Марс и его физическая природа

Марс известен людям несколько тысячелетий. О ней знали египетские и вавилонские астрономы, а ученые Средневековья рассчитывали расстояние до планеты и её размер. Качественно иной уровень исследований был достигнут, когда изобрели телескоп. Его улучшение позволило составить первые карты поверхности красной планеты.

Настоящее изучение красной планеты началось лишь в XX веке. Ученые определили состав атмосфер, строение, климат и другие характеристики. Запуски искусственных спутников расширили представления о планете. В настоящее время ученым доступно довольно много сведений о Марсе. Получение знаний всегда имеет какую-либо практическую цель. Марс, например, часто рассматривают как объект колонизации в будущем. Проект заселения планеты разрабатывает компания SpaceX. Насколько реальны данные планы? Что станет с человеческим организмом в условиях Марса? Ответ на эти вопросы могут дать физические характеристики красной планеты.

Общие сведения о Марсе

Располагается на четвёртом месте от Солнца. Планета имеет красный цвет. По этой причине Марс и получил своё современное название – в честь древнеримского бога войны. Космический корабль, запущенный с Земли, долетит до планеты от 9 месяцев до 3 лет (в зависимости от расположения планет). Марс — это наиболее изученная планета из всех существующих. Она представляет собой холодную и безжизненную пустыню. Рельеф планеты неравномерен: в южном полушарии находится много возвышенностей, северное более равнинное. Самыми высокими местами являются плато Форсида (высота – 6 км). На нём находится три вулкана. Другая возвышенность называется Элизией. Форсида граничит с двумя районами: на западе — с Амазонией, на востоке — с трогом Хриса. Марс имеет свою систему каньонов под названием долины Маринер. Другими низменностями являются равнины Аргир и Эллада.

Диаметр, радиус и окружность Марса

Обратимся к физическим параметрам планеты. Для описания размеров ученые используют несколько характеристик: радиус, окружность, объём и масса. Экваториальный диаметр Марса равняется 6787 километров. Он составляет 53% от земного. Планета имеет три взаимно перпендикулярных радиуса – полярный и два экваториальных. Первый из них равен 3376 км, а другие – 3399,3 и 3394,0 км. Радиус планеты Марс также примерно в 2 раза меньше земного. Окружность экватора составляет 21343 км, длина экватора – 21 344 км.

Масса, объём и плотность

Узнать сколько весит Марс помогли наблюдения за движением его двух спутников – Фобоса и Деймоса. Запуск межпланетных станций «Маринер» позволил уточнить данный параметр. Масса Марса составляет 6,42*1023 килограмм. По габаритам он не столь внушителен, как другие планеты.
Объём Марса равен 1,6318•1011 км³
Плотностью называют отношение массы тела к его объёму. Средняя плотность Марса равняется 3,9 г/см3.

Ядро и строение (структура)

Структура Марса схожа с Землёй. Он состоит из ядра, мантии и коры. Чем плотнее слой, тем ниже он залегает. Внутреннее строение планеты Марс относительно однородно. Ядро не обладает большой массой – на него приходится до 9% всей планеты (для земного ядра этот показатель равен 32 %). На поверхности находятся легкие окислившиеся породы. Они образовались внутри планеты, затем поднялись вверх в ходе процессов расплавления и дифференциации недр. Главным элементом мантии является оливин – порода, которая содержит ортисиликаты магния и железа.

Ядро состоит из железа, никеля, серы и кремния. Радиус ядра – 1800 км. Поверхность ядра состоит из силикатной мантии. Основные элементы коры – это кремний, кислород, ядро, железо, кальций и алюминий. Окисление железа сделало планету красной. Мантия лишена тектонической активности. Толщина коры доходит до 125 км, её средний размеры – 50 км. Кора содержит базальт. Большое распространение на Марсе получили хлор, фосфор и сера.

Значительная часть поверхности покрыта кратерами. Это результат падения метеоритов в прошлом. Самый большой кратер находится в Северном полярном бассейне. В геологическом плане Марс занимает нишу между Землёй и Луной: на Марсе происходит поднятие коры, но тектонические плиты не сталкиваются.

В полярных областях располагаются белые шапки. Возможно, в их состав входит вода в виде снега или льда. Зимой они занимают довольно значительную территорию, но к лету их размер уменьшается. Затем они вырастают снова. В начале весны вокруг них образовывается кайма. Это может свидетельствовать о том, что на Марсе происходят процесс таяния и образования снега. 75 процентов планеты состоит из светлых облаков, которые являются пустынями.

В состав атмосферы красной планеты входят:
Углекислый газ – 95%
Азот и аргон – 4%
Кислород и водяной пар – 1%

Атмосферное давление на поверхности составляет 6,1 мбар. Марс не способен долго сохранять тепло, поэтому климат на нём намного холоднее земного. Средняя температура достигает -40% С. Летом она поднимается до -20 С, зимой может опускаться до -125. Разницы в температурах привели к возникновению сильных ветров.

В состав грунта входят следующие элементы: кремнезём с примесями железа, серы, натрия алюминия и кальция. Грунт содержит и водяной лед.

Современные оболочка и особенности строения Марса сформировались в результате длительной эволюции. Геологическая история планеты насчитывает несколько эр:

• Нойская эра (3,8-4,1 млрд лет назад) – в этот период сформировались большие и маленькие кратеры, долины и вулканы. Климат планеты ещё не был столь суров как сегодня, поэтому ученые предполагают наличие рек и озер на красной планете. Период отмечен большой активностью вулканов, которые выбрасывали в атмосферу различные химические соединения. Планета активно подвергалась метеоритным бомбандировкам.

