Реферат: Марс

солнечного ультрафиолетового излучения углекислые газ распадается на молекулу

угарного газа и атом кислорода. Такой же процесс распада водяного пара

приводит к появлению атомов водорода. Поэтому на высотах 300 – 400 км.

атмосфера в основном атомарно-водородной. Следы кислорода наблюдаются вплоть

до высоты 700-800 км.

Температура верхней атмосферы в области высот от 100 до 200 км. возрастает, а

выше остается постоянной. Примерно такая же картина наблюдается и в верхних

атмосферах Земли и Венеры. Как это ни странно, верхняя атмосфера Марса больше

похожа на верхнюю атмосферу Венеры, нежели на земную.

Марсианские сутки.

Наблюдая за диском Марса в телескоп в течение достаточно продолжительного

времени, например, на протяжении всей ночи, можно заметить, как детали его

поверхности одна за другой появляются из-за диска, постепенно движутся к

противоположному краю, а затем скрываются. Ясно, что это происходит

вследствие вращения Марса, которое подобно суточному вращению земного шара и

приводит к смене дня и ночи. Из наблюдений было определено, что период

вращения Марса составляет 24 часа, 37 минут 23 секунды, что на 37 минут 22,7

секунды больше периода вращения Земли. Последнее означает, что за одни земные

сутки Марс «недоворачивается» до полного оборота на 9 градусов, и земной

наблюдатель увидит данную деталь планеты в том же расположении на диске

только через 40 земных суток (9° * 40=360°). Поскольку период вращения Марса

близок к земному, то получается, что каждую ночь с Земли можно обозревать

одно и то же полушарие Марса, которое лишь медленно и постепенно сменяется

другим. Чтобы в течение суток полностью осмотреть поверхность Марса, надо

наблюдение производить в обсерваториях, расположенных на разной

географической долготе. Так, например, если в Ташкенте полдень, а в

обсерватории Маунт Вилсон (США) царит глубокая ночь, то наблюдая с этих

обсерваторий Марс, можно за сутки осмотреть всю его поверхность. Смена дня и

ночи сопровождается явлениями, аналогичными земным. В средних широтах Солнце

восходит и заходит, двигаясь под углом к горизонту. Поэтому переход от одного

времени суток к другому сопровождается сумерками, когда поверхность

освещается косыми лучами низкостоящего Солнца. В тропиках и на экваторе

Солнце поднимается и опускается почти отвесно. Здесь так же, как и на

одноименных широтах Земли, день и ночь сменяют друг друга резким переходом от

света к темноте.

Времена года на Марсе.

Из школьного курса географии и астрономии мы знаем, что смена времен года на

Земле происходит не потому, что Земля подходит ближе к Солнцу или удаляется

от него, а от того, что земной экватор наклонен к плоскости земной орбиты под

углом 23,5 градуса. Из этого следует, что земная ось располагается не

перпендикулярно, а наклонно.

При движении Земли вокруг Солнца направление земной оси не изменяется. Она

все время направлена своим северным концом на Полярную звезду. Поэтому,

двигаясь вокруг Солнца, Земля поворачивает к наблюдателю как северное, так и

южное свое полушарие.

Аналогичная картина происходит и на Марсе (см. рис. 2). В разных полушариях

его одновременно бывают противоположные времена года. Когда в северном

полушарии лето, в южном – зима. Если в северном полушарии осень, то в южном –

весна. И это потому, что наклон экватора Марса к плоскости его орбиты

примерно такой же, как и у Земли, он равен 24°46’. Это и вызывает сезонные

изменения на Марсе.

Известно, что от высоты Солнца над горизонтом зависит количество тепла,

падающего на данную поверхность. И чем выше поднимается Солнце над

горизонтом, тем сильнее оно греет. Разной высотой Солнца над различными

местами земного шара объясняется то, что на Земле имеются различные тепловые

климатические пояса: жаркий (тропический), два умеренных и два холодных.

