Марс как планета солнечной системы

Муниципальное образовательное учреждение

Вечерней (сменной) школы

г. Николаевска-на-Амуре  Хабаровского края

РЕФЕРАТ

По астрономии

Тема: «Марс как планета солнечной системы»

Выполнила:

Проверила:

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Еще в далекой древности  люди обратили внимание на ярко-оранжевую  звезду, которая время от времени  появляется на ночном небе. Древние египтяне и жители Вавилона называли ее просто Красной звездой. Пифагор предложил именовать ее Пирей, что значит «пламенный». Древние греки посвящали планеты богам. Поднимая свои глаза к звездному небу и указывая, например, на Венеру, они говорили: «Эта звезда подобна богине любви и красоты – Афродите». Красную планету греки посвятили Аресу, богу войны. В римской мифологии Аресу соответствовал Марс. Так планета обрела свое нынешнее имя. Впрочем, на Руси вплоть до ХVIII века использовали греческие названия планет и Марс именовали Арисом или Ареем. В 1609 году человек впервые посмотрел на звездное небо в телескоп, который открыл ему необъятное поле для наблюдения звезд, планет и просторов Вселенной. Появилась уникальная возможность, исследуя планеты Солнечной системы, ответить на вопрос, как они были созданы, каким эволюционным законам подчинена их жизнь, что ожидает нашу солнечную семью в будущем. Задача ученых Земли – создать научную теорию образования и эволюции тел Солнечной системы. Особо важной для нас является теория рождения и эволюции Земли – нашего небесного дома. Очень интересует астрономов Земли и Марс. Сегодня они пытаются объяснить и подтвердить наличие на его поверхности воды и жизни. Уже перестал быть загадкой и красноватый цвет Марса. Он объясняется тем, что грунт этой планеты содержит много глин, богатых железом. Марс – четвертая, следующая за Землей, планета от Солнца. Вместе с Венерой это самая близкая к Земле планета, наш космический сосед. Более того, Марс – это единственный, кроме Луны, космический мир, которого можно достичь при помощи современных ракет. Для астронавтов это путешествие длиной в четыре года могло бы стать следующим рубежом в исследовании космического пространства – рубежом, который будет преодолен в XXI веке.  

АСТРОНОМИЯ МАРСА

Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 228 млн. км, период обращения вокруг Солнца — 687 земных суток. 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°. Орбиты Марса и Земли практически лежат в одной плоскости. Ось вращения Марса наклонена на угол 22-25 градуса от перпендикуляра к плоскости орбиты и направлена в Созвездие Лебедя. Сидерический период вращения планеты — 24 часа 37 минут 22,7 секунд. Перемещаясь по орбите, Марс поочередно подставляет Солнцу то южное, то северное полушарие. Поэтому на Марсе так же, как и на Земле, происходит смена времен года, только тянутся они почти в два раза дольше. Марсианский день мало отличается от земного: марсианские сутки длятся 24ч. 37 мин.

Марс ближе всего к  Земле во время противостояния, когда планета находится в направлении, противоположном Солнцу. Исследовать Марс удобнее всего именно в этот период, когда Земля окажется между ним и Солнцем. Противостояния повторяются каждые 26 месяцев. В течение того месяца, когда оно происходит, и в последующие три месяца Марс пересекает меридиан близ полуночи, он виден на протяжении всей ночи и сверкает как звезда первой звездной величины, соперничая по блеску с Венерой и Юпитером.

Орбита Марса довольно сильно вытянута, поэтому расстояние от него до Земли  от противостояния к противостоянию сильно меняется. Если Марс попадает в противостояние с Землей в афелии, расстояние между ними превышает 100 млн. километров. Если же противостояние происходит при наиболее благоприятных условиях, в перигелии марсианской орбиты, это расстояние уменьшается до 56 млн. километров. Такие «близкие» противостояния называются великими и повторяются через 15-17 лет. Последнее великое противостояние произошло в 1988г. Во время великих противостояний Марс особенно хорошо виден, достигая углового размера 25 и яркости 2,9m.

