу предположения, что тёмные участки покрыты растительностью. Сейчас полагают, что это просто участки, с которых, в силу их рельефа, легко выдувается пыль. Крупномасштабные снимки показывают, что на самом деле, тёмные участки состоят из групп тёмных полос и пятен, связанных с кратерами, холмами и другими препятствиями на пути ветров. Сезонные и долговременные изменения их размера и формы связаны, по-видимому, с изменением соотношения участков поверхности, покрытых светлым и тёмным веществом.

Полушария Марса довольно сильно различаются по характеру поверхности. В южном полушарии поверхность находится на 1-2 км над средним уровнем и густо усеяна кратерами. Эта часть Марса напоминает лунные материки. На севере большая часть поверхности находится ниже среднего уровня, здесь мало кратеров, и основную часть занимают относительно гладкие равнины, вероятно, образовавшиеся в результате затопления лавой и эрозии. Такое различие полушарий остаётся предметом дискуссий. Граница между полушариями следует примерно по большому кругу, наклонённому на 30° к экватору. Граница широкая и неправильная и образует склон в направлении на север. Вдоль неё встречаются самые эродированные участки марсианской поверхности.

Выдвинуто две альтернативных гипотезы, объясняющих асимметрию полушарий. Согласно одной из них, на раннем геологическом этапе литосферные плиты «съехались» (возможно, случайно) в одно полушарие, подобно континенту Пангея на Земле, а затем «застыли» в этом положении. Другая гипотеза предполагает столкновение Марса с космическим телом размером с Плутон.
Топографическая карта Марса, по данным Mars Global Surveyor, 1999 г.

Большое количество кратеров в южном полушарии предполагает, что поверхность здесь древняя - 3-4 млрд лет. Выделяют несколько типов кратеров: большие кратеры с плоским дном, более мелкие и молодые чашеобразные кратеры, похожие на лунные, кратеры, окружённые валом, и возвышенные кратеры. Последние два типа уникальны для Марса - кратеры с валом образовались там, где по поверхности текли жидкие выбросы, а возвышенные кратеры образовались там, где покрывало выбросов кратера защитило поверхность от ветровой эрозии. Самой крупной деталью ударного происхождения является равнина Эллада (примерно 2100 км в поперечнике).

В области хаотического ландшафта вблизи границы полушарий поверхность испытала разломы и сжатия больших участков, за которыми иногда следовала эрозия (вследствие оползней или катастрофического высвобождения подземных вод), а также затопление жидкой лавой. Хаотические ландшафты часто находятся у истока больших каналов, прорезанных водой. Наиболее приемлемой гипотезой их совместного образования является внезапное таяние подповерхностного льда.

Долины Маринер на Марсе

В северном полушарии, помимо обширных вулканических равнин, находятся две области крупных вулканов - Фарсида и Элизий. Фарсида - обширная вулканическая равнина протяжённостью 2000 км, достигающая высоты 10 км над средним уровнем. На ней находятся три крупных щитовых вулкана - гора Арсия, гора Павлина и гора Аскрийская. На краю Фарсиды находится высочайшая на Марсе и в Солнечной системе гора Олимп. Олимп достигает 27 км высоты по отношению к его основанию и 25 км по отношению к среднему уровню поверхности Марса, и охватывает площадь 550 км диаметром, окружённую обрывами, местами достигающими 7 км высоты. Объём Олимпа в 10 раз превышает объём крупнейшего вулкана Земли Мауна-Кеа. Здесь же расположено несколько менее крупных вулканов. Элизий - возвышенность до шести километров над средним уровнем, с тремя вулканами - купол Гекаты, гора Элизий и купол Альбор.

По другим данным (Faure и Mensing, 2007), высота Олимпа составляет 21287 метров над нулевым уровнем и 18 километров над окружающей местностью, а диаметр основания - примерно 600 км. Основание охватывает площадь 282600 км2. Кальдера (углубление в центре вулкана) имеет ширину 70 км и глубину 3 км.

Возвышенность Фарсида также пересечена множеством тектонических разломов, часто очень сложных и протяжённых. Крупнейший из них - долины Маринер - тянется в широтном направлении почти на 4000 км (четверть окружности планеты), достигая ширины 600 и глубины 7-10 км; по размерам этот разлом сравним с Восточноафриканским рифтом на Земле. На его крутых склонах происходят крупнейшие в Солнечной системе оползни. Долины Маринер являются самым большим известным каньоном в Солнечной системе. Каньон, который был открыт космическим аппаратом «Маринер-9» в 1971 году, мог бы занять всю территорию США, от океана до океана.

Панорама кратера Виктория, снятая марсоходом «Оппортьюнити». Она была заснята за три недели, в период с 16 октября по 6 ноября, 2006.

Панорама поверхности Марса в районе Husband Hill, снятая марсоходом «Спирит 23-28 ноября 2005».

Лёд и полярные шапки

Северная полярная шапка в летний период, фото Марс Глобал Сервейор. Длинный широкий разлом, рассекающий шапку слева - Северный разлом

Внешний вид Марса сильно изменяется в зависимости от времени года. Прежде всего, бросаются в глаза изменения полярных шапок. Они разрастаются и уменьшаются, создавая сезонные явления в атмосфере и на поверхности Марса. Южная полярная шапка может достигать широты 50°, северная - также 50°. Диаметр постоянной части северной полярной шапки составляет 1000 км. По мере того, как весной полярная шапка в одном из полушарий отступает, детали поверхности планеты начинают темнеть.

Полярные шапки состоят из двух составляющих: сезонной - углекислого газа и вековой - водяного льда. По данным со спутника Марс Экспресс толщина шапок может составлять от 1 м до 3,7 км. Аппарат «Марс Одиссей» обнаружил на южной полярной шапке Марса действующие гейзеры. Как считают специалисты НАСА, струи углекислого газа с весенним потеплением вырываются вверх на большую высоту, унося с собой пыль и песок.

Фотографии Марса, на которых видна пыльная буря. Июнь - сентябрь 2001 г.

Весеннее таяние полярных шапок приводит к резкому повышению давления атмосферы и перемещению больших масс газа в противоположное полушарие. Скорость дующих при этом ветров составляет 10-40 м/с, иногда до 100 м/с. Ветер поднимает с поверхности большое количество пыли, что приводит к пылевым бурям. Сильные пылевые бури практически полностью скрывают поверхность планеты. Пылевые бури оказывают заметное воздействие на распределение температуры в атмосфере Марса.

В 1784 г. астроном У. Гершель обратил внимание на сезонные изменения размера полярных шапок, по аналогии с таянием и намерзанием льдов в земных полярных областях. В 1860-е гг. французский астроном Э.Лиэ наблюдал волну потемнения вокруг тающей весенней полярной шапки, что тогда было истолковано гипотезой о растекании талых вод и росте растительности. Спектрометрические измерения, которые были проведены в начале XX в. в обсерватории Ловелла во Флагстаффе В. Слайфером, однако, не показали наличия линии хлорофилла - зелёного пигмента земных растений.

По фотографиям Маринера-7 удалось определить, что полярные шапки имеют толщину в несколько метров, а измеренная температура 115 K (-158 °C) подтвердила возможность того, что она состоит из замерзшей углекислоты - «сухого льда».

Возвышенность, которая получила название гор Митчелла, расположенная близ южного полюса Марса, при таянии полярной шапки выглядит как белый островок, поскольку в горах ледники тают позднее, в том числе, и на Земле.

Данные аппарата «Марсианский разведывательный спутник» позволили обнаружить под каменистыми осыпями у подножия гор значительный слой льда. Ледник толщиной в сотни метров занимает площадь в тысячи квадратных километров, и его дальнейшее изучение способно дать информацию об истории марсианского климата.

Русла «рек» и другие особенности

На Марсе имеется множество геологических образований, напоминающих водную эрозию, в частности, высохшие русла рек. Согласно одной из гипотез, эти русла могли сформироваться в результате кратковременных катастрофических событий и не являются доказательством длительного существования речной системы. Однако последние данные свидетельствуют о том, что реки текли в течение геологически значимых промежутков времени. В частности, обнаружены инвертированные русла (то есть русла, приподнятые над окружающей местностью). На Земле подобные образования формируются благодаря длительному накоплению плотных донных отложений с последующим высыханием и выветриванием окружающих пород. Кроме того, есть свидетельства смещения русел в дельте реки при постепенном поднятии поверхности.

В юго-западном полушарии, в кратере Эберсвальде обнаружена дельта реки площадью около 115 км2. Намывшая дельту река имела в длину более 60 км.

Данные марсоходов НАСА «Спирит» и «Оппортьюнити» свидетельствуют также о наличии воды в прошлом (найдены минералы, которые могли образоваться только в результате длительного воздействия воды). Аппарат «Феникс» обнаружил залежи льда непосредственно в грунте.

Кроме того, обнаружены тёмные полосы на склонах холмов, свидетельствующие о появлении жидкой солёной воды на поверхности в наше время. Они появляются вскоре после наступления летнего периода и исчезают к зиме, «обтекают» различные препятствия, сливаются и расходятся. «Сложно представить, что подобные структуры могли сформироваться не из потоков жидкости, а из чего-то иного», - заявил сотрудник НАСА Ричард Зурек.

На вулканической возвышенности Фарсида обнаружено несколько необычных глубоких колодцев. Судя по снимку аппарата «Марсианский разведывательный спутник», сделанному в 2007 году, один из них имеет диаметр 150 метров, а освещённая часть стенки уходит в глубину не менее, чем на 178 метров. Высказана гипотеза о вулканическом происхождении этих образований.

Грунт

Элементный состав поверхностного слоя марсианской почвы по данным посадочных аппаратов неодинаков в разных местах. Основная составляющая почвы - кремнезём (20-25 %), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15 %), придающих почве красноватый цвет. Имеются значительные примеси соединений серы, кальция, алюминия, магния, натрия (единицы процентов для каждого).

Согласно данным зонда НАСА «Феникс» (посадка на Марс 25 мая 2008 года), соотношение pH и некоторые другие параметры марсианских почв близки к земным, и на них теоретически можно было бы выращивать растения. «Фактически, мы обнаружили, что почва на Марсе отвечает требованиям, а также содержит необходимые элементы для возникновения и поддержания жизни как в прошлом, так и в настоящем и будущем», сообщил ведущий исследователь-химик проекта Сэм Кунейвс. Также по его словам, данный щелочной тип грунта многие могут встретить на «своём заднем дворе», и он вполне пригоден для выращивания спаржи.

В месте посадки аппарата в грунте имеется также значительное количество водяного льда. Орбитальный зонд «Марс Одиссей» также обнаружил, что под поверхностью красной планеты есть залежи водяного льда. Позже это предположение было подтверждено и другими аппаратами, но окончательно вопрос о наличии воды на Марсе был решен в 2008 году, когда зонд «Феникс», севший вблизи северного полюса планеты, получил воду из марсианского грунта.

Геология и внутреннее строение

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

Сравнение строения Марса и других планет земной группы

Современные модели внутреннего строения Марса предполагают, что Марс состоит из коры со средней толщиной 50 км (и максимальной до 130 км), силикатной мантии толщиной 1800 км и ядра радиусом 1480 км. Плотность в центре планеты должна достигать 8,5 г/см2. Ядро частично жидкое и состоит в основном из железа с примесью 14-17 % (по массе) серы, причём содержание лёгких элементов вдвое выше, чем в ядре Земли. Согласно современным оценкам формирование ядра совпало с периодом раннего вулканизма и продолжалось около миллиарда лет. Примерно то же время заняло частичное плавление мантийных силикатов. Из-за меньшей силы тяжести на Марсе диапазон давлений в мантии Марса гораздо меньше, чем на Земле, а значит в ней меньше фазовых переходов. Предполагается, фазовый переход оливина в шпинелевую модификацию начинается на довольно больших глубинах - 800 км (400 км на Земле). Характер рельефа и другие признаки позволяют предположить наличие астеносферы, состоящей из зон частично расплавленного вещества. Для некоторых районов Марса составлена подробная геологическая карта.

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

Магнитное поле Марса

У Марса было зафиксировано слабое магнитное поле.

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

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

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

Геологическая история

Глобальная мозаика из 102 изображений орбитера Викинг-1 от 22 февраля 1980.