Кроме того, в каждом году бывают холодные и теплые сезоны. То же самое имеет

место и на Марсе. Так же, как и на Земле, происходит четкая смена времен

марсианского года и сезонов. За холодной, суровой зимой следует прохладная

весна, потом более теплое лето, которое сменяется прохладной осенью. После

нее опять наступает холодная зима с ее короткими днями и длинными ночами.

Результаты такой смены сезонов хорошо видны в телескоп по таянию полярных

шапок. Однако существенная разница тут в том, что орбита Марса лежит от

Солнца дальше, чем земная, а скорость движения его по орбите меньше, чем

нашей планеты. Поэтому годовой путь у Марса длиннее. Это ведет к тому, что

продолжительность оборота Марса вокруг Солнца почти вдвое больше, чем Земли:

она составляет 687 земных суток. Своих же «марсианских» суток, которые

намного длиннее земных, год Марса содержит 669. Таким образом, марсианский

год почти в два раза (а точнее в 1,88) продолжительнее земного.

В летний для северного полушария Земли период (в июле) наша планета более

всего удалена от Солнца (152 млн. км.), а в зимний (январь) – менее (147 млн.

км.). Разница в 5 млн. км. – незначительная, а поэтому лето в северном и

южном полушариях почти одинаково теплое. То же самое можно сказать и о зимних

периодах. Но поскольку эксцетриситет Марса больше, то удаление его от Солнца

в перигелии составляет 206,7 млн. км., а в афелии – 249, 1 млн. км. В

следствие этого Марс в афелии получает солнечной энергии в полтора раза

меньше, чем в перигелии. А поэтому климат в северном и южном полушариях

весьма различен. Он резко континентальный. Даже на экваторе после жаркого

дня, ночью, могут быть заморозки. Перигелийную половину орбиты Марс проходит

быстрее афелийной. Поэтому лето в южном полушарии, приходящееся на

перигелийный период, более короткое, чем в северном полушарии, и более

теплое, а зима и суровее. Из-за значительного эксцентриситета орбиты Марса

длительность сезонов в разных полушариях значительно различается (табл. 1).

Таблица 1

Полушарие		Продолжительность сезона
северное	южное	земных сеток	марс. суток
Весна Лето Осень Зима	Осень Зима Весна Лето	199 182 381 146 160 306	194 177 371 142 156 298
		687	669

В зависимости от сезона меняется и продолжительность дня и ночи. В полярных

широтах длинный день, продолжающийся почти целый земной год, сменяется столь

же долгой ночью. В средних широтах короткие зимние дни увеличиваются с

приближением весны и лета и вновь уменьшаются после летнего солнцестояния.

Времена года на Марсе хорошо прослеживаются по его полярным шапкам.

Полярные шапки.

Северный и южный полюсы Марса прикрывают яркие светлые образования, которые

по аналогии с земными названы «полярными шапками».

Белый покров в северном полушарии к концу зимы распространяется до широт 50 –

60° и его диаметр достигает от 4000 – 6000 км., а летом сокращается со

скоростью 10 – 12 (иногда до 100) км. за сутки до диаметра 700 – 1500 км.

Южная шапка тает больше, и в некоторые годы исчезает полностью, что

объясняется эксцентричностью орбиты Марса. Вокруг тающей шапки образуется

темная кайма, прилегающие к ней детали приобретают ясные очертания, и эта

волна улучшения видимости движется к экватору со средней скоростью до 35 км.

в сутки, а концу лета заходит даже за экватор до 25° широты другого

полушария. Все это очень похоже на то, что происходит на Земле. Наблюдая,

например, длительное время Землю с Луны, можно увидеть аналогичную картину. И

вполне естественно возникла гипотеза, что полярные шапки Марса состоят из

снега или льда. Однако это предположение не единственно возможное. О природе

полярных шапок было высказано несколько гипотез.

Некоторые ученые считали, что это облачный покров или туманы. Другие

доказывали, что это соляной покров, и в качестве примера указывали на соль,

которая на поверхности земных солончаков образует обширные светлые покровы.