Марс вдвое меньше Земли по размерам — его экваториальный радиус равен 3396,9 км (53% земного). Масса планеты — 6,4181023 кг (11% массы Земли). Ускорение силы тяжести равно 3,72 м/сек; вторая космическая скорость — 5,022 км/сек. Таким образом, марсианский год состоит из 668,6 марсианских солнечных суток (называемых солами). Наклон оси вращения Марса обеспечивает смену времен года, однако вытянутость орбиты Марса приводит к большим различиям их продолжительности. Так, северная весна и лето, вместе взятые, длятся 371 сол, т. е. заметно больше половины марсианского года (668,6). В то же время, они приходятся на участок орбиты Марса, удаленный от Солнца. Поэтому, на Марсе северное лето долгое и прохладное, а южное — короткое и жаркое.

На Марсе, из-за низкого давления, не может быть жидкой воды. Она там присутствует либо в газообразном состоянии либо в виде льда. Замерзающие углекислый газ и водяной пар образуют полярные шапки, размер которых с движением Марса по орбите меняется.

Зимой в Северном полушарии полярная шапка растет, а в Южном почти исчезает: там лето. Через полгода полушария меняются местами. Однако, южная шапка зимой разрастается до половины расстояния полюс-экватор, а северная - только до трети. Летом Южного полушария Марс проходит ближайший к Солнцу участок своей орбиты, а зимой - самый удаленный.

Из-за большей отдаленности от Солнца Марс получает лишь 43% той  энергии, которую получает Земля. Среднегодовая  температура там -60° С. В течение  суток температура поверхности  изменяется существенно. Максимальные значения температуры поверхности не превышают нескольких градусов выше 0, а минимальные значения зарегистрированы на северной полярной шапке -138°С.

Такие изменения температуры  объясняются тем, что атмосфера  Марса, состоящая на 95% из углекислого  газа, очень разрежена и парниковый эффект отсутствует.

Вследствие малой массы  планеты сила тяжести на Марсе  почти в три раза ниже, чем на Земле. В настоящее время структура  гравитационного поля Марса детально изучена. Она указывает на небольшое отклонение от однородного распределения плотности в планете. Большинством отечественных и зарубежных ученых предполагается, что Марс должен иметь мощную кору толщиной 70-100 км. Между ядром и корой должна находиться силикатная мантия, обогащенная железом. Ядро Марса частично или полностью пребывает в жидком состоянии и может иметь радиус до половины радиуса планеты.

В настоящее время среди коренных пород Марса преобладают темные красные породы (андезиты и базальты с высоким содержанием закиси железа в составе силикатных минералов), а среди поверхностного грунта основное количество составляют продукты выветривания из красно-бурых окислов железа с примесью железистых глин и сульфатов кальция и магния (20 %), что и определяет цвет планеты. Сияющий кроваво-красный диск, увиденный в телескоп, наверняка ужаснул астронома, открывшего эту планету. Сейчас Марс продолжает остывать. Сейсмическая активность планеты слаба. 

АТМОСФЕРА МАРСА

Атмосфера Марса является плохим защитником от холодного космоса. Температура на экваторе планеты колеблется от +30 C в полдень до 80 С в полночь. Вблизи полюсов температура может упасть до 143 °С. Атмосфера Марса, состоящая в основном из углекислого газа, очень разреженна. Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше атмосферного — 6,1 мбар на среднем уровне поверхности. Из-за большого перепада высот на Марсе, давление у поверхности сильно изменяется. Максимальное значение 8,4 мбар достигается в бассейне Эллада (4 км ниже среднего уровня поверхности), а на вершине горы Олимп (27 км выше среднего уровня) оно всего 0,5 мбар. В отличие от Земли, масса марсианской атмосферы сильно изменяется в течение года в связи с таянием и намерзанием полярных шапок, содержащих углекислый газ. Существуют доказательства того, что в прошлом атмосфера могла быть более плотной, и на поверхности Марса существовала жидкая вода. Атмосфера состоит на 95% из углекислого газа; также в ней содержится 2,7% азота, 1,6% аргона, 0,13% кислорода, 0,1% водяного пара, 0,07% угарного газа. 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. 