Возможно, в далёком прошлом в результате столкновения с крупным небесным телом произошла остановка вращения ядра, а также потеря основного объёма атмосферы. Считается, что потеря магнитного поля произошла около 4 млрд лет назад. Вследствие слабости магнитного поля солнечный ветер практически беспрепятственно проникает в атмосферу Марса, и многие из фотохимических реакций под действием солнечной радиации, которые на Земле происходят в ионосфере и выше, на Марсе могут наблюдаться практически у самой его поверхности.

Геологическая история Марса заключает в себя три нижеследующие эпохи:

Ноачианская эпоха (названа в честь «Ноачиской земли», района Марса): формирование наиболее старой сохранившейся до наших дней поверхности Марса. Продолжалась в период 4,5 млрд - 3,5 млрд лет назад. В эту эпоху поверхность была изрубцована многочисленными ударными кратерами. Плато провинции Фарсида было вероятно сформировано в этот период с интенсивным обтеканием водой позднее.

Гесперийская эра: от 3,5 млрд лет назад до 2,9 - 3,3 млрд лет назад. Эта эпоха отмечена образованием огромных лавовых полей.

Амазонийская эра (названа в честь «Амазонской равнины» на Марсе): 2,9-3,3 млрд лет назад до наших дней. Районы, образовавшиеся в эту эпоху, имеют очень мало метеоритных кратеров, но во всём остальном они полностью различаются. Гора Олимп сформирована в этот период. В это время в других частях Марса разливались лавовые потоки.

Спутники Марса

Естественными спутниками Марса являются Фобос и Деймос. Оба они открыты американским астрономом Асафом Холлом в 1877 году. Фобос и Деймос имеют неправильную форму и очень маленькие размеры. По одной из гипотез, они могут представлять собой захваченные гравитационным полем Марса астероиды наподобие (5261) Эврика из Троянской группы астероидов. Спутники названы в честь персонажей, сопровождающих бога Ареса (то есть Марса), - Фобоса и Деймоса, олицетворяющих страх и ужас, которые помогали богу войны в битвах.

Оба спутника вращаются вокруг своих осей с тем же периодом, что и вокруг Марса, поэтому всегда повёрнуты к планете одной и той же стороной. Приливное воздействие Марса постепенно замедляет движение Фобоса, и в конце концов приведёт к падению спутника на Марс (при сохранении текущей тенденции), или к его распаду. Напротив, Деймос удаляется от Марса.

Оба спутника имеют форму, приближающуюся к трёхосному эллипсоиду, Фобос (26,6x22,2x18,6 км) несколько крупнее Деймоса (15x12,2x10,4 км). Поверхность Деймоса выглядит гораздо более гладкой за счёт того, что большинство кратеров покрыто тонкозернистым веществом. Очевидно, на Фобосе, более близком к планете и более массивном, вещество, выброшенное при ударах метеоритов, либо наносило повторные удары по поверхности, либо падало на Марс, в то время как на Деймосе оно долгое время оставалось на орбите вокруг спутника, постепенно осаждаясь и скрывая неровности рельефа.

Жизнь на Марсе

Популярная идея, что Марс населён разумными марсианами, широко распространилась в конце XIX века.

Наблюдения Скиапарелли так называемых каналов, в сочетании с книгой Персиваля Лоуэлла по той же теме сделали популярной идею о планете, климат которой становился всё суше, холоднее, которая умирала и в которой существовала древняя цивилизация, производящая ирригационные работы.

Другие многочисленные наблюдения и объявления известных лиц породили вокруг этой темы так называемую «Марсианскую лихорадку» («Mars Fever»). В 1899 году, во время изучения атмосферных помех в радиосигнале, используя приёмники в Колорадской обсерватории, изобретатель Никола Тесла наблюдал повторяющийся сигнал. Затем он высказал догадку, что это может быть радиосигнал с других планет, например, Марса. В интервью 1901 года Тесла сказал, что ему пришла в голову мысль о том, что помехи могут быть вызваны искусственно. Хотя он не смог расшифровать их значение, для него было невозможным то, что они возникли совершенно случайно. По его мнению, это было приветствие одной планеты другой.

Теория Теслы вызвала горячую поддержку известного британского учёного-физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина), который, посетив США в 1902 году, сказал, что по его мнению Тесла поймал сигнал марсиан, посланный в США. Однако затем Кельвин стал решительно отрицать это заявление перед тем, как покинул Америку: «На самом деле я сказал, что жители Марса, если они существуют, несомненно могут видеть Нью-Йорк, в частности свет от электричества».

На сегодняшний день условием для развития и поддержания жизни на планете считается наличие жидкой воды на её поверхности. Также существует требование, чтобы орбита планеты находилась в так называемой обитаемой зоне, которая для Солнечной системы начинается за Венерой и кончается большой полуосью орбиты Марса. Во время перигелия Марс находится внутри этой зоны, однако тонкая атмосфера, с низким давлением препятствует появлению жидкой воды на значительной территории на длительный период. Недавние свидетельства говорят о том, что любая вода на поверхности Марса является слишком солёной и кислотной для поддержания постоянной земноподобной жизни.

Отсутствие магнитосферы и крайне тонкая атмосфера Марса также являются проблемой для поддержания жизни. На поверхности планеты идёт очень слабое перемещение тепловых потоков, она плохо изолирована от бомбардировки частицами солнечного ветра, кроме того, при нагревании вода мгновенно испаряется, минуя жидкое состояние из-за низкого давления. Марс также находится на пороге т. н. «геологической смерти». Окончание вулканической активности по всей видимости остановило круговорот минералов и химических элементов между поверхностью и внутренней частью планеты.

Свидетельства говорят о том, что планета ранее была значительно более предрасположена к наличию жизни, чем теперь. Однако на сегодняшний день остатков организмов на ней не обнаружено. Согласно программе «Викинг», осуществлённой в середине 1970-х годов, была проведена серия экспериментов для обнаружения микроорганизмов в марсианской почве. Она дала положительные результаты, например, временное увеличение выделения CO2 при помещении частиц почвы в воду и питательную среду. Однако затем данное свидетельство жизни на Марсе было оспорено некоторыми учёными[кем?]. Это привело к их продолжительным спорам с учёным из NASA Гильбертом Левиным, который утверждал, что «Викинг» обнаружил жизнь. После переоценки данных «Викинга» в свете современных научных знаний об экстремофилах было установлено, что проведённые эксперименты были недостаточно совершенны для обнаружения этих форм жизни. Более того, эти тесты могли даже убить организмы, даже если они содержались в пробах. Тесты, проведённые в рамках программы «Феникс», показали, что почва имеет очень щелочной pH фактор и содержит магний, натрий, калий и хлорид. Питательных веществ в почве достаточно для поддержания жизни, однако жизненные формы должны иметь защиту от интенсивного ультрафиолетового света.

Интересно, что в некоторых метеоритах марсианского происхождения обнаружены образования, по форме напоминающие простейших бактерий, хотя и уступают мельчайшим земным организмам по размерам. Одним из таких метеоритов является ALH 84001, найденный в Антарктиде в 1984 году.

По результатам наблюдений с Земли и данных космического аппарата «Марс Экспресс» в атмосфере Марса обнаружен метан. В условиях Марса этот газ довольно быстро разлагается, поэтому должен существовать постоянный источник его пополнения. Таким источником может быть либо геологическая активность (но действующие вулканы на Марсе не обнаружены), либо жизнедеятельность бактерий.

Астрономические наблюдения с поверхности Марса

После посадок автоматических аппаратов на поверхность Марса появилась возможность вести астрономические наблюдения непосредственно с поверхности планеты. Вследствие астрономического положения Марса в Солнечной системе, характеристик атмосферы, периода обращения Марса и его спутников картина ночного неба Марса (и астрономических явлений, наблюдаемых с планеты) отличается от земной и во многом представляется необычной и интересной.

Цвет неба на Марсе

Во время восхода и захода Солнца марсианское небо в зените имеет красновато-розовый цвет, а в непосредственной близости к диску Солнца - от голубого до фиолетового, что совершенно противоположно картине земных зорь.

В полдень небо Марса жёлто-оранжевое. Причина таких отличий от цветовой гаммы земного неба - свойства тонкой, разрежённой, содержащей взвешенную пыль атмосферы Марса. На Марсе Рэлеевское рассеяние лучей (которое на Земле и является причиной голубого цвета неба) играет незначительную роль, эффект его слаб. Предположительно, жёлто-оранжевая окраска неба также вызывается присутствием 1 % магнетита в частицах пыли, постоянно взвешенной в марсианской атмосфере и поднимаемой сезонными пылевыми бурями. Сумерки начинаются задолго до восхода Солнца и длятся долго после его захода. Иногда цвет марсианского неба приобретает фиолетовый оттенок в результате рассеяния света на микрочастицах водяного льда в облаках (последнее - довольно редкое явление).

Солнце и планеты

Угловой размер Солнца, наблюдаемый с Марса, меньше видимого с Земли и составляет 2/3 от последнего. Меркурий с Марса будет практически недоступен для наблюдений невооружённым глазом из-за чрезвычайной близости к Солнцу. Самой яркой планетой на небе Марса является Венера, на втором месте - Юпитер (его четыре крупнейших спутника можно наблюдать без телескопа), на третьем - Земля.

Земля по отношению к Марсу является внутренней планетой, так же как Венера для Земли. Соответственно, с Марса Земля наблюдается как утренняя или вечерняя звезда, восходящая перед рассветом или видимая на вечернем небе после захода Солнца.

Максимальная элонгация Земли на небе Марса составит 38 градусов. Для невооружённого глаза Земля будет видна как яркая (максимальная видимая звёздная величина около -2,5) зеленоватая звезда, рядом с которой будет легко различима желтоватая и более тусклая (около 0,9) звёздочка Луны. В телескоп оба объекта покажут одинаковые фазы. Обращение Луны вокруг Земли будет наблюдаться с Марса следующим образом: на максимальном угловом удалении Луны от Земли невооружённый глаз легко разделит Луну и Землю: через неделю «звёздочки» Луны и Земли сольются в неразделимую глазом единую звезду, ещё через неделю Луна будет снова видна на максимальном расстоянии, но уже с другой стороны от Земли. Периодически наблюдатель на Марсе сможет видеть проход (транзит) Луны по диску Земли либо, наоборот, покрытие Луны диском Земли. Максимальное видимое удаление Луны от Земли (и их видимая яркость) при наблюдении с Марса будет значительно изменяться в зависимости от взаимного положения Земли и Марса, и, соответственно, расстояния между планетами. В эпохи противостояний оно составит около 17 минут дуги, на максимальном удалении Земли и Марса - 3,5 минуты дуги. Земля, как и другие планеты, будет наблюдаться в полосе созвездий Зодиака. Астроном на Марсе также сможет наблюдать прохождение Земли по диску Солнца, ближайшее произойдёт 10 ноября 2084 года.

Спутники - Фобос и Деймос

Прохождение Фобоса по диску Солнца. Снимки «Оппортьюнити»

Фобос при наблюдении с поверхности Марса имеет видимый диаметр около 1/3 от диска Луны на земном небе и видимую звёздную величину порядка -9 (приблизительно как Луна в фазе первой четверти). Фобос восходит на западе и садится на востоке, чтобы снова взойти через 11 часов, таким образом, дважды в сутки пересекая небо Марса. Движение этой быстрой луны по небу будет легко заметно в течение ночи, так же, как и смена фаз. Невооружённый глаз различит крупнейшую деталь рельефа Фобоса - кратер Стикни. Деймос восходит на востоке и заходит на западе, выглядит как яркая звезда без заметного видимого диска, звёздной величиной около -5 (чуть ярче Венеры на земном небе), медленно пересекающая небо в течение 2,7 марсианских суток. Оба спутника могут наблюдаться на ночном небе одновременно, в этом случае Фобос будет двигаться навстречу Деймосу.

Яркость и Фобоса, и Деймоса достаточна для того, чтобы предметы на поверхности Марса ночью отбрасывали чёткие тени. Оба спутника имеют относительно малый наклон орбиты к экватору Марса, что исключает их наблюдение в высоких северных и южных широтах планеты: так, Фобос никогда не восходит над горизонтом севернее 70,4° с. ш. или южнее 70,4° ю. ш.; для Деймоса эти значения составляют 82,7° с. ш. и 82,7° ю. ш. На Марсе может наблюдаться затмение Фобоса и Деймоса при их входе в тень Марса, а также затмение Солнца, которое бывает только кольцеобразным из-за малого углового размера Фобоса по сравнению с диском Солнца.

