Вступ

Марс – четверта планета Сонячної системи, яка з періодом 687 земних діб рухається навколо Сонця на середній відстані 228 млн. км

За розмірами Марс майже вдвічі, а за масою – в дев’ять разів менший від Землі, сила тяжіння на Марсі становить 0,39 земної. Вісь його обертання нахилена до площини орбіти під кутом 25°, завдяки чому на Марсі відбувається зміна пір року, а тривалість доби лише на 20 хв. менша за земну. Напрямок на точку перигелію Марса близький до напрямку на точку афелію Землі.

Тому коли обидві планети у своєму русі навколо Сонця опиняються поблизу цих точок водночас, тобто Марс перебуває у протистоянні до Землі, віддаль між ними стає найменшою – 56 млн. км. Таке взаємне положення Землі та Марса називається великим протистоянням.

Великі протистояння повторюються через кожні 15 років і трапляються у серпні – на початку вересня. У цей час Марс повернутий до Землі південним полюсом, і тому його південна півкуля вивчена краще, ніж північна.

Марс — планета земного типу з розрідженою атмосферою. На Марсі є метеоритні кратери, як на Місяці, вулкани, долини і пустелі, подібні до земних. Тут розташована гора Олімп (22 456 м), найвища відома гора в Сонячній системі, і Долини Марінера — величезна рифтоподібна система каньйонів[1]. На додаток до особливостей — період обертання Марса і сезонні цикли також подібні до земних.

Марс — невелика планета, більша за Меркурій, але майже вдвічі менша від Землі за діаметром. Марс має екваторіальний радіус 3396 км і середній полярний радіус 3379 км (обидва значення точно визначені космічним апаратом «Mars Global Surveyor», який почав свою місію на орбіті навколо планети 1999 року). Маса Марса становить 6,418×10²³ кг, що вдесятеро менше за масу Землі, а прискорення вільного падіння на його поверхні — 3,72 м/с². Це означає, що об’єкти на Марсі важать лише третину своєї земної ваги.

1. Положення Марса в Сонячній системі

Марс має розріджену атмосферу. Це дозволяє вивчати його поверхню безпосередньо з Землі. Дві третини поверхні Марса займають світлі ділянки, які отримали назву материків, близько третини – темні ділянки, названі морями. Вони зберігають свою форму в часі, що дозволило скласти точні карти поверхні. Поблизу полюсів восени утворюються білі плями – полярні шапки, які зникають повністю або значно зменшуються в розмірах на початку літа.

Підчас великого протистояння 1877 року італійський астроном Дж. Скіапареллі повідомив про відкриття ним на поверхні Марса чітких ліній, які ніби перетинають марсіанські пустелі, і дав їм назву канали. Було навіть висловлено припущення, що це споруди, створені розумними істотами для транспортування води від полюсів планети у зневоднені при екваторіальні райони.

З початку 1960 р. до Марса було спрямовано біля 30 АМС. Високоякісні зображення поверхні планети відкрили для землян новий образ Марса. Виявилося, що Марс, як і Місяць, укритий кратерами. Але, наприклад. така ділянка, як Еллада – величезна чаша діаметром 1700 км., що лежить нижче навколишнього ландшафту на 5,5 км., – практично позбавлена кратерів. Є на Марсі також безладно розташовані пагорби і провалля, різного роду утворення, схожі на русла висохлих річок, системи вузьких тріщин, гірські райони і окремі гори вулканічного походження.

Біля екватора планети розташована головна геологічна особливість Марса – вулкано-тектонічний регіон Фарсіда, який, окрім того, є найважливішим погодотворчим фактором на планеті. Це вулканічне плато, яке здіймається над навколишньою територією на висоту до 4-5 км., а третина його площі – навіть на 8-9 км, є п’єдесталом для велетенських і давно згаслих вулканів 19-27 км. заввишки. Три з них розташовані в одну лінію, яка перетинає екватор. А четвертий, феноменальний у своїй грандіозності, знаходиться осторонь від них.

