На протяжении вот уже более ста лет писатели-фантасты со всего мира пытаются представить то, на что была бы похожа жизнь космонавтов на Марсе. Но, по мере того как человечество становится всё более и более осведомлённым о марсианских условиях, описание жизни на Марсе научных фантастов становятся всё более реалистичными. Из недавнего - фильм «Марсианин», в основе которого лежит научно-фантастический роман Энди Уира. Главный герой «Марсианина» в силу непредвиденных обстоятельств остаётся один на красной планете и начинает борьбу за выживание. А в начале XX века американский автор Эдгар Райс Берроуз уже грезил путешествиями на Марс. Справедливости ради стоит сказать, что красная планета настолько захватывала людей, поэтому о ней выпустил серию рассказов даже знаменитый богослов и автор фэнтезийных историй Клайв Стейплз Льюис. Именно он создал цикл «Хроники Нарнии ».

Представление художника о том, как пылевая буря на Марсе надвигается на исследовательскую станцию. Такие явления на красной планете вполне могут сопровождаться разрядами атмосферного электричества. Источник: NASA

Роман «Марсианин» начинается с огромной песчаной бури, которая повреждает передающую антенну и часть оборудования, из-за чего вымышленный персонаж Марк Уотни остаётся на Марсе, в то время как другие участники миссии улетают, посчитав его погибшим. Такое развитие событий выглядит очень правдоподобным, поскольку Марс зн аменит своими очень активными песчаными бурями, которые иногда становятся такими большими, что их можно наблюдать в телескопы на Земле.

«Каждый год на Марсе возникают умеренно крупные песчаные бури, которые покрывают области размерами с земной континент и длятся в течение недель после своего образования. Но примерно каждые три марсианских года (5.5 земных лет) обычные ураганы превращаются в гигантские штормы, которые способны окутать всю планету», - Майкл См ит, планетолог из Центра космических полётов НАСА.

Учёные считают маловероятным то, что даже планетарные песчаные бури на Марсе будут в состоянии привести к тяжёлым последствиям. Даже самые сильные ветра, которые в это время дуют, не смогут разрушить или даже опрокинуть специально развёрнутое механическое оборудование. Ветер в самых сильных марсианских ураганах достигает скоростей приблизительно ста километров в час, это более чем вполовину слабее скоростей некоторых ураганов на Земле. Именно поэтому сосредотачиваться только лишь на скорости ветра не стоит. Плотность атмосферы Марса составляет примерно один процент пл отности атмосферы Земли. Это означает то, что для того, чтобы запустить земного бумажного змея на красной планете, ветер должен дуть намного сильнее.

«Основное отличие между Землёй и Марсом заключается в том, что атмосферное давление на Марсе намного меньше. Таким образом, вещи и предметы могут быть унесены с его поверхности, но не с такой же силой, как на Земле», - Уильям Фаррел , физик, изучающий плазму.

Проблемы солнечной энергетики

Но как бы то ни было, песчаные бури Марса не являются полностью безвредными. Отдельные частицы пыли на красной планете очень мелкие и немного электростатические, таким образом, они способны «приклеиваться» к различным поверхностям.

«Если вы когда-либо обращали внимание, на снимках марсохода Curiosity можно заметить, что после каждой поездки он становится очень грязным. Пыль покрывает практически всё. Она даже проникает в механизмы и приборы», - Майкл См ит.

Такая способность пыли проникать везде и всюду является основной проблемой для инженеров, проектирующих оборудование для марсианских роверов. Особенно это большая проблема для солнечных батарей. Даже если аппарат попадёт в совсем небольшую пылевую бурю или завихрение, размерами всего в несколько метров, ветер может перенести достаточно пыли, что покрыть фотоэлектрические преобразователи и значительно уменьшить полезную поверхность, способную преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Если обратиться всё к тому же «Марсианину», то Марк Уотни каждый день тратит определённое время, чтобы очистить солнечные батареи для гарантирования их максимальной производительности.

Это изображение самого себя марсоход Opportunity выполнил за три недели до своего десятилетнего юбилея работы на Марсе. Панорамная камера Pancam выполняла съемку ровера в период с 3 по 6 января 2014 года. Обратите внимание на то, насколько запылились солнечные батареи. Источник: NASA/JPL-Caltech/Cornell Univ./Arizona State Univ.