Большинство же ученых связывало эти шапки со слоем твердой углекислоты –

вещества, всем известного под названием «сухой лед». Эта гипотеза получила

сравнительно широкое распространение, поскольку она соответствовала данным

спектральных исследований, с помощью которых было установлено наличие в

атмосфере Марса углекислого газа.

Что изумило ученых, анализировавших фотографии в южной полярной шапки, так

это видимая толщина белого покрова, достигающая 80 см. Они считают, что это

почти наверняка замерзшая углекислота, поскольку в атмосфере Марса нет

достаточного количества воды для столь обширных залежей снега или льда. В

пользу такого предположения говорят и температурные измерения. Так,

инфракрасный радиометр «Маринера - 7» зарегистрировал у южной полярной шапки

минимальную температуру –160°С, а среднюю –118°С, что примерно соответствует

температуре замерзания углекислоты при том атмосферное давление, которое

существует у поверхности Марса.

Однако по многолетним наблюдениям с Земли установлено, что вещество полярных

шапок полностью не исчезает даже при температурах, близких к нулю. Поэтому

скорее всего полярные шапки включают в себя как затверденевшую углекислоту,

так и небольшое количество замерзшей воды. Не исключено, что под полярными

шапками (в слое вечной мерзлоты) имеется также лед.

По данным «Марса - 3», температура поверхности северной полярной шапки

составляет –110°С.

Наблюдения южной полярной шапки с борта автоматических станций – спутников

Марса показали, что в течении лета она не растаяла. Это означает, что она не

может состоять только из углекислоты. Согласно расчетам, скорость испарения

углекислоты в условиях марсианского лета на столько высока, что к концу лета

она должна исчезнуть полностью. Скорость же испарения водяного льда,

напротив, достаточно низка, и он может частично сохраняться. Это позволяет

сделать вывод, что южная полярная шапка состоит из остатков льда, покрытого

слоем углекислоты. В течении каждого марсианского лета углекислота

испаряется, обнажая ледяной слой (рис. 3).

Поскольку времена года тесно связаны с климатом планеты, рассмотрим вкратце и

этот вопрос.

Климат Марса.

На нем значительно холоднее, чем на Земле. И это не удивительно. Во-первых,

потому, что Марс находится в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, и

солнечные лучи согревают его поверхность в 2 с лишним раза слабее, чем

земной. Ведь интенсивность солнечных лучей убывает обратно пропорционально

квадрату расстояния от Солнца! А раз так, то на Марсе Солнце светит и греет

1,52 в кв.=2,31 раза слабее.

Во-вторых, как уже было сказано выше, среднее атмосферное давление у

поверхности планеты не превышает 6 мбар., то есть соответствует давлению

земной атмосферы на высоте 35 – 40 км. над поверхностью Земли. А так как на

этой высоте в земной атмосфере свирепствует жесточайший мороз, то можно

сказать, что и на поверхности Марса существуют аналогичные условия.

Сплошных облачных образований, которые мы наблюдаем на Земле, на Марсе нет. В

любом районе почти всегда безоблачно. Лишь изредка можно увидеть облака,

состоящие, вероятно, из ледяных кристаллов. Они образуются в результате

конденсации водяных паров, плавающих в атмосфере. Поэтому марсианская

атмосфера очень сухая. Правда, на Марсе часты легкие туманы, возникающие на

короткий срок и, главным образом, в утренние часы. Когда же воздух прогреется

солнечными лучами, они рассеиваются. Эти марсианские туманы напоминают ту

морозную мглу, которая временами появляется в земной атмосфере в морозное

утреннее время, а с потеплением рассеивается.