Цей найбільший у Сонячній системі вулкан носить назву Олімп. Діаметр основи щита, на якому він розташований, становить 600 км. Щит обривається прямовисним скелястим уступом висотою 6 км. Вивершує щит вулканічна вершина з кратером розмірами 65×80 км. і висотою 27,4 км. над середнім рівнем поверхні.

На особливу увагу заслуговує рифтова долина Маринер понад 4000 км. завдовжки і до 200 км. завширшки. Основою цієї рифтової долини є величезний (2500 × 75-150 × 6 км.) каньйон Титоніус Часма, що означає «величезна безодня». На крутих схилах каньйону – зсуви та осипи, глибокі яруги. Його дно несе на собі сліди бурхливої діяльності потоків води. Оскільки зараз рідкої води на Марсі немає, то існує припущення, що в минулому клімат планети був значно теплішим, так що на ній існували моря і протікали річки.

Марсіанський ґрунт – це дрібнодисперсний матеріал (реголіт), в якому міститься 15-20% кремнію, 12-16% заліза, близько 10% фосфору, 7% марганцю та кобальту, а також кальцій, хром, нікель, ванадій, титан, молібден, цирконій та ін. Жодна з відомих земних гірських порід не збігається за складом з марсіанськими.

Червонуватий колір марсіанської поверхні обумовлений великою кількістю окислів заліза, тобто звичайної іржі. Тому панорами марсіанської рівнини, передані в різні роки американськими станціями, — це оранжево-червона пустеля, вкрита численними каменями з різкими краями.

Температурні умови на Марсі визначаються його відстанню від Сонця, густиною та складом атмосфери, а також оптичними властивостями ґрунту. Найвища температура, зареєстрована на поверхні Марса, становить 300 К, але вона різна для світлих і темних ділянок, що лежать поряд. Тому говорять про середню температуру 230 К. На екваторі вона встановлюється приблизно через годину після полудня. Уночі температура навіть в екваторіальних районах знижується до 170 К, а в полярних – до 140 К. Такий великий перепад температур пояснюється малою теплопровідністю ґрунту.

Атмосфера на Марсі дуже розріджена, її тиск біля поверхні становить в середньому 0,006 тиску земної атмосфери. За складом вона нагадує атмосферу Венери: 95% належить вуглекислому газу, близько 4% — азоту і аргону. Кисню і водяної пари в атмосфері Марса менше 1%, проте в ній є хмари з кристаликів льоду, так що вона рідко буває цілком прозорою. Швидкість вітру, як правило, невелика, але часом досягає значення 40-50 м/с, і тоді вітер піднімає марсіанський пил високо догори, утворюючи пилову бурю.

Найсильніші пилові бурі можуть тривати по декілька місяців і повністю закривати поверхню. Через невелику силу тяжіння навіть після закінчення пилової бурі в повітрі зависає значна кількість пилинок, забарвлюючи небо у рожевий колір.

Полярні шапки, які змінюють свої розміри в залежності від марсіанської пори року, складаються з твердої вуглекислоти. Улітку вона випаровується, залишаючи невелику ділянку водяного льоду завтовшки в кілька сотень метрів. Вважається, що вся вода на Марсі знаходиться у зв’язаному стані на полярних шапках і в шарі вічної мерзлоти.

Багато цінної інформації отримали астрономи від марсохода «Соджорнер», який працював на поверхні Марса у другій половині 1997 р. Зокрема, він передав на Землю близько 40 стереоскопічних знімків поверхні планети. Життя на Марсі він не виявив.

Через криваво-червоний колір його іноді називають Червоною планетою. Марс довго асоціювали з війною і кровопролиттям, і тому його назвали на честь римського бога війни. У планети є два супутники, Фобос (грец. «Страх») і Деймос («Жах»), які були названі на честь двох синів Ареса і Афродіти (римські варіанти назв — Марс і Венера відповідно).

Протягом минулого сторіччя Марс посідав особливе місце в популярній культурі. Він служив натхненням для поколінь фантастів. Загадковість планети і багато таємниць залишаються стимулом для наукових досліджень і людської уяви до цього дня.