Глобальные ураганы могут создать и вторичную проблему, которую невозможно будет решить простым сдуванием пыли с поверхности. В атмосфере может присутствовать перманентно такое количество пыли, что будет заблокирована какая-то часть солнечного света, а, следовательно, и снизится КПД солнечных батарей. В книге, когда астронавт первый раз сталкивается с большой песчаной бурей, он тут же замечает небольшое снижение эффективности его батарей, вызванное незначительным затемнением атмосферы. Это довольно точное описание того, с чем могут столкнуться исследователи во время реальных марсианских экспедиций.

«В настоящее время мы сильно озабочены энергопотреблением наших марсоходов. Роверы Spirit и Opportunity спустились на поверхность в 2004 году , поэтому они пока что пережили только один глобальный ураган в 2007 году , из-за которого им пришлось прекратить работу и уйти в ждущий режим на несколько недель», - продолжает Майкл См ит.

Пылевая суета

Как уже упоминалось, глобальные песчаные бури поднимают в воздух достаточно пыли, чтобы полностью покрыть планету и закрыть Солнце, но таким образом сам ураган также становится обречённым на исчезновение. Дело в том, что основным механизмом, приводящим в движение все эти ураганы, является высокая температура солнечного света, которая достигает именно поверхности планеты. Поскольку свет падает на грунт, таким образом он подогревает воздух, находящийся близко у его поверхности, оставляя верхние слои более прохладными. Так же как и на Земле во время гроз, тёплый и холодный воздух, смешиваясь, становятся неустойчивым, тёплые слои начинают подниматься, унося с собой из-за неустойчивости и частички пыли. Именно из таких маленьких завихрений и образуются все те странные пылевые «призраки», замеченные на некоторых изображениях Марса. Затем образуются штормы умеренных размеров, затем – размером с континент. Иногда такие большие ураганы могут объединиться в один глобальный вихрь, который как раз и покрывает всю планету пылью.

Исследователи и планетологи довольно точно определили, что большие ураганы обычно происходят в течение лета в южном полушарии Марса. Известно, что на красной планете, так же как и на Земле, происходит смена времён года, которая вызвана наклоном оси вращения планеты. Но в связи с тем, что орбита Марса имеет больший эксцентриситет, чем орбита Земли, красная планета движется по более эллиптической орбите. Минимальное сближение с Солнцем как раз совпадает с летним периодом в южном полушарии, а, следовательно, значения температуры являются самыми большими именно тогда. После того как начинается ураган, он не утихает в течение недель и даже месяцев. Но учёные до сих пор неуверены, чем именно обусловлены такие большие промежутки между ураганами.

Пылевой вихрь, зафиксированный на Марсе камерой HiRISE орбитальной станции Mars Reconnaissance Orbiter. Эта сцена запечатлена в дневное время поздней марсианской весной. Кадр охватывает область размером 644 метра. Судя по тени, которую вихрь отбрасывает на поверхность удалось установить, что он может достигать 800 метров в высоту, а его диаметр составляет порядка 30 метров.

НАСА рассказало правду и вымыслы об опасностях пылевых бурь на Марсе, некоторые из которых могут быть заметны с наземных телескопов. Эту информацию использовали в создании нового фильма «Марсианин» режиссера Ридли Скотта. Об этом сообщается на сайте NASA.

Пылевой «хвост» (Фото: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona)

События фильма «Марсианин», который выйдет на экраны в октябре 2015 года, начинаются с того, что герой Энди Уира (астронавт Марк Уитни) сталкивается с сильной пылевой бурей. Она срывает передающую антенну и разрушает часть лагеря. НАСА не отрицает, что пылевые бури являются одной из неприятных особенностей Красной планеты.

«Каждый год на Марсе наблюдаются умеренно-большие пылевые бури, которые охватывают районы размером с земной континент и длятся неделями», - сказал планетолог Майкл Смит из Центра космических полётов Годдарда НАСА в Гринбелте (штат Мэриленд).

Между тем, на Красной планете, как отметил ученый, наблюдаются и гораздо более сильные штормы. Глобальные пылевые бури формируются из умеренно-больших и проявляют себя в среднем раз в три марсианских года (этому соответствует примерно 5,5 земных года).