Небесная сфера

Северный полюс на Марсе, вследствие наклона оси планеты, находится в созвездии Лебедя (экваториальные координаты: прямое восхождение 21h 10m 42s, склонение +52° 53.0? и не отмечен яркой звездой: ближайшая к полюсу - тусклая звезда шестой величины BD +52 2880 (другие её обозначения - HR 8106, HD 201834, SAO 33185). Южный полюс мира (координаты 9h 10m 42s и -52° 53,0) находится в паре градусов от звезды Каппа Парусов (видимая звёздная величина 2,5) - её, в принципе, можно считать Южной Полярной звездой Марса.

Зодиакальные созвездия марсианской эклиптики аналогичны наблюдаемым с Земли, с одним отличием: при наблюдении годичного движения Солнца среди созвездий оно (как и другие планеты, включая Землю), выйдя из восточной части созвездия Рыб, будет проходить в течение 6 дней через северную часть созвездия Кита перед тем, как снова вступить в западную часть Рыб.

История изучения Марса

Исследование Марса началось давно, ещё 3,5 тысячи лет назад, в Древнем Египте. Первые подробные отчеты о положении Марса были составлены вавилонскими астрономами, которые разработали ряд математических методов для предсказания положения планеты. Пользуясь данными египтян и вавилонян, древнегреческие (эллинистические) философы и астрономы разработали подробную геоцентрическую модель для объяснения движения планет. Спустя несколько веков индийскими и исламскими астрономами был оценен размер Марса и расстояние до него от Земли. В XVI веке Николай Коперник предложил гелиоцентрическую модель для описания Солнечной системы с круговыми планетарными орбитам. Его результаты были пересмотрены Иоганном Кеплером, который ввел более точную эллиптическую орбиту Марса, совпадающую с наблюдаемой.

В 1659 году Франческо Фонтана, рассматривая Марс в телескоп, сделал первый рисунок планеты. Он изобразил чёрное пятно в центре чётко очерченной сферы.

В 1660 году к чёрному пятну прибавились две полярные шапки, добавленные Жаном Домиником Кассини.

В 1888 году Джованни Скиапарелли, учившийся в России, дал первые имена отдельным деталям поверхности: моря Афродиты, Эритрейское, Адриатическое, Киммерийское; озёра Солнца, Лунное и Феникс.

Расцвет телескопических наблюдений Марса пришёлся на конец XIX - середину XX века. Во многом он обусловлен общественным интересом и известными научными спорами вокруг наблюдавшихся марсианских каналов. Среди астрономов докосмической эры, проводивших телескопические наблюдения Марса в этот период, наиболее известны Скиапарелли, Персиваль Ловелл, Слайфер, Антониади, Барнард, Жарри-Делож, Л. Эдди, Тихов, Вокулёр. Именно ими были заложены основы ареографии и составлены первые подробные карты поверхности Марса - хотя они и оказались практически полностью неверными после полётов к Марсу автоматических зондов.

Колонизация Марса

Предполагаемый вид Марса после терраформирования

Относительно близкие к земным природные условия несколько облегчают выполнение этой задачи. В частности, на Земле есть места, в которых природные условия похожи на марсианские. Крайне низкие температуры в Арктике и Антарктиде сравнимы даже с самыми низкими температурами на Марсе, а на экваторе Марса в летние месяцы бывает так же тепло (+20 °C), как и на Земле. Также на Земле есть пустыни, схожие по виду с марсианским ландшафтом.

Но между Землёй и Марсом есть существенные различия. В частности, магнитное поле Марса слабее земного примерно в 800 раз. Вместе с разрежённой (в сотни раз в сравнении с Землёй) атмосферой это увеличивает количество достигающего его поверхности ионизирующего излучения. Измерения, проведённые американским беспилотным аппаратом The Mars Odyssey, показали, что радиационный фон на орбите Марса в 2,2 раза превышает радиационный фон на Международной космической станции. Средняя доза составила примерно 220 миллирада в день (2,2 миллигрея в день или 0,8 грея в год). Объём облучения, полученного в результате пребывания в таком фоне на протяжении трёх лет, приближается к установленным пределам безопасности для космонавтов. На поверхности Марса радиационный фон несколько ниже и доза составляет 0,2-0,3 Гр в год, значительно изменяясь в зависимости от местности, высоты и локальных магнитных полей.

Химический состав распространённых на Марсе минералов разнообразнее, чем у других небесных тел поблизости от Земли. По мнению корпорации 4Frontiers, их достаточно для снабжения не только самого Марса, но и Луны, Земли и астероидного пояса.

Время полёта с Земли до Марса (при нынешних технологиях) составляет 259 суток по полуэллипсу и 70 - по параболе. Для общения с потенциальными колониями может использоваться радиосвязь, которая имеет задержку 3-4 мин в каждом направлении во время максимального сближения планет (которое повторяется каждые 780 дней) и около 20 мин. при максимальном удалении планет; см. Конфигурация (астрономия).

К настоящему времени никаких практических шагов для колонизации Марса не предпринято, однако идёт разработка колонизации, например, проект Столетний космический корабль, разработка жилого модуля для пребывания на планете Deep Space Habitat.

Приближается эра колонизации Марса. NASA запланировало первую экспедицию на Красную Планету летом 2020 года и на нее было выделено около двух миллиардов долларов США. На фоне этого появилась потребность добывать кислород, который в прямом смысле жизненно необходим для пребывания астронавтов на космической станции. Расчеты показали, что транспортировка основного для жизнедеятельности человека газа с Земли обходится слишком дорого. Это послужило стартом размышлений ученых на тему: есть ли кислород на марсе и, если его недостаточно, то как его «изобрести».

Сколько кислорода в атмосфере Марса?

Опережая события, сразу обозначим: кислород на Марсе есть, однако в чистом виде его количество составляет только 0,13%. Вдохнув один раз марсианского воздуха, человек погибнет мгновенно. Большая часть кислорода в Красной Планеты существует в виде углекислого газа, который на 95% составляет атмосферу Марса. Оставшаяся часть это:

• 1,6% аргона;
• 3% азота;
• 0,27% — остатки водяного пара и прочие газы.

Также кислород может существовать в виде оксида железа, который придает планете красный цвет.

Однако ученые предполагают, что очень давно, газы, окружающие Марс обладали гораздо большим объемом кислорода, и что единственная причина, по которой Земля не превратилась в Красную Планету – растения, который постоянно вбирают в себя углерод из углекислого газа. Именно экосистема вырабатывает тот воздух, которым мы дышим. Если бы Марс был ближе к Солнцу (достаточно теплый для жидкой воды) и достаточно большой, чтобы удерживать более плотную атмосферу, там могли бы расти растения, подобные тем, что растут на Земле. Но в нынешних условиях растениям понадобились бы специальные купола, отопление, вода и искусственный свет.

Как можно получить кислород на Марсе

Учитывая то, что кислород на Марсе нетипичное явление, ученые решают проблему с его воспроизводством. Было предложено 3 основных способа, позволяющих вырабатывать воздух на Красной Планете:

• При помощи бактерий, способных поглощать из углекислого газа воздух.
• Топливный элемент, предложенный Массачусетским технологическим институтом MOXIE.
• Применение низкотемпературной плазмы, которая способна при помощи частиц, содержащихся в ионизированном газе извлекать ионы кислорода.

Воздух на Марсе необходим для бесперебойной работы научно – исследовательской станции. Его воспроизводство позволит астронавтам не только дышать, но и заправлять ракеты для возвращения на Землю. Учитывая то, что состав марсианского воздуха и атмосферы значительно отличается от земного, а транспортировка обойдется очень дорого, перечисленные способы получения O2 станут по – настоящему главным событием в освоении новых планет.

Бактерии для создания кислорода

А теперь подробно разберем способы добычи воздуха на Марсе.Одной очень интересной разработкой для получения O2 на Красной Планете занимается корпорация аэрокосмического развития Techshot. Ими было предположено, что кислород можно получать посредством бактерий, которые из углекислого газа способны поглощать нужный человеку газ. Была создана комната с имитацией атмосферы, дневного цикла и излучения на поверхности Марса, в которой с успехом была подтверждена упомянутая теория.

Данный способ производства кислорода имеет глобальное значение. Во – первых транспортировка таких бактерий требует меньших затрат и места. Во – вторых из — за относительных орбит Земли и Марса поставки запасов будут производиться только раз в 500 дней, что делает генерацию воздуха почти необходимой для колонизации Красной Планеты. В свою очередь можно предложить производство кислорода изо льда или воды. Однако водные ресурсы слишком ценные, чтобы отправлять их на выделение необходимого для дыхания газа.

Эксперимент Moxie

Основной задачей экспедиции является изучение пригодности Марса для жизни. С этой целью на 4 планету Солнечной Системы отправляется атомный марсоход Curiosity, которому нужно не только продержаться на Красной планете для ее исследования, но также, чтобы у астронавтов хватило кислорода на обратный путь. Решение нашел Массачусетский технологический институт MOXIE. Итогом их разработки должен стать топливный элемент, который посредством электролиза способен разделить CO2 монооксид углерода и кислород, которые впоследствии направляются в хранилища. На фоне остальных научных разработок MOXIE выделяется тем, что нацелены на практические испытания. В их планы входит создание на Марсе автоматизированного производственного цеха, который заранее сгенерирует кислород для прибывающих астронавтов.

Плазменная технология для производства кислорода

Ученые из Португалии предполагают, что Марс наиболее благоприятное место для проведения реакции разложения посредством неравновесной плазмы. Интервалы термобарических показателей в атмосферном поле Красной Планеты способны вызвать более ощутимые колебания, приводящие к ассиметричному растяжению молекул, чем на Земле. Именно это делает Марс более привлекательной планетой для проведения опыта. Помимо кислорода, продуктом плазменного разделения молекул может стать угарный газ, который будет использоваться в качестве ракетного топлива. Руководитель проекта, Васко Герра полагает, что для производство 8-16 кг воздуха понадобятся лишь 150-200 Вт в течение 4 часов каждые двадцати пяти часовые марсианские сутки.

Марс четвертая планета от Солнца и последняя из планет земной группы. Как и остальные планеты в Солнечной системе (не считая Земли) назван в честь мифологической фигуры — римского бога войны. В дополнение к его официальному названию Марс иногда называют Красной планетой, что связано с коричнево-красным цветом его поверхности. При всем этом Марс является второй самой маленькой планетой в Солнечной системе после .

В течение практически всего девятнадцатого века считалось, что на Марсе существует жизнь. Причина такой веры заключается частично в ошибке, а частично в человеческом воображении. В 1877 году астроном Джованни Скиапарелли смог наблюдать то, что, по его мнению, было прямыми линиями на поверхности Марса. Подобно другим астрономам, когда он заметил эти полосы, то предположил, что подобная прямота связана с существованием на планете разумной жизни. Популярной в то время версией о природе этих линий было предположение о том, что это были оросительные каналы. Тем не менее, с развитием более мощных телескопов в начале двадцатого века астрономы смогли увидеть марсианскую поверхность более четко и определить, что эти прямые линии были всего лишь оптической иллюзией. В результате все более ранние предположения о жизни на Марсе остались без доказательств.

Большое количество научной фантастики написанной в течение двадцатого века было прямым следствием убеждения, что на Марсе существует жизнь. Начиная от небольших зеленых человечков, заканчивая рослыми захватчиками с лазерным оружием, марсиане были в центре внимания многих теле- и радиопрограмм, комиксов, фильмов и романов.

Не смотря на то, что открытие марсианской жизни в восемнадцатом веке в результате оказалось ложным, Марс оставался для научных кругов наиболее дружелюбной для жизни (не считая Земли) планетой в Солнечной системе. Последующие планетарные миссии были без сомнения посвящены поиску хоть какой-либо формы жизни на Марсе. Так миссия под названием Viking, осуществленная в 1970-е годы, проводила эксперименты на марсианской почве в надежде обнаружить в ней именно микроорганизмов. В то время считалось, что образование соединений в ходе экспериментов может быть результатом биологических агентов, однако позже было установлено, что соединения химических элементов могут быть созданы и без биологических процессов.

Однако даже эти данные не лишили ученых надежды. Не обнаружив признаков жизни на поверхности Марса, они предположили, что все необходимые условия могут существовать под поверхностью планеты. Эта версия актуальна и сегодня. По крайней мере, такие планетарные миссии настоящего как ExoMars и Mars Science предполагают проверку всех возможных вариантов существования жизни на Марсе в прошлом или настоящем, на поверхности и под ней.