ПОВЕРХНОСТЬ МАРСА, МАРСОГРАФИЯ

В хороший телескоп на поверхности  Марса можно различить лишь крупные темные и светлые области поперечником в сотни и тысячи километров, напоминающие, на первый взгляд, лунные. Однако на самом деле его рельеф отличается большим разнообразием. На протяжении долгой геологической истории Марса его поверхность изменяли извержения вулканов и марсотрясения. Глубокие шрамы на лице бога войны оставили метеориты, ветер, вода и льды. В телескоп хорошо видны белые полярные шапки Марса. Еще в конце XVIII века выдающийся английский астроном В.Гершель заметил, что размеры белых полярных шапок периодически изменяются со сменой сезона. Летом шапки испаряются и уменьшаются в размерах, причем одновременно из полярных областей в умеренные широты распространяется "волна потемнения" участков поверхности.

Полярные шапки Марса многослойны. Нижний, основной слой толщиной в несколько километров образован обычным водяным льдом, смешанным с пылью, который сохраняется и в летний период. Это постоянные шапки. Наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счет верхнего слоя толщиной менее 1 метра, состоящего из твердой углекислоты, так называемого "сухого льда".

Покрываемая этим слоем  площадь быстро растет в зимний период. Весной с повышением температуры этот слой испаряется и остается лишь постоянная шапка. Волна потемнения участков поверхности, наблюдаемая со сменой сезонов, объясняется изменением направления ветров, постоянно дующих в направлении от одного полюса к другому. Ветер уносит верхний слой сыпучего материала - светлую пыль, обнажая участки более темных пород. В периоды, когда Марс проходит перигелий, нагрев поверхности и атмосферы усиливается и нарушается равновесие марсианской среды. Скорость ветра усиливается до 69 км в час, начинаются вихри и бури. Более миллиарда тонн пыли поднимается и удерживается во взвешенном состоянии, при этом резко меняется климатическая обстановка на всем марсианском шаре. Продолжительность пылевых бурь иногда достигает 50 - 100 суток. Глобальная пылевая буря бушевала с сентября 1971 по январь 1972г., подняв в атмосферу на высоту более 10 км около миллиарда тонн пыли.

Во время пылевых  бурь на Марсе возникает так называемый "антипарниковый эффект", когда  облака пыли не пропускают приходящее солнечное излучение к поверхности, но пропускают уходящее от нее излучение  и поэтому поверхность сильно охлаждается, а атмосфера разогревается.

Для ландшафта Марса характерна глобальная асимметрия в распределении пониженных и возвышенных участков. Равнины составляют 35% всей поверхности (это темные области планеты, получившие название «морей») Возвышенные, покрытые множеством кратеров области (светлые) получили название «материков». Поверхность планеты состоит как бы из двух контрастных частей: древних высокогорий, покрывающих южное полушарие, и более молодых равнин, сосредоточенных в северных широтах.. Вблизи полюсов осенью образуются полярные шапки, исчезающие в начале лета. Моря сосредоточены в основном в южном полушарии планеты, между 10 и 40° широты. В северном полушарии два крупных моря — Ацидалиум и Большой Сырт. Полушария Марса довольно сильно различаются по характеру поверхности. В южном полушарии поверхность находится на 1—2 км над средним уровнем и густо усеяна кратерами. На севере поверхность в основном находится ниже среднего уровня, здесь мало кратеров, и основную часть занимают относительно гладкие равнины, вероятно, образовавшиеся в результате затопления лавой и эрозии. Разница высот между горными и равнинными областями достигает 6 км. Почему разные районы так сильно отличаются друг от друга до сих пор не определено учеными. Возможно, как считают некоторые из них, такое деление связано с очень давней катастрофой – падением на  Марс крупного астероида. Граница между полушариями следует примерно по большому кругу, наклонённому на 30° к экватору. Граница широкая и неправильная и образует склон в направлении на север. Большое количество кратеров в южном полушарии предполагает, что поверхность здесь древняя — 3—4 млрд. лет. Можно выделить несколько типов кратеров: большие кратеры с плоским дном, более мелкие и молодые чашеобразные кратеры, похожие на лунные, кратеры, окруженные 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 бассейн 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 (оползни или катастрофическое высвобождение 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. В северном полушарии помимо обширных вулканических равнин находятся две области крупных вулканов — Тарсис и Элизиум. Тарсис — обширная вулканическая равнина протяженностью 2000 км, достигающая высоты 10 км над средним уровнем. На ней находятся три крупных щитовых вулкана — Арсия, Павонис (Павлин) и Аскреус. На краю Тарсиса находится высочайшая на Марсе и в Солнечной системе гора Олимп. Олимп достигает 27 км высоты, и охватывает площадь 550 км диаметром, окруженную 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. Элизиум — возвышенность до шести километров над средним уровнем, с тремя вулканами — Гекатес, Элизиум и Альбор. Эти вулканические конусы возникли в результате спокойных излияний очень жидкой лавы, похожей по составу на лаву земных вулканов Гавайских островов. Следы вулканического пепла на склонах других гор позволяют предположить, что иногда на Марсе происходили и катастрофические извержения.