Однако, как отмечает ученый, маловероятно, что эти пылевые бури смогут даже потревожить волосы астронавта на Красной планете (если последний решится снять скафандр). Кроме того, даже глобальные пылевые бури, скорее всего, не в состоянии опрокинуть или разрушить какое-либо оборудование.

Это связано с тем, что скорость самых сильных ветров на Марсе не превышает 27 метров в секунду, что более чем в два раза меньше скорости некоторых ураганных ветров на Земле. Кроме того, плотность марсианской атмосферы в сто раз меньше, чем земной.

Пыль после бури в 2008 году закрыли панели Spirit (Фото: NASA / JPL-Caltech / Cornell)

«Главное отличие между Землей и Марсом состоит в том, что атмосферное давление на Красной планете намного меньше», - сказал специалист в области физики плазмы Уильям Фаррелл. «Таким образом, все [частицы в атмосфере Марса] становится ветром, но не с той же интенсивностью [по сравнению с Землей]», - добавил он.

Однако пылевые бури на Марсе не полностью безвредны. Отдельные небольшие частицы пыли могут нести электростатический заряд и «прилипать» к поверхностям, в частности, иллюминаторам и механическим деталям научного оборудования.

Нейтрализация электростатических зарядов и устранение пылевых загрязнений является одной из основных задач, которую решают инженеры, проектирующие оборудование для исследований Марса.

Эта же пыль является большой проблемой для солнечных батарей. Даже небольшие пылевые бури способны занести на солнечные панели достаточное количество частиц для того, чтобы значительно уменьшить поступление солнечной энергии.

В фильме Марсианин астронавт Уитни ежедневно устраняет пылевые загрязнения с солнечных панелей. Также НАСА отмечает, что глобальные бури на Марсе могут также привести к некоторому затемнению атмосферы Красной планеты.

«Мы действительно беспокоились об энергии марсоходов. Роверы Spirit и Opportunity, которые высадились на Марсе в 2004 году, только раз испытали на себе глобальный шторм (в 2007 году), и, в основном, они на несколько недель прекратили свою работу и перешли в режим выживания», - сказал Смит.

Чаще всего глобальные пылевые бури на Марсе происходят в летнее время в южном полушарии планеты. Как и на Земле, времена года на Красной планете обусловлены ее наклоном к плоскости орбиты. Однако орбита Марса более вытянута, чем у Земли, что означает, что в течении марсианского года одна из сторон планеты нагрета сильнее, чем другая.

Насколько хорошо астронавты смогут подготовиться к пылевой буре, зависит от того, насколько хорошо они ее приближение и длительность. Возможно, потребуются альтернативные источники энергии. Марсоход « », например, использует систему радиоизотопного генератора, который вырабатывает электричество из плутония. Имея дополнительную энергию, можно было бы расщеплять воду на водород и кислород. «Мы могли бы производить топливо, накапливать энергию, пока светит солнце, а затем обращаться к ним, когда начинается пылевая буря», говорит Хоффман. К сожалению, плутоний радиоактивен, а водород чрезвычайно огнеопасен, поэтому оба варианта NASA рассматривает как очень плохие.

Пыль, которая попадает в атмосферу и вызывает глобальные бури, также очень мелкая. Она почти как дым, такая же всепроникающая, и от нее сложно избавить все, что открывают и закрывают. Любые люки, любые движущиеся части на скафандрах, везде будет пыль. Токсичные перхлораты могут привести к механическому износу.

Продолжительные сумерки тоже могут утомить, хотя глобальная пылевая буря на Марсе не вызовет такой же темноте, как полярная зима на Земле. Будет мрачно и довольно долго, но не полная темнота в течение суток.

В любом случае мы понятия не имеем, каково это - жить в условиях пылевой бури, пока астронавты не выяснят это наверняка.

Космический танец

В своем прошлогоднем исследовании Ширли занимался поиском связи между движением Марса вокруг гравитационного центра Солнечной системы и проявлением глобальных пылевых бурь. Что примечательно, гравитационный центр Солнечной системы не всегда представлен Солнцем (хотя Солнце никогда не отходит далеко от него). Сила тяжести планет, вращающихся вокруг Солнца, тоже оказывает на него влияние, благодаря чему Солнце удаляется и приближается к этому центру тяжести. По мере космического танца Солнца, вместе с ним танцует и Марс.