Орбіта Марса приблизно у 1,5 рази віддаленіша від Сонця, ніж орбіта Землі. Через відносно видовжену орбіту, відстань між Марсом і Сонцем змінюється від 207 млн км у перигелії до 250 млн км в афелії. Тривалість марсіанського року становить 687 земних діб. Марс обертається навколо своєї осі з періодом 24 години 37 хвилин (марсіанську добу називають сол), що лише трохи довше за тривалість доби на Землі.

На Марсі спостерігається також зміна пір року. Через еліптичну орбіту сезони в північній і південній півкулі мають різну тривалість: літо в північній півкулі триває 177 марсіанських діб, а в південній воно на 21 день коротше й на 20 градусів тепліше.

Орбіти Марса й Землі лежать практично в одній площині (кут між ними становить 2°). Вісь обертання Марса нахилена під кутом 25,2° до перпендикуляра до площини орбіти й спрямована у сузір’я Лебедя.

Через кожні 780 днів Земля і Марс опиняються на мінімальній відстані одна від одного, як змінюється від 56 до 401 млн км. Такі зближення планет називають протистояннями. Якщо відстань між планетами менша 60 млн км, то такі протистояння називають великими. Великі протистояння відбуваються кожні 15–17 років. 

2. Супутники Марса

В існуванні двох супутників Марса не сумнівався свого часу Кеплер, як це видно з його листа до Галілея: «Я… шалено хочу мати телескоп, щоб, якщо зможу, випередити вас у відкритті двох супутників, які обертаються навколо Марса».

Першим передбачив, що Марс має супутники, Йоганн Кеплер 1610 року. У спробах розшифрувати анаграму Галілея про кільця Сатурна («Найвищу планету потрійною спостерігаю») Кеплер вирішив, що Галілей виявив супутники Марса. 1643 року монах-капуцин Антон Марія Ширл стверджував, що бачив «марсіанські місяці». 1727 Джонатан Свіфт у «Мандрах Гуллівера» описав два маленьких супутники Марса, які були відомі астрономам острова Лапута. Вони оберталися навколо Марса за 10 і 21,5 годин. Про ці ж супутники 1750 року згадав Вольтер у романі «Мікромегас[fr]». 10 липня 1744 року німецький капітан Кіндерман повідомив, що обчислив орбітальний період марсіанського супутника, котрий дорівнював 59 годинам 50 хвилинам і 6 секундам. 1877 року американській астроном Асаф Холл, працюючи у військово-морський обсерваторії США з найбільшим у країні 26-дюймовим рефрактором Кларка, нарешті знайшов Фобос та Деймос, два маленьких супутники Марса. Їх орбітальні періоди виявились близькими до періодів, які запропонував Свіфт на 150 років раніше.

До другої половини XX століття про два супутники Марса Фобос і Деймос було відомо небагато. Потім їх спостерігали орбітальні космічні апарати: «Вікінг-1» пролетів на відстані 100 км від поверхні Фобоса, а «Вікінг-2» — на відстані 30 км від Деймоса.

Фобос робить повний оберт навколо Марса за 7 годин 39 хвилин. Супутник перебуває на відстані 6000 кілометрів від поверхні планети. Це ближче межі Роша, і без внутрішнього опору супутник було б розірвано на частини припливними силами. Ці сили також сповільнюють рух Фобоса і, можливо, призведуть до зіткнення супутника з Марсом менше, ніж через 100 мільйонів років. Деймос розташований на віддаленішій орбіті, і припливні сили зумовлюють подальше віддалення від планети. Фобос і Деймос видно на Марсі не з усіх місць через їх невеликі розміри, близькість до планети й приекваторіальні орбіти.

Під час протистояння Марса у серпні 1877 р. американець А. Холл, випробовуючи новий 66-сантиметровий рефрактор, узявся відкрити ці супутники. 2 серпня Холл уперше побачив супутник, згодом названий Деймосом (грец. «жах»), а 17 серпня він відкрив Фобос (грец. «страх»).