Возвышенность Тарсис также пересечена множеством тектонических разломов, часто очень сложных и протяженных. Крупнейший из них — долина Маринера — тянется в широтном направлении почти на 4500 км (четверть окружности планеты), достигая ширины 600 км и глубины 7—10 км; по своим размерам этот разлом сравним с Восточноафриканским рифтом на Земле. На его крутых склонах происходят крупнейшие в Солнечной системе оползни.

В прошлом, как доказывает большинство исследователей, огромную роль в формировании марсианского рельефа играла проточная вода. На первых этапах исследования Марс представлялся астрономам пустынной и безводной планетой, но когда поверхность Марса удалось сфотографировать с близкого расстояния, оказалось, что на старых высокогорьях часто встречаются словно бы оставленные текущей водой промоины. Некоторые из них выглядят так, будто много лет назад их пробили бурные, стремительные потоки. Тянутся они иногда на многие сотни километров. Часть этих «ручьев» обладает довольно почтительным возрастом. Другие долины очень похожи на русла спокойных земных рек. Своим появлением они, вероятно, обязаны таянию подземного льда, который в виде вечной мерзлоты толщиной в несколько километров находится под поверхностью Марса в отдельных областях.

На современных картах Марса наряду с древними наименованиями, предложенными итальянским астрономом Джованни Скиапарелли, такими как Фарсида, в других источниках Фарсис или Тарсис (так на древних картах назывался Иран), Эллада или Эллизиум (Греция), используются и новые названия, согласно присвоенными формам рельефа, выявленным по космическим снимкам. Сильно кратерированные участки поверхности получили название земель: Земля Прометея, Земля Ноя и другие. Долинам даются названия планеты Марс, используемые у разных народов. Крупные кратеры называют в честь великих ученых древности и современности, а небольшим кратерам присваивают названия населенных пунктов Земли.

ДЕЙМОС И ФОБОС – «СТРАХ И УЖАС»

 «…Кроме того, они  открыли две маленькие звезды, или два спутника, обращающиеся  около Марса. Ближайший из них  удален от центра этой планеты на расстояние, равное трем ее диаметрам, второй находится от нее на расстоянии пяти таких же диаметров».  Это строки из романа Джонатана Свифта о приключениях Гулливера, написаны они были в 1726 году, когда никто спутников Марса не видел даже в телескопы, не говоря уже о том, чтобы довольно точно предсказать параметры этих небесных тел. Так, период обращения одного из спутников Марса Свифт угадал с точностью до одной четверти, а другого - до 40 процентов.

Между прочим, Свифт не был единственным великим писателем XVIII столетия, кто «открыл» спутники Марса. Франсуа Мари Вольтер – властитель дум блистательного века Просвещения, сочиняя в 1752г. фантастическую повесть «Микромегас», тоже упомянул «две луны Марса».