Ширли и его коллеги полагают, что вместе с изменением импульса Марса, меняется и импульс атмосферы, поэтому циркуляция воздуха постоянно ускоряется и замедляется. Эти изменения могут приводить к пылевым бурям. Исследователи сделали прогнозы относительно этих циклов в атмосфере, а затем взглянули на компьютерные модели и выяснили, что более интенсивная циркуляция может уводить пыль выше, а вместе с этим «убегает» и пылевая буря. Все девять глобальных пылевых бурь, наблюдавшихся на Марсе, происходили в годы, когда циркуляция была наиболее интенсивной.

«Периоды, когда Марс ускоряется и набирает обороты из-за тяги и раскачивания других планет и Солнца, кажется, идеально совпадают со временем проявления пылевых бурь», говорит Ширли. Среди всех сезонов с условиями, похожими на условия этого года, только один не породил глобальную пылевую бурю.

Исследование влияния гравитации Солнца и других планет на импульс и атмосферу Красной планеты может помочь ученым с прогнозами. Чем больше данных, тем они будут точнее. Что особенно интересно, изучение глобальных бурь на Марсе может помочь в исследовании и нашей собственной планеты. Красная планета имеет более простую атмосферу, чем Земля, из-за отсутствия океанов.

«Если мы узнаем что-нибудь о физике, которая приводит к изменениям атмосферы и ветров, возможно, мы сможем применить эти знания и к более сложному случаю Земли».

Глобальные пылевые бури могут стать предсказуемыми, это естественно упростить жизнь будущих марсианских первопроходцев. В новом исследовании удалось построить модель, указывающую, что Красная планета переживет подобное событие в ближайшие несколько месяцев. Она также указывает, что его начало ожидается 29-го октября или спустя нескольких недель от обозначенной даты.

Локальные пылевые бури очень частое явление на Марсе. Они иногда растут, сливаются и формируют региональную, особенно на протяжении южной весны и лета, когда происходит максимальное приближение планеты к Солнцу. Довольно часто региональные бури являются причиной образования пылевого тумана, который опоясывает планету и не позволяет видеть поверхность сверху.

Но иногда, региональные трансформируются в глобальные; одну из них, в 1971 году, наблюдал первый космический аппарат, выведенный на орбиту Марса, Mariner-9, а также советские станции «Марс-2 и -3». Создание своего рода шаблона, по которому можно определять за несколько лет начало глобальных штормов, до настоящего времени считается нерешенной задачей.

Последняя буря в планетарном масштабе происходила в 2007 году. Именно тогда существенно снизился поток солнечного света к поверхности, что привело к проблемам в эксплуатации двух вездеходов – Spirit и Opportunity. Собственно, это событие стало первой значительной угрозой для вездеходов с момента посадки.

Понадобилось принять особенные меры для обеспечения их выживания на протяжении нескольких недель, в условиях с малым потоком солнечного света. Оба вездехода работали всего несколько минут ежедневно, и то только, чтобы обеспечить подогрев бортового оборудования, а затем отключались и в течение следующего дня вообще не общались с Землей.

Пылевые бури создадут серьезные проблемы первым колонистам Красной планеты. Несмотря на то, что сила ветра там не так сильна, как изображается в фильме «Марсианин», пыль во время штормов однозначно повлияет на электронику, а также доступность солнечного света.

Начиная с 1924 года, на Красной планете удалось зафиксировать 9 глобальных пылевых бурь, из которых последних пять обнаружены в период 1977-2007 гг. Понятно, что их число, несомненно, больше. Дело в том, что в какие-то периоды времени на орбите Марса не было исследовательских аппаратов, чтобы с близкого расстояния наблюдать подобное явление. С Земли их увидеть крайне затруднительно.

Исследование обнаружило закономерность в наступлении бурь, если точно учитывать орбитальное движение Марса. Было обнаружено, что иногда другие небесные тела оказывают влияние на его вращение вокруг Солнца. В случае если влияние увеличивается, глобальные бури обычно происходят в ходе первой части сезона штормов. Ни одна из них не произошла в те годы, когда влияние уменьшалось.

Настоящие условия на Марсе очень похожи на те, когда глобальные шторма происходили в прошлом. Наблюдения атмосферы в ближайшие месяцы позволит проверить, является ли прогноз правильным.