Атмосфера Марса

По своему составу атмосфера Марса очень похожа на атмосферу , одной из наименее гостеприимных атмосфер во всей Солнечной системе. Основным компонентом в обеих средах является двуокись углерода (95% для Марса, 97% для Венеры), но есть большое отличие – парниковый эффект на Марсе отсутствует, поэтому температура на планете не превышает 20°C, в отличие от 480°С на поверхности Венеры. Такая огромная разница связана с разной плотностью атмосфер этих планет. При сопоставимой плотности, атмосфера Венеры чрезвычайно толстая, тогда как Марс обладает довольно тонким атмосферным слоем. Проще говоря, если бы толщина атмосферы Марса была более значительна, то он напоминал бы Венеру.

Кроме того Марс обладает очень разреженной атмосферой, — атмосферное давление составляет лишь около 1% от давления на . Это эквивалентно давлению в 35 километров над поверхностью Земли.

Одним из самых первых направлений в исследовании марсианской атмосферы является ее влияние на присутствие воды на поверхности. Не смотря на то, что полярные шапки содержат воду в твердом состоянии, а воздух содержит водяной пар, образующийся в результате морозов и низкого давления, сегодня все исследования указывают на то, что «слабая» атмосфера Марса не способствует существованию воды в жидком состоянии на поверхности планеты.

Тем не менее, полагаясь на последние данные марсианских миссий, ученые уверены, что вода в жидком виде на Марсе существует и находится она на один метр ниже поверхности планеты.

Вода на Марсе: предположение / wikipedia.org

Однако не смотря на тонкий атмосферный слой Марс обладает достаточно приемлемыми по земным меркам погодными условиями. Наиболее экстремальными формами этой погоды являются ветра, пыльные бури, морозы и туманы. Как результат такой погодной деятельности в некоторых районах Красной планеты были замечены значительные следы эрозии.

Еще одним интересным пунктом о марсианской атмосфере можно указать то, что как утверждает сразу несколько современных научных исследований, в далеком прошлом она была достаточно плотной для существования на поверхности планеты океанов из воды в жидком состоянии. Однако, согласно тем же исследованиям, атмосфера Марса была резко изменена. Ведущей версией такого изменения на данный момент является гипотеза о столкновении планеты с другим достаточно объемным космическим телом, что привело потере Марсом большей части своей атмосферы.

Поверхность Марса обладает двумя значительными особенностями, которые, по интересному стечению обстоятельств, связаны с различиями в полушариях планеты. Дело в том, что северное полушарие имеет достаточно гладкий рельеф и всего несколько кратеров, тогда как южное полушарие буквально испещрено возвышенностями и кратерами разной величины. Помимо топографических различий, обозначающих разницу в рельефе полушарий, есть и геологические, — исследования указывают на то, что области в северном полушарии гораздо более активны, нежели в южном.

На поверхности Марса находится самый большой из известных на сегодняшний день вулканов — Olympus Mons (Гора Олимп) и самый крупный из известных каньонов – Mariner (долина Маринер). В Солнечной системе пока не найдено ничего более грандиозного. Высота Горы Олимп составляет 25 километров (это в три раза выше Эвереста, самой высокой горы на Земле), а диаметр основания 600 километров. Длина долины Маринер составляет 4000 километров, ширина 200 километров, а глубина почти 7 километров.

На сегодняшний день самым значительным открытием в отношении марсианской поверхности было обнаружение каналов. Особенностью этих каналов является то, что они, по мнению экспертов NASA , были созданы проточной водой, и, таким образом, являются наиболее достоверным доказательством теории о том, что в далеком прошлом поверхность Марса значительно напоминала земную.

Наиболее известной перейдолией связанной с поверхностью Красной планеты является так называемое «Лицо на Марсе». Рельеф действительно очень напоминал человеческое лицо тогда, когда был получен первый снимок определенной местности космическим аппаратом Viking I в 1976 году. Многие люди в то время посчитали этот снимок настоящим доказательством того, что на Марсе существовала разумная жизнь. Последующие снимки показали, что это всего лишь игра освещения и человеческая фантазия.

Подобно другим планетам земной группы, в интерьере Марса выделяют три слоя: кора, мантия и ядро.
Не смотря на то, что точные измерения еще не сделаны, ученые сделали определенные прогнозы о толщине коры Марса на основании данных о глубине долины Маринер. Глубокая, обширная система долины, расположенной в южном полушарии, не могла бы существовать если бы кора Марса не была значительно толще земной. Предварительные оценки указывают на то, что толщина коры Марса в северном полушарии составляет порядка 35 километров и около 80 километров в южном.

Достаточно много исследований было посвящено ядру Марса, в частности выяснению того, является ли оно твердым или жидким. Некоторые теории указали на отсутствие достаточно мощного магнитного поля как признака твердого ядра. Тем не менее, в последнее десятилетие все большую популярность набирает гипотеза о том, что ядро Марса жидкое, по крайней мере, частично. На это указало открытие намагниченных пород на поверхности планеты, что может быть признаком того, что Марс обладает или обладал жидкой сердцевиной.

Орбита и вращение

Орбита Марса примечательна по трем причинам. Во-первых, ее эксцентриситет является вторым по величине среди всех планет, меньше только у Меркурия. При такой эллиптической орбите перигелий Марса составляет 2.07 х 108 километров, что гораздо дальше, чем его афелий — 2,49 х 108 километров.

Во-вторых, научные данные свидетельствуют о том, что столь высокая степень эксцентричности присутствовала далеко не всегда, и, возможно, была меньше Земной в какой-то момент истории существования Марса. Причиной такого изменения ученые называют гравитационные силы соседних планет, воздействующие на Марс.

В-третьих, из всех планет земной группы Марс является единственной, на которой год длится дольше, чем на Земле. Естественным образом это связано с его орбитальным расстоянием от Солнца. Один марсианский год равен почти 686 земным дням. Марсианский день длится примерно 24 часа 40 минут, — именно такое время требуется планете, чтобы завершить один полный оборот вокруг своей оси.

Еще одним примечательным сходством планеты с Землей является ее наклон оси, который составляет примерно 25°. Такая особенность указывает на то, что сезоны на Красной планете сменяют друг друга точно таким же образом как и на Земле. Тем не менее, полушария Марса переживают абсолютно другие, отличные от земных, температурные режимы для каждого сезона. Это связано опять же с гораздо большим эксцентриситетом орбиты планеты.

SpaceX И планы по колонизации Марса

Итак, мы знаем, что SpaceX хочет отправить людей на Марс в 2024 году, но их первой марсианской миссией будет запуск капсулы «Красного Дракона» в 2018 году. Какие шаги собирается предпринять компания для достижения этой цели?

• 2018 год. Запуск космического зонда «Красный Дракон» в целях демонстрации технологий. Цель миссии — достичь Марса и совершить некоторые изыскания на месте посадки в небольшом масштабе. Возможно, поставка дополнительной информации для НАСА или космических агентств других государств.
• 2020 год. Запуск космического корабля Mars Colonial Transporter MCT1 (беспилотный). Цель миссии — отправка груза и возврат образцов. Масштабные демонстрации технологии для обитания, жизнеобеспечения, энергетики.
• 2022 год. Запуск космического корабля Mars Colonial Transporter MCT2 (беспилотный). Вторая итерация MCT. В это время MCT1 будет на обратном пути к Земле, неся марсианские образцы. MCT2 осуществляет поставку, оборудования для первого пилотируемого полета. Корабль MCT2 будет готов к запуску, как только экипаж прибудет на Красную планету через 2 года. В случае возникновения неприятностей (как в фильме «Марсианин») команда сможет им воспользоваться, чтобы покинуть планету.
• 2024 год. Третья итерация Mars Colonial Transporter MCT3 и первый пилотируемый полет. На тот момент все технологии докажут свою работоспособность, MCT1 совершит путешествие на Марс и обратно, а MCT2 готов и протестирован на Марсе.

Марс является четвертой планетой от Солнца и последней из планет земной группы. Расстояние от Солнца составляет около 227940000 километров.

Планета названа в честь Марса — римского бога войны. У древних греков он был известен как Арес. Считается, что такую ассоциацию Марс получил из-за кроваво-красного цвета планеты. Благодаря цвету, планета также была известна и у других древних культур. Первые китайские астрономы называли Марс «Звездой Огня», а древнеегипетские жрецы обозначали его как «Ее Desher», что означает «красный».

Массив суши на Марсе и на Земле очень похож. Несмотря на то, что Марс занимает только 15% объема и 10% массы Земли, он имеет сопоставимый с нашей планетой массив суши как следствие того, что вода покрывает около 70% поверхности Земли. При этом поверхностная сила тяжести Марса составляет около 37% тяжести на Земле. Это означает, что теоретически на Марсе можно прыгать в три раза выше, чем на Земле.

Только 16 из 39 миссий на Марс были успешными. Начиная с миссии «Марс 1960А», запущенной в СССР в 1960 году, на Марс было отправлено в общей сложности 39 спускаемых орбитальных аппаратов и марсоходов, но только 16 из этих миссий были успешными. В 2016 году был запущен зонд в рамках российско-европейской миссии «ЭкзоМарс», основными целями которого будет поиск признаков жизни на Марсе, изучение поверхности и рельефа планеты и составление карты потенциальных опасностей от окружающей среды для будущих пилотируемых полетов на Марс.

Обломки с Марса были обнаружены на Земле. Считается, что следы некоторого количества марсианской атмосферы были найдены в метеоритах, отскочивших от планеты. После того, как покинули Марс эти метеориты долгое время, в течение миллионов лет, летали по Солнечной системе среди других объектов и космического мусора, но были захвачены гравитацией нашей планеты, попали в ее атмосферу и рухнули на поверхность. Изучение этих материалов позволило ученым узнать очень многое о Марсе еще до начала космических полетов.

В недалеком прошлом люди были уверены, что Марс является домом для разумной жизни. Во многом на это повлияло обнаружение прямых линий и канав на поверхности Красной планеты итальянским астрономом Джованни Скиапарелли. Он считал, что такие прямые линии не могут быть созданы природой и являются результатом разумной деятельности. Однако позже было доказано, что это не более чем оптическая иллюзия.

Самая высокая планетарная гора известная в Солнечной системе находится на Марсе. Она носит название Olympus Mons (Гора Олимп) и возвышается на 21 километр в высоту. Считается, что это вулкан, который был сформирован миллиарды лет назад. Ученые нашли достаточно много свидетельств того, что возраст вулканической лавы объекта достаточно невелик, что может быть доказательством того, что Олимп все еще может быть активным. Тем не менее есть гора в Солнечной системе, которой Олимп уступает по высоте, — это центральный пик Реясильвия, расположенный на астероиде Веста, высота которого 22 километра.

На Марсе происходят пылевые бури – самые обширные в Солнечной системе. Это связано с эллиптической формой траектории орбиты планеты вокруг Солнца. Путь орбиты более вытянутый, чем у многих других планет и эта овальная форма орбиты приводит к свирепым пылевым штормам, которые охватывают всю планету и могут длиться в течение многих месяцев.

Солнце выглядит примерно в половину своего визуального земного размера, если смотреть на него с Марса. Когда Марс находится ближе всего к Солнцу по своей орбите, а его южное полушарие обращено к Солнцу, на планете наступает очень короткое, но невероятно жаркое лето. При этом на северном полушарии наступает короткая, но холодная зима. Когда планета находится дальше от Солнца, и направлен к нему северным полушарием Марс переживает долгое и мягкое лето. На южном полушарии при этом наступает продолжительная зима.

За исключением Земли, ученые считают Марс наиболее подходящей для жизни планетой. Ведущие космические агентства планируют осуществить целый ряд космических полетов в течение следующего десятилетия для того, что выяснить существует ли на Марсе потенциал для существования жизни и возможно ли построить на нем колонию.

Марсиане и инопланетяне с Марса достаточно долгое время были основными кандидатами на роль внеземных пришельцев, что сделало Марс одной из самых популярных планет Солнечной системы.

Марс это единственная в системе планета, кроме Земли, на которой есть полярные льды. Под полярными шапками Марса была обнаружена вода в твердом состоянии.

Также как и на Земле на Марсе есть сезоны, но длятся они в два раза дольше. Это происходит потому, что Марс наклонен по своей оси примерно на 25,19 градусов, что близко к значению наклона оси Земли (22,5 градуса).