• Гесперийская эра (3,7 – 3 млрд лет назад) – формирование долин идёт на спад, космические тела падают на планету всё меньше. Вулканическая активность проявлялась с такой же силой. Это обусловило кратковременное потепление. Затем климат стал холоднее. Характерны нечастые наводнения. Океан занимал Северную равнину Марса. На планете существовали река и озёра.

• Амазонийская эра – отмечен исчезновением кратеров и снижением вулканической активности. Быстро менялся климат. Марс лишился воды в её жидком виде. В этот период формировался современный рельеф планеты: появились крупнейшие вулканы и большие каньоны. Относительно небольшая масса планеты привела к снижению тектонической активности, исчезновении магнитного поля и атмосферы.

Магнитное поле

Существование магнитного поля Марса подтверждено относительно недавно. Магнитное поле довольно слабо. Планета постоянно испытывает воздействие солнечного излучения и ветра. Данный фактор и стал причиной отсутствия на Марсе жизни. Современное магнитное поле представляет собой остаток древних магнитных полей. Но полосы поля могут покрывать большое расстояние. Солнечное излучение воздействует на Марс с силой, в 2,5 раза больше, чем на Землю. Вода в её жидком виде не может присутствовать на планете.
Около 4 млрд. лет назад Марс обладал магнитным полем, подобным земному. Оно существовало довольно непродолжительный срок, а затем исчезло.

Существует несколько теорий, объясняющих причины исчезновения магнитного поля:
• Охлаждение ядра из-за которого динамо-машина планеты прекратила свою работу.
• Большой астероид, который изначально вращался на орбите. Он поддерживал существование магнитного поля планеты, пока не упал на неё. Исчезновение астероида послужило причиной утраты магнитного поля.
• Магнитное поле является результатом обогащение коры железом. Таким образом, на данный момент мы наблюдаем эффект остаточного магнетизма. Либо же магнитное поле в настоящее время переходит через нулевое значение.

Сутки длятся 24 часа 37 минут. Ось вращения имеет угол наклона, почти такой же, как и у Земли. Времена года сменяют друг друга почти также, как и на Земле. Климатические пояса также схожи с земными. Марс находится на большем расстоянии от Солнца, чем Земля. Поэтому год длится 687 суток. На южном полушарии лето проходит быстро, зима же длится долго. На северном картина другая – быстрое лето и короткая зима.

Гравитация на Марсе

Есть ли гравитация на Марсе? Гравитацией называют силу, с которой все тела во Вселенной притягиваются друг к другу. Такое взаимодействие возможно благодаря гравитационному полю, которым обладает абсолютно каждое тело. Сила гравитации выражается с помощью Закона всемирного тяготения, сформулированного И. Ньютоном. Он гласит: сила притяжения тел пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Этот физический закон можно выразить с помощью формулы F=G*m1m2/r2, где:
G –гравитационная постоянная Марса. Равна 6,67*10 -11
M1 – Масса первого тела
М2 – масса второго тела
R – расстояние между ними.
Притяжение Марса и какого-нибудь другого тела также можно определить с помощью этого закона.

Сила тяжести

Этот физический параметр показывает, с какой силой небесное тело (в нашем случае Марс) притягивает к себе тела находящиеся на его поверхности. Сила тяжести направлена к центру Марса. Сила тяжести на красной планете составляет всего 38% от земной. Соответственно, человек массой 70 кг, будет весить 26 кг.

Ускорение свободного падения

Итальянский ученый Галилео Галилей сформулировал закон, согласно которому скорость падающего тела со временем увеличивается. Эту скорость можно найти по формуле v = gt, где
V – скорость падающего тела
T – время
G – ускорение свободного падения.

Причиной ускорения является вес тела, который обозначается буквой G и находится с помощью формулы G=mg, в которой m – это масса тела. Причиной силы тяжести является существование притяжения между отдельными телами. Так Земля притягивает к себе всё, что на ней находится.

Сила притяжения на Марсе также существует. Поэтому данное утверждение справедливо и для него. Это значит, что и Марс обладает своей величиной ускорения свободного падения. На эту величину влияет ряд условий, важнейшие из которых – масса, плотность, а также радиус. Рассчитать ускорение свободного падения на Марсе можно следующим образом: g=Gm/r2, где G – гравитационная постоянная, m – масса Марса, r – радиус Марса. Произведя необходимые расчеты, мы узнаем, что ускорение свободного падения равно 3,8 м/с2.

Итак, мы рассмотрели физические параметры Марса. Что они позволяют узнать? Марс легче и меньше Земли. Поэтому тела на его поверхности находятся вдвое ближе к центру планеты, чем на Земле. Соответственно и сила тяжести на Марсе в 2,5 раза меньше земной. Вес всех тел в 2,5 раза меньше, чем на Земле. Земной камень весом в 1 кг, на Марсе будет весит 400 г., а человек сможет прыгнуть в 2,5 раза выше и дальше, потому что на него действует меньшая сила тяжести. Ускорение свободного падения тоже более чем в 2 раза меньше земного. Приземляться человек будет с меньшей скоростью. К сожалению, такие условия плохо влияют на человеческий организм. Воздействие марсианской гравитации в течение длительного срока может повлечь потерю мышечной массы и энергии, а также остеопоз. Помимо этого, будущим переселенцам придётся решать проблемы, связанные с отсутствием магнитного поля и воздействием радиации.