Климат на Марсе, хотя и малоблагоприятен для жизни, всё же наиболее близок к земному. Предположительно в прошлом климат Марса мог быть более тёплым и влажным, а на поверхности присутствовала жидкая вода и даже шли дожди.

Марс является наиболее вероятной целью первой пилотируемой экспедиции на другую планету.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

✪ Климат Планеты Марс | Какая Температура Марса

✪ Владимир Довбуш:Рассуждая о причинах глобального изменения климата

✪ Таинственный Марс

Субтитры

Атмосферный состав

Атмосфера Марса более разрежена, чем воздушная оболочка Земли, и на 95,9 % состоит из углекислого газа , около 1,9 % приходится на долю азота и 2 % аргона . Содержание кислорода 0,14 %. Среднее давление атмосферы на поверхности в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли.

Масса атмосферы в течение года сильно меняется из-за конденсации в зимнее время и испарения в летнее, больших объёмов углекислого газа на полюсах, в полярных шапках.

Облачность и осадки

Водяного пара в марсианской атмосфере совсем немного, но при низком давлении и температуре он находится в состоянии, близком к насыщению, и часто собирается в облака. Марсианские облака довольно невыразительны по сравнению с земными.

Исследования, проведённые космическим аппаратом «Маринер-4» в 1965 году, показали, что жидкой воды на Марсе в настоящее время нет, но данные марсоходов НАСА «Спирит » и «Оппортьюнити » свидетельствуют о наличии воды в прошлом. 31 июля 2008 года вода в состоянии льда была обнаружена на Марсе в месте посадки космического аппарата НАСА «Феникс». Аппарат обнаружил залежи льда непосредственно в грунте.

Есть несколько фактов в поддержку утверждения о присутствии воды на поверхности планеты в прошлом. Во-первых, найдены минералы, которые могли образоваться только в результате длительного воздействия воды. Во-вторых, очень старые кратеры практически стёрты с лица Марса. Современная атмосфера не могла вызвать такого разрушения. Изучение скорости образования и эрозии кратеров позволило установить, что сильнее всего ветер и вода разрушали их около 3,5 млрд лет назад. Приблизительно такой же возраст имеют и многие промоины.

НАСА 28 сентября 2015 года объявило что на Марсе в настоящее время существуют сезонные потоки жидкой соленой воды. Эти образования проявляют себя в теплое время года и исчезают - в холодное. К своим выводам планетологи пришли, проанализировав высококачественные снимки, полученные научным инструментом High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) орбитального марсианского аппарата Mars Reconnaissance Orbiter (MRO).

Температура

Средняя температура на Марсе значительно ниже, чем на Земле, - около −40°С. При наиболее благоприятных условиях летом на дневной половине планеты атмосфера прогревается до 20°С - вполне приемлемая температура для жителей Земли. Но зимней ночью мороз может достигать −125°С. При зимней температуре даже углекислота замерзает, превращаясь в сухой лед. Такие резкие перепады температуры вызваны тем, что разреженная атмосфера Марса не способна долго удерживать тепло. В результате многочисленных измерений температур в различных точках поверхности Марса получается, что днём на экваторе температура может доходить до +27°С, но уже к утру падает до −50°С.

На Марсе существуют температурные оазисы, в районах «озера» Феникс (плато Солнца) и земли Ноя перепад температур составляет от −53°С до +22°С летом и от −103°С до −43°С зимой. Таким образом, Марс - весьма холодный мир, однако климат там ненамного суровее, чем в Антарктиде.

Климат Марса , 4.5ºS, 137.4ºE (с 2012 - до сегодняшнего)
Показатель	Янв.	Фев.	Март	Апр.	Май	Июнь	Июль	Авг.	Сен.	Окт.	Нояб.	Дек.	Год
Абсолютный максимум, °C	6	6	1	0	7	23	30	19	7	7	8	8	30
Средний максимум, °C	−7	−18	−23	−20	−4	0	2	1	1	4	−1	−3	−5,7
Средний минимум, °C	−82	−86	−88	−87	−85	−78	−76	−69	−68	−73	−73	−77	−78,5
Абсолютный минимум, °C	−95	−127	−114	−97	−98	−125	−84	−80	−78	−79	−83	−110	−127