Марс не имеет магнитного поля. Некоторые ученые считают, что на оно существовало на планете около 4 миллиардов лет назад.

Две луны Марса, Фобос и Деймос, были описаны в книге «Путешествия Гулливера» автором Джонатаном Свифтом. Это было за 151 год до того, как они были открыты.

и звестно, что атмосфера Красной планеты напоминает атмосферу Венеры. Включае т она в себя, в основном, углекислый газ, но атмосфера тоньше, чем венерианск ая. В 2003 г. выявили, что в атмосфере Марса присутствует метан. Представленное открытие впечатлило учёных и заставило осуществлять всё новые поиски. Наличие метана косвенно подтверждает существование жизни на Марсе. Но нельзя сбрасывать со счетов и тот факт, что оно может возникнуть и ввиду вулканической деятельности планеты.

Известно, что в атмосфере Красной планеты присутствуют: азот – около 2%, двуокись углерода – более 90%, аргон – более 2%. Также в ней присутствуют – водяной пар, кислород и другие элементы. Почему же тогда жизнь на объекте отсутствует? Всё дело в том, что содержание углекислого газа на нём в 23 раза выше, чем на Земле.

Это значит, что существование привычной нам формы жизни – человек и животное, на планете невозможно. Но это не говорит о том, что на красной планете не могут жить инопланетяне.

Информация о составе марсианской атмосферы.

Содержание марсианской атмосферы и вес планеты могут изменяться. В зимнее время атмосфера предстает разряженной, так как углекислый газ собирается на шапках гор. Летом он испаряется, а атмосфера становится плотной.

Но это ещё полбеды. Атмосфера космического тела не способна сглаживать изменения температур в продолжение суток. Вот и получается, что днем температура воздуха может доходить до +30, а ночью – до -80. На полюсах разница чувствуется острее – ночные температуры там могут доходить до -150 градусов.

Атмосферное давление на красной планете намного больше, чем на Земле – 600 Па, для сравнения, на нашей планете оно – 101 Паскаль. На наивысшей точке Марса – вулкане – атмосферное давление равняется 30 Паскаль. Самая низкая точка обладает давлением, равным более 1000 Па.

Несмотря на разреженность атмосферы, на расстоянии в 1,5 километров от поверхности грунта на Марсе всегда пыльно. Поэтому небо часто окрашено в оранжевый или коричневый цвет. Всё дело в низком давлении, из-за него пыль падает очень медленно.

Изменение характеристик атмосферы.

Есть мнение, что марсианская атмосфера видоизменялась с течением времени. Учёные думают, что раньше на объекте в большом количестве была вода. Но затем климат изменился, и теперь она может быть лишь в виде пара либо льда. Так как средняя температура на космическом теле равна -63 градуса, неудивительно, что вода на ней находится в твердом виде. Известно, что удерживать влагу из-за низкого давления планета может лишь в нижних точках.

Раньше на планете были куда более мягкие условия. Приблизительно 4 млрд. лет назад он был наполнен кислородом. Но затем атмосфера обеднела. Почему это произошло? Выделяется несколько причин:

• Низкая гравитация на планете, не позволяющая удержать атмосферу;
• Воздействие солнечных лучей;
• Столкновение с метеоритом и последующая катастрофа.

Сможем ли мы когда-нибудь жить на Марсе.

Пока что колонизация Марса выглядит как что-то из области фантастики. Но, если приручить атмосферу планеты, всё возможно… Главное – решать проблемы постепенно, по одной. Сначала решить вопрос о гравитации, затем о кислороде, далее о температуре, и жизнь на Марсе людей станет реальностью.

Реакцию Сабатье давно и активно используют, к примеру, на станциях, расположенных в космосе, где есть необходимость в переработке углекислого газа для космонавтов. Если применить подобную схему на практике на красной планете, природная атмосфера планеты нас не остановит. Мы сами сможем вырабатывать достаточное количество кислорода для жизни, а после этого, может и температура на поверхности красной планеты выровняется. Остается только решить вопрос с гравитацией и можно заселять новое место для жительства.

терраформация

Колонизация предполагает заселение Марса на постоянной основе, когда люди уже живут не вахтами, а длительное время, имеют постоянное занятие и создают семьи. Гипотетически осуществить колонизацию можно даже уже при достигнутом уровне развития техники и технологии. Хотя это и баснословно дорогое предприятие. Для колонизации нужна не только техническая возможность, но цель.

Очевидно, что на Земле всяко найдется хоть сотня энтузиастов готовых жить в экстремальных условиях на далекой планете. Но долго такая колония не просуществует. Для действительно серьезной колонизации нужна цель, ради которой люди будут терпеть неудобства и лишения на очень не гостеприимной планете или очень серьезная причина.

Пока можно только предполагать, что может стать такой целью. Жадность и алчность конкистадоров, стремление все перестроить и освоить, политический интерес, вынужденная мера, бегство от реалий и проблем земной цивилизации – список большой и не полный.

Чисто с практической точки зрения такой целью может стать разработка полезных ископаемых. Марс, очевидно, имел иную геологическую историю, чем Земля. Количество осадочных пород на Марсе намного меньше, чем на земле. Отсутствие в больших количествах свободного кислорода позволяет ожидать на Марсе месторождений самородочных металлов. Было бы замечательно, если бы на Марсе нашлись бы редко встречаются на Земле (лютеций, европий, самарий, и др.). Очень важное значение для будущей колонизации будет иметь открытие богатых месторождений урана – главного сырья внеземной энергетики.

Другой причиной для колонизации Марса могут стать неблагоприятные тенденции в развитии земной цивилизации, которые в отдаленном будущем стимулируют поиск альтернативных Земле мест проживания людей.

Иначе говоря, уже поверхностный анализ указывает на то, что для колонизации Марса имеются достаточно веские причины. Однако будущие потребности развития человеческой цивилизации определят и степень колонизации Марса. Если потребность в колонизации Марса будут минимальной, то все может ограничиться изучением Марса и строительством временных научных баз. Три большой потребности колонизация может стать столь масштабной, что на повестку дня далеких потомков встанет вопрос о терраформации Марса с целью сделать проживание людей на этой планете более комфортным и безопасным.

Здесь может возникнуть ряд вопросов. А возникнет ли в принципе необходимость в терраформации Марса? Может там, на Марсе нет ничего интересного, и особой потребности для переселения туда большого количества людей никогда не будет? Тогда можно будет обойтись небольшими колониями. Ведь кроме Марса есть и другие планеты, и спутники, куда человечество может направить свои усилия. Может достаточно будет построить на Марсе пару-тройку баз с искусственной средой обитания и не затеваться с перестройкой всей планеты?

Не на все поставленные вопросы сейчас можно дать исчерпывающие ответы. Марс выгодно отличается от всех других планет и спутников двумя важными обстоятельствами.

1. Марс находится рядом с Землей, ближе только Луна. При старте с орбиты Земли для достижения Луны требуется сообщить кораблю приращение скорости Δ V = 3.1 км/с, а для достижения Марса Δ V = 3.6 км/с. Как мы видим с энергетической точки зрения разницы особой нет. Поэтому стоимость килограмма полезного груза доставляемая в район Марса и в район Луны хоть и отличается, но незначительно. Есть только разница во времени перелета, что для материальных ценностей не принципиально.

2. В отличие от Луны и многих спутников и планет на Марсе в принципе можно создать биосферу подобную земной даже при нынешнем уровне развития техники, тогда как для преобразования других небесных объектов потребуются на порядок большие усилия. Например, на Луне создание полноценной атмосферы в масштабах всего спутника невозможно даже в ближайшем будущем в виду отсутствия газообразных веществ. На Марсе такая атмосфера уже есть и требуется только изменить её параметры, есть и на полюсах месторождения замороженных газов, которые могут пополнить атмосферу.

Поэтому наиболее реально, что именно на Марсе в отдаленном будущем наши потомки получат для проживания еще одну достаточно приспособленную для жизни обширную территорию на поверхности планеты.

Площадь поверхности Марса 144 млн. км 2 практически в точности равна площади суши на Земле! Даже исключив приполярные и высокогорные области Марса, и учтя, что часть суши в будущем займут марсианские моря, все равно площадь доступная для освоения на Марсе будет сравнима с такими континентами как Евразия или обе Америки с Австралией. Для справки Америка 42 млн. км 2 , Евразия 64 млн. км 2 . Даже если пригодной для освоения будет только половина площади поверхности Марса то это составит не менее 72 млн. км 2 .

Иначе говоря, есть за что бороться. Но прежде надо ответить на вопрос. А каковы физические условия на Марсе и возможна ли вообще терраформация Марса?

2. Физические условия на Марсе

Марс планета, где большую часть времени суток температуры находятся ниже нуля градусов. Жидкой воды нет, в атмосферы водяного пара мало. Иначе Марс очень сухая и холодная планета с разряженной атмосферой на 95% состоящей из углекислого газа. Кроме СО 2 в атмосфере Марса есть азот (2.5%) и аргон (1.5%).Кислорода - 0.1% водяного пара - 0.2%. На полюсах сконцентрированы большие количества льда. Вот только до конца не известно, сколько там водяного и сколько сухого люда. Предполагается наличие вечной мерзлоты. Таким образом, запасы воды на Марсе есть, есть и замерзшая углекислота, которая может наполнить атмосферу и увеличить давление.

Давление соответствующее условной нулевой высоте на поверхности Марса принято 6 мбар (600 Па) или 4.6 мм. рт.ст . Максимальное давление в глубоких депрессиях видимо порядка 10 мбар .

Условия на планете Земля определяющим образом связаны с наличием огромного океана жидкой воды. Температура на Земле определяются не только количеством тепла, поступающим от Солнца и парниковым эффектом, но в значительной степени определяются системой терморегулирования гидросферы и атмосферы. Испарение и конденсация воды выравнивает температуру и в целом поддерживает условия на планете в определенном диапазоне температур. Изменение количества пара в атмосфере в свою очередь управляет парниковым эффектом, но пар собирается в облака, которые экранируют поток солнечной энергии. В общем регулировании участвуют и обширные площади заснеженных пространств зимой. В итоге на Земле действует сложная саморегулирующаяся система.

На Марсе из-за более слабого притяжения уже давно произошла потеря большей части первоначальной атмосферы. Водород, гелий и по большей части азот были потеряны в результате процесса диссипации (убегания) молекул. Часть воды разложилась под действием ультрафиолетового излучения и была также потеряна. Поскольку водород, образовавшийся от распада молекул воды, улетучился в мировое пространство, а кислород был связан пылью и породами, в частности содержащими железо на поверхности планеты. Из-за этого Марс и имеет кроваво красную окраску. В результате потери первичной атмосферы и вымораживания части атмосферных газов атмосфера стала разряженной, парниковый эффект ослаб, усилилось переохлаждение планеты. В итоге часть СО 2 и вся вода вымерзли, образовав вечную мерзлоту и полярные шапки.

Впрочем, на Марсе имеют место сезонные явления, когда частично происходит таяние мерзлоты и полярных шапок. Регулирование давления и плотности атмосферы значительно более слабо выражено, чем на Земле и носит ярко выраженный сезонный характер, что связано с таянием полярных шапок. Еще один механизм, управляющий условиями на Марсе - мощные пыльные бури. Во время пыльной бури происходит переохлаждение поверхности планеты, но при этом несколько нагревается атмосфера.

Температура на Марсе меняется так. Вблизи полудня на экваторе темные предметы нагреваются до +20º С -+27º С , тогда как воздух остается холодным. Утром и вечером температура находится ниже нуля, а ночью под утро может достигнуть -100º С . Контраст температур на экваторе достигает 130º С . В средних широтах температура ночью примерно такая же, как и ночью на экваторе, но днем предметы нагреваются только до 0º С . Поэтому контраст температуры меньше. На полюсе температура может упасть уже до -123º С.

Однако такой климат, если не учитывать ночного понижения температуры ниже -100С близок к тому, что мы наблюдаем в Антарктиде. Самая низкая температура в Антарктиде зафиксирована на станции «Восток» и составила -89.2º С , а средняя температура на Полюсе недоступности в Антарктиде составляет -57.8º С , что близко к средней температуре на Марсе (-53º С ). Поскольку люди живут и работают в Антарктиде, то низкая температура не является препятствием для колонизации Марса. Главная причина как указано выше - низкое давление.