На Марсе, так же как и на Земле, имеются климатические пояса. Правда,

температурные колебания в них значительно больше, чем на Земле. Ведь на Марсе

нет в таком изобилии, как на Земле, водяных паров и океанов, этих мощных

аккумуляторов тепла, регулирующих климат планеты путем накопления и выделения

тепла при смене сезонов. В ряду разряженности атмосферы Марс не может

эффективно задерживать тепло, полученное его поверхностью в течении дня и, в

следствие этого, огромное количество тепла ночью улетучивается в космическое

пространство. Поэтому для Марса характерны резкие колебания температуры в

течении суток. Если днем на экваторе температура поверхности может достигать

+30°С, то ночью она падает до –100°С и более. Среднегодовая температура для

всей поверхности Марса на 50 – 60°С ниже, чем на Земле. Для сравнения укажем,

что на Земле оно около +10°С. полдень в районе экватора, где Солнце стоит в

зените, поверхность нагревается достаточно сильно. С приближением же Солнца к

горизонту температура быстро снижается и к закату светила доходит до нуля

градусов. Ночью мороз крепчает, и к восходу Солнца температура достигает

–100°С. И это в самом теплом, экваториальном поясе! В умеренном же поясе

зимой температура днем и ночью держится на очень низком уровне –60-80°С. В

полярных же областях, где летом Солнце совсем не заходит в течении нескольких

месяцев, температура непрерывно держится в пределах от 0 до +10°С. Как раз в

это время наблюдается быстрое разрушения светлого полярного покрова.

В следствие прецессии ось вращения Марса имеет свое положение в пространстве

и каждые 25 тыс. лет ориентируется таким образом, что ни одна из полярных

шапок в перигелии не обращена в сторону Солнца. В такие периоды на Марсе

могут возникать климатические условия, при которых происходит таяние вечной

мерзлоты. Оно, как предполагают, сопровождается кратковременными ливневыми

дождями, которые могут вызывать эрозионные процессы (рис. 4).

Анализируя фотографии полярных областей Марса, сделанные автоматическими

станциями с близкого расстояния, ученые высказывают предположения о том, что

на Марсе, возможно, наступил ледниковый период. Южная полярная шапка в

перигелии марсианской орбиты обращена в сторону Солнца, и здесь холодные зимы

сменяются жарким летом. В районе северной полярной шапки температурные

контрасты зимы и лета несколько смягчены. Заметим, что в виду значительного

эксцентриситета орбиты Марса разность солнечной постоянной в перигелии и

офелии орбиты составляет около 40%.

Как это ни парадоксально, но на Марсе самыми теплыми являются полярные районы

летнего полушария, где за длительное летнее полугодие незаходящее Солнце

успевает нагреть верхний слой грунта выше средних дневных температур по диску

планеты. Поэтому в летнем полушарии температура вдоль меридиана меняется

незначительно, и ветры не очень сильны. В зимнем же полушарии, напротив,

температура резко падает от экватора к зимней полярной шапки.

Из-за большого перепада температуры в зимнем полушарии Марса дуют сильные

ветры. По расчетам ученых, на высоте 12 км. их скорость может достичь 170

м./с. Вследствие этого в атмосфере развивается активная циклоническая и

антициклоническая деятельность. Однако дожди или снег в нашем «земном»

понимании вряд ли сопровождают марсианские циклоны. И это потому, что в

марсианской атмосфере мало воды. Поэтому очень редко образуются в атмосфере

Марса и облака. Только утром и вечером в умеренных широтах можно наблюдать

облака, напоминающие дымку. Таким образом, на Марсе, если, конечно, нет

пыльных бурь, всегда стоит прекрасная погода. И видимость там на много лучше,

чем на Земле, из-за малого рассеивания света на частицах пыли в воздухе.

Особенно хорошая видимость в летнем полушарии, где ветры заметно слабее и

пыли меньше. Космическими аппаратами зафиксировано сильное отражение от

поверхности планеты солнечной ультрафиолетовой радиации. Слой озона земной

атмосферы задерживает это губительное для жизни излучение. На Марсе такой

«защиты» нет. А это имеет важное значение для органической жизни.

Жизнь на Марсе.

Вряд ли какая-нибудь другая планета Солнечной системы возбуждала столько

надежд среди тех, кто искал жизнь на других небесных телах! Начиная с 70-х

годов ХIX века, вопрос – «Есть ли жизнь на Марсе?» - кочует по страницам как

научно-фантастических, популярных, так и научных книг. И объясняется это не

только близостью этой планеты, сколько сравнительно легкой доступностью ее

для обозрения с помощью даже не очень сильных телескопов (благодаря

прозрачности ее атмосферы).