Відстань Фобоса і Деймоса від центра Марса відповідно 2,76 і 6,9 радіуса планети, період обертання відповідно 7 год. 39 хв. і 30 год. 18 хв. Фобос за одну марсіанську добу встигає зробити три оберти навколо планети, сходячи на заході і заходячи на сході, а Деймос, зійшовши на сході, перебуває над горизонтом близько 65 год., тобто понад 2,5 марсіанської доби.

Супутники рухаються в площині екватора і по колових орбітах. Розміри Фобоса становлять 28×20×18 км., а Деймоса – 16×12×10 км. Поверхні супутників поцятковані кратерами набагато сильніше, ніж поверхня Марса. На знімках Фобоса добре видно його найбільший кратер – Стікні діаметром 10 км. Відстань між борознами глибиною до 30 м. становить 200-300 м. Природа цих утворень досі залишається нез’ясованою.

Обидва супутники — шматки гірської породи неправильної, приблизно еліпсоїдальної форми. Нерівна поверхня Фобоса повністю вкрита метеоритними кратерами. Найбільший кратер Стікні охоплює значну частину супутника. Його поверхня також вкрита системою лінійних переломів, або заглиблень, багато з яких геометрично пов’язані з кратером Стікні. Поверхня Деймоса, навпаки, здається гладенькою, бо багато кратерів майже повністю вкрито уламками порід.

Альбедо обох супутників дуже низьке, як у найпростіших типів метеоритів.

Остаточно проблему походження супутників не розв’язано. Одна з версій — це астероїди, які було захоплено Марсом, коли він лиш починав формуватися. Можливо, вони збереглися від часу формування планети[1]. 2010 року група італійських астрономів з Національного інституту астрофізики Італії опублікувала дані на користь того, що Фобос сформувався в результаті надпотужного вибуху на поверхні планети[2]. Нещодавні дослідження стверджують, що Фобос і Деймос утворилися на диску сміття навколо Марса після гігантського зіткнення з тілом в одну третину розміру Марса, від 100 до 800 мільйонів років після початку формування планет. Таким чином, Фобос і Деймос складаються з суміші матеріалу з Марса й імпактора[3]. Нові спостереження незабаром дозволять більше дізнатися про вік і склад марсіанських місяців. Японське агентство аерокосмічних досліджень ухвалило рішення почати місію 2022 року, під назвою Mars Moons Exploration, яка принесе зразки від Фобоса на Землю 2027 року. Європейське космічне агентство запланувало аналогічну місію в 2024 році у співпраці з Російським космічним агентством[2]. 

Висновки

Через більшу віддаленість від Сонця Марс отримує на 57 % менше енергії, ніж Земля. Середньорічна температура там −60° С. Температура поверхні протягом доби істотно змінюється. Наприклад, у південній півкулі на широті 50 градусів температура в середині осені змінюється від −18 градусів (опівдні) до −63 градусів (увечері). Однак на глибині 25 м під поверхнею температура практично постійна −60° С і не залежить від сезону. Максимальні значення температури поверхні не перевищують декількох градусів вище 0 °C, а мінімальні значення, зареєстровані на північній полярній шапці, — мінус 138 °C. Температура на Південному полюсі опускається до мінус 130 °C.

Атмосфера на Марсі складається з 95 % вуглекислого газу, 3 % азоту, 1,6% аргону й містить сліди кисню й води. Атмосфера дуже запилена через велику кількість мікрочастинок близько 1,5 µm у діаметрі, які надають марсіанському небу рудувато-коричневого відтінку, якщо дивитися з поверхні планети. Активні природні явища в атмосфері — густі тумани або пилові бурі. 

Список використаної літератури

1. Александров Ю. Небесна механіка: Підруч. для студ. ун-тів, які навч. за спец. «Астрономія» / Харківський національний ун-т ім. В.Н.Каразіна. — Х. : ХНУ, 2004. — 236с.
2. Астрономія / І. Гончаренко (авт.-упоряд.). — Х.: ВАТ «Харківська книжкова ф-ка ім. М.В.Фрунзе», 2005. — 48 с.
3. Климишин І.А., Крячко І.П. Астрономія. Підручник для 11 класу/. К: Знання України, 2002 р. , 192 с.