Поскольку плюсовые температуры на Марсе достигаются только вблизи полудня и в районе экватора, то существование в глубоких впадинах жидкой воды, скорее из области фантастики. Поскольку ночью она неизбежно замерзнет. Оттаять за короткий промежуток времени днем сможет только тонкий слой. Однако вследствие испарения воды и сублимации льда эта вода перейдет в пар и может оказаться, в конце концов, на полюсе планеты. Явления подобные гейзерам на Земле на Марсе видимо, не возможны, так как толщина коры порядка 100 км (на Земле 3-10 раз меньше), а наличие больших подземных водоемов, которые могли бы питать гейзеры пока можно предположить только гипотетически.

Можно допустить, что в глубоких впадинах коры, где давление выше тройной точки воды может выпадать некоторое количество влаги в виде росы. На Марсе существуют и облака, хотя это достаточно редкое явление, если сравнивать с Землей. В телескоп видны только самые большие облака, но наблюдения с космических аппаратов показали, что на Марсе встречаются облака самых разнообразных форм и видов: перистые, волнистые, подветренные (вблизи крупных гор и под склонами больших кратеров, в местах, защищенных от ветра). Над низинами - каньонами, долинами - и на дне кратеров в холодное время суток часто стоят туманы. Из-за низкого давления и температуры на Марсе водяной пар находится вблизи состояния насыщения. Так при температуре 0º С давление насыщенного водяного пара как раз 613 Па, что соответствует давлению на Марсе. Зимой 1979 г. в районе посадки "Викинга-2" выпал тонкий слой снега, который пролежал несколько месяцев.

В зимнее время полярные шапки занимают значительную площадь полушария планеты. Граница северной полярной шапки может удалиться от полюса на треть расстояния до экватора, а граница южной шапки преодолевает половину этого расстояния. Такая разница вызвана тем, что в северном полушарии зима наступает, когда Марс проходит через перигелий своей орбиты, а в южном - когда через афелий. Из-за этого зима в южном полушарии холоднее, чем в северном. И продолжительность каждого из четырех марсианских сезонов разнится в зависимости от его удаления от Солнца. А потому в марсианском северном полушарии зима коротка и относительно «умеренна», а лето длинное, но прохладное. В южном полушарии наоборот - лето короткое и относительно теплое, а зима длинная и холодная

Более точные современные наземные и космические измерения обнаружили в составе марсианского льда также замерзший углекислый газ. Летом он испаряется и поступает в атмосферу. Ветры переносят его к противоположной полярной шапке, где он снова замерзает. Этим круговоротом углекислого газа и разными размерами полярных шапок объясняется непостоянство давления марсианской атмосферы.

Видимо в далекие времена давление на Марсе было выше, и вода могла существовать в виде отрытых водоемов, может даже океанов. Но по мере потери атмосферы парниковый эффект слабел и средние температуры на Марсе сдвинулась ниже нуля градусов. Тогда стал необратимым процесс вымораживания воды, которая концентрировалась в гигантских холодильниках на полюсах планеты.

3. Марсианские колонии

Можно предположить, что на Марсе в разное время будут существовать колонии двух типов. Первичные колонии до терраформации Марса и вторичные колонии, которые заселят Марс уже в ходе или после терраформации .

Колонии первого типа, очевидно, будут жить под поверхностью Марса или построят из местных материалов сооружения, защищающие их от воздействия внешней среды. Работа вне искусственных сооружений будет возможна либо в скафандрах или дистанционно из герметичной кабины самоходных или стационарных механизмов. Продукты питания придется получать из оранжереи с искусственной атмосферой. Колония этого типа живет только в пределах искусственно созданной среды обитания. Поверхность планеты используется только для добычи полезных ископаемых или иной промышленной или научной деятельности. Важное место в деятельности такой колонии займет производство продуктов, кислорода, топлива, добыча полезных ископаемых, строительство и обустройство подземных сооружений, геологическая разведка.

Население колонии первого типа будет колебаться от нескольких десятков людей до нескольких сотен человек. Количество самих колоний на Марсе будет определяться производственной потребностью. Фактически колонии такого типа будут самодостаточными образованиями, живущими квази изолированно от остальных марсианских колоний.

Для обеспечения колоний на Земле появится новый тип технологии и производства - разработка и создания промышленных и технологических циклов замкнутого типа ориентированных на использование марсианских ресурсов. По некоторым соображениям часть колоний в первую очередь разместятся в низинных частях Марса вблизи экваториальной зоны. Разработка полезных ископаемых будет вестись, непосредственно рядом с колонией. В последствии эти низины могут стать марсианскими морями. Однако на дне морей все полезные ископаемые к тому времени уже будут добыты. Правда в отдаленной перспективе придется оставить и ранее построенные колонии. Учитывая, что до того момента, когда произойдет заполнение низин водой, может пройти не одна сотня или даже тысяча лет, то это обстоятельство вряд ли будет играть какую-то роль.

После этапа первичной разведки и заселения Марса можно будет заняться его терраформированием . Это длительный этап и все это время на Марсе будут существовать колонии первого типа.

4. Перспективы терраформации

Если осуществить первый этап терраформации , то на Марсе, могут появиться колонии уже второго типа. Давление атмосферы и температура на поверхности станет выше, а это качественно изменит окружающий мир. В небе появятся более густые облака, иногда сможет идти дождь, чаще будет идти снег, появятся временные водоемы, ручьи, реки и родники.

Как только особые растения смогут расти во внешней среде, на Марсе будут активно высаживать специфические «марсианские» растения. В начале это могут быть специфические мхи или лишайники прирабатывающие СО 2 из атмосферы под действие солнечного света в кислород и органические вещества, активно используя в этом процессе минералы марсианского грунта. Со временем появятся и более сложные виды организмов, которые заселят целые пространства подобно альпийским лугам или тундровым полям.

На Земле для сложных растений нужны насекомые, значит могут появятся и особые формы марсианских насекомых. Плотность будущей марсианской атмосферы может позволить таким насекомым даже летать. Возможно и появление искусственно созданных методами генной инженерии животных способных жить в атмосфере Марса. Все это многообразие биологического мира необходимо для создания полноценной саморегулирующейся биосферы.

Постепенно начнет меняться состав атмосферы. Концентрация углекислоты будет уменьшаться, но появится больше свободного кислорода. Возрастет средняя температура и давление. На поверхности Марса появятся открытые водоемы, возможно моря и океаны. Люди смогут работать на поверхности без герметичных скафандров, однако им придется подобно аквалангистам использовать специальные дыхательные приборы. В это период на Марсе будет создана биосфера в масштабах всей планеты.

Наконец возложено наступление и третьего этапа, когда Марс превратиться в младшего «брата» Земли. Люди смогут жить на поверхности без всяких приборов для дыхания. Плотность атмосферы будет такой же, как на плоскогорьях Мексики в горах Перу или Гималаев. И окружающие пейзажи будут во многом похожи на условия высокогорья на Земле. В отличие от высокогорья Земли на Марсе будут расти альпийские луга с высокими травами устойчивые к ветрам на возвышенностях, а в низинах высокие деревья ведь на Марсе меньше сила тяжести. Однако до этого этапа еще очень и очень далеко.

Учитывая все выше сказанное можно ожидать, что исходя из высших интересов развития земной цивилизации, Объеденные нации могут начать процесс терраформирования планеты Марс уже после завершения первого этапа его разведки.

Для успешной терраформации Марса требуется решить ряд сложных проблем. Первая и самая главная проблема. В настоящее время на Марсе слишком низкое давление. Среднее давление на поверхности Марса принято 6 мбар (600 Па) или 4.6 мм. рт.ст . Максимальное давление в глубоких депрессиях видимо порядка 10 мбар . Для существования земных форм жизни это слишком низкое давление.

5. Зачем поднимать давление на Марсе?

Причины для повышения давления очень существенные. При столь низком давлении, которое сейчас существует на Марсе, вода не может находиться в жидком состоянии. Это означает, что жизнь земного типа, основанная на водном растворе биологически активных веществ в клетках, не сможет существовать на Марсе. Вода в клетках просто будет вскипать. Конечно можно создать такие формы живого, которые смогут жить и в таких условиях, но есть другие причины. Поэтому первая задача терраформации достичь, давления при котором вода, не вскипая, будет находиться на поверхности Марса в жидком состоянии.

Другая важная причина - потребность создания для человека как можно более комфортных условий проживания. Разряженная атмосфера на Марсе создает больше проблем, чем вакуум на Луне. В первую очередь это связано с обильем пыли и большей возможностью для пыли переносится, и попадать туда, куда не нужно в условиях разряженной атмосферы. Пыль будет выводить из строя механизмы, скафандры и т.д. Если на Марсе увеличить давлении там можно будет рассадить растения, которые свяжут пыль, будут выпадать осадки, а в грунте будет сохраняться влага (летом) или будет лежать снег (зимой), которые ограничит пылевые эффекты. Наличие влаги приведет к уплотнению грунта, сдуваться будет тонкий, тонкий поверхностный слой. При более высокой плотности атмосферы ослабнут и сами пыльные бури.

Кроме того, большее количество парниковых газов поднимет среднюю температуру, станет теплее, что не маловажно для производственной деятельности и выживания. Большая плотность атмосферы уменьшит отдачу тепла с поверхности в ночное время и увеличит ночные температуры, и снизит общий перепад температур. Большая плотность атмосферы ослабит уровень радиоактивного облучения на поверхности планеты и уровень ультрафиолета.

Наконец есть еще одна причина. Она связана с выживанием людей в аварийных ситуациях. Аварийная ситуация в первую очередь связана с разгерметизацией скафандров или жилых объемов. При нынешнем низком давлении для ликвидации аварии у людей есть от нескольких секунд до нескольких минут. Все это не может не сдерживать колонизацию. Поэтому первой целью терраформации должно быть создание таких условий, когда человек сможет обходиться на Марсе без скафандра, только с дыхательным прибором или даже как отдаленная конечная цель создать условия для дыхания марсианским воздухом.

6. Пределы жизни

Живое земного типа может существовать только в определенных диапазонах физических параметров.

«Условия пригодности для обитания флоры и фауны» по Мак Кею

	Параметр	Значение		Пояснение
	Средняя температура	0 - 30 °C		Средняя температура поверхности должна составлять около 15 °C
	Флора
	Среднее атмосферное давление	> 10 кПа , (>75Hg)		Основными компонентами атмосферы должны быть: водяной пар, О 2 , N 2 , CO 2
	Парциальное давление O 2	> 0,1 кПа , (>0.75Hg)		Дыхание растений
	Парциальное давление CO 2	> 15 Па , (>0.1 Hg)		Нижний предел для условия протекания реакции фотосинтеза; нет однозначного верхнего предела
	Парциальное давление N 2	> 0,1-1 кПа , (>0.7 - 7.7Hg)		Азотфиксация
	Пар (t = 15 °C)	<1 .7 кПа (< 12.8 Hg )		Давление насыщающих паров Н 2 О при 15°C.
	Минимальная атмосфера			0.75О 2 +0.1СО 2 +0.7 N 2 +12 H 2 O + 62буфер = 75(Hg ) 1%О2+1% N 2 +0.1% CO 2 +16%Н 2 О+82%буфер
	Безуглекислотная атмосфера Марса			60% N 2 + 36%Ar+ 2%O 2 +2%(остальное)
	Фауна
	Среднее атмосферное давление		> 5 кПа , (>37,6Hg) < 500 кПа , (<5 ат .)	Указаны минимальное и максимальные давления
	Парциальное давление O 2		> 25 кПа , (>188Hg)
	Парциальное давление CO 2		< 10 кПа , (<75Hg)	Ограничение содержания CO 2 для избежания интоксикации
	Парциальное давление N 2		> 30 кПа, (>225 Hg )	Буферное

В строке 6 дана прибавка давления которую даст водяной пар при температуре 15ºС в замкнутом помещении. В строке 7 приведен состав минимальной атмосферы, которая годиться для дыхания растениями. В качестве буфера может быть использовании азот, аргон или метан.

Как видно из приведенной таблицы для растений необходимо давление выше 75 мм. рт . ст., для животных выше 37.6 мм. рт . ст. (нижний предел за которым наступает летальный исход). Но для дыхания животным необходимо значительно более высокое давление кислорода. Для растений требуется давление кислорода выше 0.75 мм рт . ст., тогда как для животных свыше 188 мм. рт . ст.