До какой степени в начале даже нашего века было модным и всеобщим

предположение о вероятности разумной жизни на Марсе, свидетельствует

сенсация, сообщенная астрономом В. Пикерингом 8 декабря 1900 года из

Ловелской обсерватории (Дунлас). В посланной им телеграмме, молниеносно

облетевшей весь мир, он сообщил, что северном краю Икарийского моря на Марсе

в продолжение 70 минут был виден яркий выступ. Совершенно серьезно обсуждался

вопрос о «сигнальных огнях» жителей Марса.

Наличие атмосферы, не слишком суровый климат, таинственные каналы – не

свидетельствует ли все это о том, что на Марсе когда-то была высокоразвитая

цивилизация! Не исключено, что на этой загадочной во многом планете, издавна

волнующей человеческое воображение возможностью существования жизни, люди

могут встретить ее в самом неожиданном виде. И совершенно справедливо

замечают по этому вопросу некоторые ученые, что если на Марсе будут найдены

жилые организмы, то без преувеличения можно сказать, что их изучение станет

биологической связью землян с инопланетной жизненной формой. И нет сомнений в

том, что земное человечество сможет оказать весьма существенное влияние на

дальнейшее ее развитие. Однако сложность решения этой проблемы заключается

нее столько в посылке на Марс космических аппаратов и доставке специальных

приборов на его поверхность, сколько в том, по каким признакам мы должны

судить о наличии или отсутствии жизни на планете. В настоящее время мы еще не

имеем достаточно надежного метода, позволяющего различать формы «на грани

жизни» от отсутствия каких-либо ее признаков, но можно различить три большие

группы вопросов.

Во-первых, вопросы, связанные с тем, имеют ли исследуемые планеты химические

соединения, подобные аминокислотам и белкам;

Во-вторых, вопросы, связанные с тем, имеет ли место обмен веществ –

поглощаются ли питательные вещества зеленого типа существующими формами жизни

в химических реакциях, которые характерны для земной жизни;

В-третьих, вопросы, связанные с тем, какими средствами могут быть обнаружены

формы жизни (животные), остатки жизненных форм (ископаемые) или искусственные

сооружения.

Ни один из этих вопросов не является окончательным, так как все они

допускают, что жизнь на Марсе подобна земной. Тем не менее мы вынуждены пока

исходить именно из этого предположения, беря за основу три отличительных

признака жизни: обмен веществ, размножение и эволюция. Эти признаки

универсальны для всех живых организмов на Земле. С этой точки зрения

чрезвычайно важной проблемой является изучение физических условий на Марсе с

целью определения, насколько они благоприятны для протекания биологических

процессов. По мнению учены, полученные данные не исключают возможности жизни

на Марсе. Измерения, проведенные с помощью ультрафиолетового спектрометра,

показали, что формы жизни на Марсе, если они существуют, должны были

выработать механизм защиты от этого излучения.

С этой точки зрения большое значение придаются углекислоте, которая может

защитить от ультрафиолетового излучения. Койпер и Юри считают, что Марс в

прошлом мог быть теплее и иметь более мощную и влажную атмосферу. Ее облачный

покров удерживал температурные колебания на значительно более низком уровне,

чем сейчас. В результате фотолиза водяного пара в атмосфере появился

кислород. В этих условиях начала развиваться растительная жизнь, а после

возникновения фотосинтеза появились дополнительные источники кислорода.

Однако вследствие относительно малой массы планеты кислород мог улетучиться в

космическое пространство. Окисление железа на поверхности могло ускорить

потерю кислорода и, вполне возможно, что это так и было, потому что

поверхность Марса имеет характерную оранжевую окраску. В результате

длительного процесса постепенно образовалась тонкая, сухая и холодная

Страницы: 1, 2, 3