Если рассматривать атмосферу необходимую только для растений (строка 7), то оказывается, что получить такой состав несложно. Достаточно удалить из нынешней атмосферы Марсе СО 2 и необходимый объем полученного газа сжать до необходимого давления в 75 мм. рт.ст . В результате такой марсианский воздух будет на 96% состоять из азота и аргона и будет содержать 2% кислорода. В такой воздух необходимо добавить не менее 0.01%СО 2 и нагреть до 15ºС , а парциальное давление водяного пара установится само собой в зависимости от режима полива. Так получается «безуглекислотная » атмосфера, которая вполне годится для растений в оранжереях.

Для проживания животных и людей необходимо обогащать безуглекислотный марсианский воздух кислородом. До парциального давления хотя бы в 188 мм. рт.ст . Одновременно нужно поднять и парциальное давление азота и аргона, чтобы довести соотношение кислорода и буферных газов примерно до соотношения в земной атмосфере. С задачей насыщения воздуха кислородом справятся растения или водоросли типа хлореллы. В дальнейшем можно замкнуть искусственную биосферу. Необходимо только точно соблюсти пропорцию между числом животных и биомассой растений. Но все это возможно только в замкнутых помещениях или в условиях существования колоний первого типа.

7. Выживание при пониженном давлении

Для колонистов будет актуальной проблема разгерметизации помещений и в первую очередь скафандров. При разгерметизации в условиях низкого внешнего давления основная опасность связана с ударной декомпрессией в случае серьезного повреждения скафандра. При дыхании чистым кислородом внутри скафандра давление будет не ниже 188 мм рт.ст . А в случае дыхания газовой смесью еще и выше.

Опыты по декомпрессии проводились на животных. Вот как их описывает астронавт Митчел . "В течение 1 сек давление в барокамере, где находились животные, понижали со 180 мм рт . ст. до менее чем 2 мм рт . ст. При столь низком давлении собаки находились в течение 5-10 сек, а шимпанзе - до 150 сек. И собаки и шимпанзе через 9-12 с. после начала декомпрессии впадали в шоковое состояние. В этот момент у них можно было наблюдать «раздутие» тел, конвульсии, затрудненное дыхание и общее спастическое состояние мышц. И если у 18-20% собак после 120-180 с. декомпрессии наступала смерть, то у всех шимпанзе после декомпрессии в течение 150 с. восстанавливалось нормальное состояние без каких-либо последствий для нервной системы. После рекомпрессии (повышения давления до нормального) они начинали самопроизвольно дышать. Следовательно, их сердечно-сосудистая система функционировала еще достаточно хорошо, чтобы восстановить нормальное кровяное давление.

Нескольких шимпанзе подвергли декомпрессии в атмосфере чистого кислорода, давление в барокамере снижалось в течение 0,8 сек со 179 до 2 мм рт.ст ., животных выдерживали при этом низком давлении 210 сек. После рекомпрессии , производившейся постепенно, шимпанзе поправлялись и были способны выполнять сложные задания, которым их прежде обучили. Повторные эксперименты неизменно давали те же результаты. Это свидетельствует о том, что человек тоже способен переносить экстремально низкие давления лучше, чем мы предполагаем. Вполне вероятно, что космонавта, находящегося за пределами космического корабля, можно будет спасти, если его скафандр неожиданно получит повреждения и в нем вследствие утечки начнет резко понижаться давление воздуха или кислорода".

На Марсе сейчас давление 4.6 мм рт.ст . Это вдвое больше, чемв описанных опытах, но этого все равно мало. При резком падении давления в скафандре у человека на Марсе остается всего 10 - 15 с. до потери сознания. Однако своевременная помощь, оказанная товарищами в течение 1 - 3 минут, способна спасти человека. Для этого необходима быстрая рекомпрессия до давления хотя бы 200 мм рт.ст .

В условиях низкого давлении или вакуума в начале наступает гипоксия, связанная с нехваткой кислорода и человек за 10 с. теряет сознание. Ныряльщик под водой использует запас кислорода в легких, здесь же такой возможности нет. Так как человек в вакууме должен выдохнуть воздух из легких, чтобы предотвратить разрыв внутренних тканей.

Следующий опасный процесс связан с кипением жидкостей в первую очередь крови, кровоток практически прекращается. Наступает фибриляция сердца и человек может уже в это момент умереть от остановки сердца. После остановки сердца реанимация уже практически невозможна, так как остановка сердца происходит по причине необратимых измерений в системе кровообращения. Из-за выделения газов во внутренних органах тело раздувается. Частично это раздутие можно компенсировать специальным костюмом, его используют пилоты стратосферных самолетов. Однако у пилота на высоте 15 км есть всего 10 с. чтобы принять решение на резкое снижение высоты.

В одном из полетов при разгерметизации перчатки на высоте 12 км, испытатель совершавший подъем на воздушном шаре достиг высоты в 30 км (10 мм рт.ст ). Его рука раздулась вдвое по сравнению с обычным состоянием, однако он смог завершить эксперимент успешно, а после возвращения на землю рука вернулась в норму через несколько часов. Дело в том, что сосуды и капилляры имеют гибкость, которая компенсирует падение внешнего давления.

Во время полета Шаттла STS -37 имело место повреждение перчатки одного из астронавтов. Однако наддув скафандра, и уплотнение из-за прижима ладони к поврежденному месту не привели к взрывной декомпрессии. Астронавт, будучи в состоянии возбуждения от выхода в открытый космос даже не заметил, что у него пробита перчатка. Он отделался пустяковой царапиной.

Поэтому при аварии скафандра главная угроза состоит в том, что человеку из-за утечки воздуха нечем дышать, перестает снабжаться кислородом мозг, а не от низкого давления. Для того чтобы избежать разрыва тканей в легких человек в момент аварии в условиях Марса связанной со взрывной декомпрессией должен максимально выдохнуть воздух и задержать дыхание с пустыми легкими. Надолго будет сделать трудно, так как инстинктивно человека будет одолевать желание вдохнуть. Но вдыхать воздух Марса опасно. Избыток углекислоты может привести к отравлению организма. Хотя из разряженной атмосферы видимо не удастся вдохнуть сколько-нибудь значительное количество углекислого газа. Человек потеряет сознание раньше, чем атмосфера Марса наполнит поврежденный скафандр. Остановка дыхания предотвратит дальнейшее проникновение марсианского воздуха в организм пострадавшего.

Поэтому при наличие внешнего давления в несколько десятков мм. рт.ст все эти проблемы будут существенно ослаблены. В этом случае для компенсации падения давления и раздутия кровеносной системы можно применить специальный компенсирующий костюм, подобный тем, что применялись в высотной авиации. Наличие компенсирующего костюма и кислородной маски сделает возможным выживание человека даже с поврежденным скафандром. Здесь уже большую опасность может представлять переохлаждение или отравление СО 2 при наличие плохого прилегания маски к лицу и подсоса газа извне. В этом случае речь уже не идет о секундах до фатального исхода, что сделает многие аварийные случаи менее опасными.

8. Возможность и масштаб реконструкции атмосферы

Насколько нужно поднять давление на Марсе, чтобы человек мог обходиться без скафандра?

Тут есть два варианта.

1. Дыхание через кислородную маску.

2. Непосредственное дыхание марсианским воздухом.

В качестве критерия можно взять следующий фактор. Жидкости в организме находятся при температуре 37º С . Кипению воды при температуре в 40º С соответствует давление 55 мм рт.ст ., что на Земле соответствует высоте 18 км. Таким образом, давление окружающей среды в любом случае быть не ниже 55 мм рт.ст .

Следует различать два случая. Случай пребывания в условиях марсианской атмосферы, вне жилых помещений без скафандра и случай пребывания в оранжереях и подсобных помещениях, где атмосфера отличается от стандартной. Эти случаи отличаются только составом атмосферы, поскольку в специальных помещениях она будет искусственной.

Пребывание при пониженном давлении предполагает совершение движений и работы, а не просто выживание. Во время восхождения альпинистов на вершину совершается тяжелая работа. Наибольшая высота, на которой люди активно работали на Земле соответствует высоте 8.8 км (Эверест). Альпинисты на такой высоте могут обходиться без кислородной маски, но тяжелая работа и длительное пребывание на такой высоте требует обязательного применения кислородной маски. Выжить на такой высоте можно, только совершая минимум движений. Таким образом, человек может жить при давлении соответствующем высоте около 9 км. На такой высоте давление воздуха всего 230 мм рт.ст . или в 3 раза меньше, чем на равнине. Видимо чуть более чем в три раза меньше и содержание кислорода. Примем парциальное давление кислорода на высоте в 9 км 55 мм рт.ст .

Итак, если бы атмосфера Марса состояла бы из чистого кислорода достаточно было бы давления в 55 мм рт.ст . При таком давлении вода уже не вскипает при температуре человеческого тела и кислорода должно хватить для простого поддержания жизненных функций. Однако минимальным считается давление чистого кислорода порядка 180 мм рт . ст. Чисто кислородную атмосферу на Марсе можно создать только в замкнутом объеме жилого помещения или скафандра.

Как показано выше для оранжерей достаточно будет создать искусственную атмосферу с давлением в 75 и более мм. рт.ст . и минимальным содержанием СО 2 , что позволит работать в таких условиях без скафандра, а только с кислородной маской. Понятно, что это минимальное требование для жизни растений.

Создание больших площадей оранжерей или лучше назвать их теплицами потребует больших объемов капитального строительства. Поскольку численность колонии связана с общей потребной площадью теплицы (оранжереи), а это определяет объем строительных работ, что в свою очередь связано ссоставом атмосферы и внутренним давлением. Более подробно об этом рассказано в разделе о строительстве на Марсе.Поэтому не обязательно состав атмосферы и давление в нежилых помещениях будет такой же как и в жилых помещениях.

Предположим с помощью растений удастся поднять содержание кислорода в атмосфере Марса до парциального давленияпревышающего 55 мм рт.ст . Очевидно, что из чистого кислорода пусть даже при низком давлении атмосфера состоять не может. Высокая концентрация кислорода не просто опасна, она и не возможна, так как кислород неизбежно будет связываться в результате химических реакций. Для ограничения этого процесса нужен буферный газ. Роль такого буферного газа на Земле выполняет азот. В условиях Марса таким буферным газом может быть тот же азот и аргон. В качестве буферного газа в небольших количествах в атмосфере может содержаться и метан.

Создать парциальное давление кислорода в атмосфере Марса выше 55 мм рт . ст. это только одна часть задачи терраформации . Другая проблема наличие СО 2 . Известно, что превышение 4% СО 2 в воздухе приводит к отравлению людей и животных. Поэтому в идеальном случае СО 2 в атмосфере Марса не должно быть больше 4%. Поэтому главная проблема окончательного этапа терраформации даже не проблема создание кислородной атмосферы, а проблема связывания избытка углекислоты и наполнения атмосферы взамен углекислоты буферным газом.

В настоящее время в атмосфере Марса содержится 95% СО 2 , но даже если из всей углекислоты выделить кислород, его будет мало, всего 3 мм рт.ст ., а необходимо как минимум >55 мм рт.ст . Следовательно для обеспечение минимума по кислороду нужно выделить из полярных шапок, освободить из окислов или доставить извне более чем десятикратный объем газов по сравнению с тем, что ныне находится в атмосфере Марса. Потом это газ содержащий много СО 2 нужно переработать и очистить. Это уже работа для растений, рассчитанная на сотни лет.

Но и этого мало. Надо где-то взять буферный газ, поскольку своих запасов азота или аргона на Марсе крайне мало.

На Земле большие объемы СО 2 из атмосферы растворяет океан. Для Марса этот путь не эффективен. Газов и так мало. Растворение СО 2 в марсианском океане приведет только к снижению общего давления. Снижение давления и содержания СО 2 приведет к уменьшению парникового эффекта, начнется новый ледниковый период. Все опять замерзнет. Правда растворенный в водоемах СО 2 водоросли могут переработать в кислород, как это они делают на Земле. Наличие же паров воды в атмосфере поддержит парниковый эффект, но больше пара в атмосфере появится, только если средняя температура будет выше. Получается замкнутый круг или иначе саморегулирующаяся система.

Поводя итоги можно сделать выводы. На Марсе теоретически возможно создать условия для жизни там земных растений, а возможно и некоторых насекомых. Для этого необходимо поднять давление до 75 мм. рт.ст . (примерно в 15 раз) и температуру чуть выше нуля. Такое давление позволит и человеку в специальном костюме и кислородной маске некоторое время, а возможно и длительное время пребывать на Марсе без скафандра. На Земле такое давление соответствует высоте в 16 км.

Однако это возможно при достаточно больших запасах замерзшей углекислоты, которую следует испарить в результате техногенной деятельности. Если углекислоты недостаточно, то на Марс придется доставлять газы извне, что сделает терраформацию очень длительной и очень сложной задачей.

Как альтернатива – создание специфических растений или микроорганизмов способных выживать в марсианских условиях и способных постепенно преобразовывать атмосферу и грунт в нужном для дальнейшей терраформации направлении.

Понятно, при доставке на Марс необходимых масс газов можно создать атмосферу любого состава, но это поистине титаническая работа.

Грубо оценим необходимый минимум для выживания людей без дыхательных приборов на поверхности Марса. Пусть парциальное давление кислорода хотя бы 55 мм рт.ст . Давление буферного газа в два – три раза больше или 150 мм. рт.ст . Пусть это смесь азот, аргон и возможно метан.

Всего примерно давление такой атмосферы примерно 200 мм рт.ст ., что очень близко к давлению на Эвересте. Всю углекислоту связали растения и остаточная концентрация СО 2 пусть не больше 1-2%.

Примерный состав: 25% - О 2 , 30% - азот, 40% - аргон, 2 % - метан и 2% - СО 2 . Наверно таким воздухом можно дышать. Соотношение буферных газов может быть иным.

Сейчас суммарный объем газов в атмосфере Марса обеспечивает давление в 4.6 мм рт.ст . или в почти в 40 раз меньше. Иначе, для создания подходящей для выживания (не проживания!) атмосферы на Марс надо испарить из полярных шапок или привести извне примерно 40 объемов нынешней атмосферы. Оценка грубая, поскольку давление зависит от температуры и при более высокой температуре потребный объем будет меньше. Примерно 30 объемов.

Тем не менее, объемы огромные. Поэтому полная терраформация Марса дело очень и очень отдаленного будущего.

Более реально только повышение давления и температуры выше критического давления соответствующего тройной точке воды.

9. Роль воды в регулировании климата на Марсе

В целом связь между состоянием воды и условиями на планетах земной группы иллюстрирует приводимая здесь диаграмма состояния воды. Напомню, поскольку вода может существовать в трех фазах (лед, вода, пар), а температуры плавления и кипения воды зависят от давления, то график состояния воды имеет вид двурогой кривой. При температурах ниже 0º С (левая часть графика) вода находится в виде льда или пара. При температура выше 0º С (правая часть графика) вода находится или в жидком состоянии или в виде пара. Только при давлении выше 610 па (4.58 мм рт.ст .) вода может существовать в жидком виде. Поэтому точка, где вода может одновременно существовать и во всех трех фазах имеет координаты (р = 610.6 Па; t = +0.01С).

На графике жирными линиями, оранжевая - Марс, синяя - Земля, для Венеры красным квадратом указано нынешние условия на планетах земной группы. Прямоугольник под линией показывает диапазон давлений и температур с учетом рельефа планеты. На Марсе существуют более высокие горы, а впадины на Земле заполнены океаном, поэтому высоте прямоугольников разная. На Венере условия слабо зависят от высоты и широты на планете, поэтому они представлены маленьким квадратом. Конечные состояния послетерраформации для Венеры и Марса показаны стрелками.

Совпадение оранжевой полоски с нижней стороной прямоугольника как раз и означают, что в конце терраформации условия на Марсе должны соответствовать условиям на Земле высоко в горах. На Венере скорее всего и температура и давление будет выше, чем на Земле, поэтому конечное состояние показано выше.

10. Инженерия атмосферы Марса

Для Венеры нужно уменьшить давление и соответственно плотность атмосферы, что можно сделать только одним способом - убрать большую часть атмосферных газов. Удалить газы из атмосферы Венеры можно, либо рассеяв их в мировом пространстве, что весьма расточительно, либо связав их с породами в нелетучие химические соединения. Терраформация Венеры рассмотрена отдельно и здесь Венера упомянута для сравнения, и учитывая, что на некоторых этапах терраформация Марса и Венеры могут идти параллельно.

У терафомации Марса иная проблема. Тут надо наоборот увеличить количество газов в атмосфере. Сделать это можно двумя способами. Либо растопить льды и высвободить газы из грунта, либо доставить колоссальные объемы газов с других планет. Казалось бы растопить льды проще. Но есть проблема. Мы еще не знаем полного объема льда и не знаем его состава. Если лед на Марсе преимущественно состоит из водяного льда, то наполнить атмосферу будет нечем. Водяной пар не наполнит атмосферу. Тогда придется доставлять газы извне.

Часто предлагают бомбардировать Марс кометами. Однако это не может кардинально решить проблему. По крайней мере, комет пролетающих во внутренней части Солнечной системы не так и много. Не известно, сколько астероидов в поясе астероидов состоят из льда.

Можно ли на это рассчитывать? Перегонять кометы из пояса Койпера ? Пока при нынешнем уровне развития техники это выглядит слишком фантастично. Но проблема в другом. Водяной лед не может поднять давление на планете. Тут нужны иные газы, такие как углекислый газ, метан, аргон, азот, аммиак, этан, ацетилен.

Сейчас средняя температура Земли +15º С , а средняя температура Марса -53º С . Среднее давление на Марсе чуть ниже или очень близко к давлению соответствующего тройной точке. Поэтому на Марсе не может существовать вода в жидком виде, а только в виде льда или пара. Хотя в глубоких впадинах давление может быть чуть выше тройной точки до 1000 Па и там вода может при плюсовых температурах находиться в виде жидкости. В настоящее время образование значительных объемов жидкой воды может реализоваться скорее случайно, например, при вытекании подземных вод или как результат таяния вечной мерзлоты.

Близость давления на Марсе к тройной точке воды косвенно указывает на то, что полярные шапки состоят по большей части из воды. Тем более что при существующем на Марсе давлении даже на полюсах температура несколько не достигает температуры замерзания углекислоты. Отсюда следует, что по большей части шапки Марса состоят из льда. Для будущих колонистов Марса это приятная новость. Но для наполнения атмосферы требуется выделить много газов. Поэтому вопрос о количестве замерзшей углекислоты в полярных шапках является ключевым для дальнейшей судьбы планеты. Если в твердом виде на Марсе имеются достаточные запасы углекислоты, то разогрев планеты в результате техногенной деятельности может поднять давление выше давления соответствующего тройной точке, тогда на Марсе возможно таяние ледников, появление водоемов с водой и в конце концов существование жизни земного типа на поверхности планеты. В противном случае разогрев полярных шапок не увеличит давления на планете. Поскольку вода легко претерпевает фазовый переход, особенно если этому благоприятствует температуры внешней среды (около 0º С ), то поднять содержание воды в атмосфере и таким образом увеличить давление не возможно.

Потому вся надежда дальнейшей терраформацией Марса может быть связана с наличием в составе полярных шапок достаточного количества замерзшей углекислоты.

Конечно, можно допустить, что в далекие времена, когда еще давление на Марсе было выше, углекислота замерзала при более высокой температуре. Допускается, что давление на Марсе могло достигать 1 - 3 земных атмосфер. Например, при нормальном давлении углекислота замерзает при температуре -56.6º С . До такой температуры охлаждается полюса Земли, а на Марсе было еще холоднее. Учитывая, что основным компонентом атмосферы является именно СО 2 , то следует предположить, что СО 2 в вперемешку с Н 2 О образует полярные шапки Марса. Углекислота в отличие от воды испаряется и замерзает с меньшими затратами энергии. Но в смеси с обычным льдом такой процесс сильно замедляется. Поэтому в глубине полярные шапки могут содержать значительное количество углекислоты.

В какой-то момент давление на Марсе снизилось настолько, что процесс вымерзания углекислоты прекратился. Состояние атмосферы стабилизировалось. Остался только процесс потери атмосферы вследствие убегания молекул в космос. За миллионы лет Марс растерял значительную часть своей атмосферы в частности все легкие газы и азот.

11. Разогрев полярных шапок

Первым этапом терраформации станет разогрев полярных шапок. Самое простое и очевидное решение использовать для этих целей солнечную энергию, отражаемую орбитальным зеркалом . Для этого предварительного нагрева предлагается и два других метода: сброс нескольких астероидов содержащих аммиак, производство парниковых газов на марсианских заводах.

Орбитальное зеркало . Для разогрева полярных шапок требуется отразить с помощью гигантского зеркала часть солнечной энергии на направить её в область полярных шапок. Солнечная постоянная - суммарный поток солнечного излучения, проходящий за единицу времени через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно потоку, на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца вне земной атмосферы. По данным внеатмосферных измерений солнечная постоянная составляет 1367 Вт/м² . Солнечная постоянная на орбите Марса составляет 43% от солнечной постоянной на орбите Земли. Это не мало и составляет примерно 0.58 кват на каждом квадратном метре.

На Марсе, так же как и на Земле, зимой на одном из полюсов наступает полярная ночь. В летнее время солнце поднимается выше, угол падения лучей больше и в районе полярной шапки поверхность нагревается, и шапка частично тает. Однако испаряющиеся газы переносятся в противоположное полушарие, где в это время царит зима, и снова конденсируются. Поэтому для решения задач терраформации более актуальным является подогрев именно зимнего полушария.

Не лишено смыла и прогрев поверхности Марса не только в полярных районах, так как под слоем песка может быть вечная мерзлота. Однако такой разогрев вечной мерзлоты с помощью концентрации солнечных лучей будет мало эффективным.

Расположив зеркало с противоположной стороны относительно солнца как раз и можно направлять солнечные лучи в район полярной шапки, где как раз наступает зима. Проблему представляет то, что зеркало должно вращаться по орбите вокруг планеты. Некоторые ученые предлагают найти для зеркала относительно стабильную точку. В качестве такой точки предлагается расположить зеркало на расстоянии 214 тыс км. от поверхности Марса. Здесь сила притяжения будет уравновешена силой давления солнечного света. Основной вывод авторов этой идеи такой, что требуется поднять температуру примерно на 4 градуса, тогда начнет таять полярная шапка, нагрев планеты высвободит газ адсорбированный в реголите и все вместе это поднимет давление до 500 - 1000 мбар . Оптимистично, не так ли, учитывая, что сейчас давление всего 6 -10 мбар .

12. Создание примитивной биосферы

Следующим этапом после подъема давления хотя бы в два - три раза будет заселение Марса живыми организмами. Наверно можно найти земные микроорганизмы способные выжить в условиях Марса или вывести таковые методами генной инженерии. Определенным подтверждением такой возможности стали недавно обнаруженные на Земле на глубине 200 м микроорганизмы - метаногены , питающиеся водородом и дышащие углекислым газом. Специально же проведенный учеными эксперимент доказал, что подобные микроорганизмы могли бы выжить и в суровых марсианских условиях.

Если бы давление на Марсе превосходило нынешнее в несколько раз, там могли бы существовать простые организмы типа водорослей или лишайников. Однако это должны быть растения способные противостоять ультрафиолетовому излучению. Ультрафиолетовое излучение можно поглотить внешней "корой" на основе углеродной органики или на основе неорганических материалов кремний-кальциевой-алюминий-кислородно-углеродной оболочкой по типу того, что на основе кальцита создают кораллы или моллюски. Важно, что при давлениивыше тройной точки на Марсе уже во многих местах будет выпадать роса, которую смогут поглощать растения. Кроме того растения могут поглощать влагу даже из атмосферы, так поступают некоторые растения выживающие в земных пустынях. Однако жизнь на основе воды на Марсе еще долго будет невозможной. Так как вода может замерзнуть внутри организма. Однако эту проблему можно преодолеть, если растения будут использовать для метаболизма не воду как таковую, а некие растворы типа антифриза, которые не будут замерзать при отрицательных температурах.

Существует так же возможность выживания на Марсе живых существ, не использующих воду. Среди земных насекомых есть такие виды моли, которые не содержат в своем организме воду.

Однако основные задачи, которые будет решаться с помощью марсианских растений, будут следующие. Преобразование атмосферы и насыщение её кислородом, преобразование грунта в почву, связывание почвы. Сильные пыльные бури возникают на Марсе из-за того, что в условиях низкой тяжести мелкая пыль легко поднимается в атмосферу. Если бы грунт был чуть влажный, а на грунте росли бы растения, выдувание пыли в атмосферу уменьшилось бы в разы. Напомню, что при пыльных бурях поверхность сильно остывает, поэтому для будущего Марса пыльные бури явление негативное.

Продолжение следует.