Mars — czwarta planeta Układu Słonecznego: budowa, klimat i ciekawostki
Odkryj Mars — czwarta planeta Układu Słonecznego: budowa, klimat, największe wulkany, polarne czapy i fascynujące ciekawostki o czerwonej planecie.
Mars jest czwartą planetą od Słońca w Układzie Słonecznym i drugą co do wielkości planetą stałą. Mars jest zimną planetąlądową z polarnymi czapami lodowymi z zamarzniętej wody i dwutlenku węgla. Posiada największy wulkan w Układzie Słonecznym i kilka bardzo dużych kraterów uderzeniowych. Mars został nazwany na cześć mitologicznego rzymskiego boga wojny, ponieważ wydaje się mieć czerwony kolor.
Sondy kosmiczne, takie jak lądowniki programu Viking, są głównymi narzędziami do eksploracji Marsa.
Podstawowe dane
- Średni promień: około 3 390 km (około połowy promienia Ziemi).
- Masa: ~0,107 masy Ziemi; przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni ~3,71 m/s² (ok. 0,38 g).
- Długość doby: ~24 godzin 37 minut — bardzo zbliżona do doby ziemskiej.
- Długość roku: ~687 dni ziemskich (orbita wokół Słońca trwa prawie dwa ziemskie lata).
- Kąt nachylenia osi obrotu: ~25,2°, co powoduje występowanie pór roku podobnych do ziemskich.
Budowa i wnętrze
Mars ma strukturę warstwową: skorupę, płaszcz i jądro. Jądro jest prawdopodobnie złożone głównie ze stopów żelaza i siarki i może być częściowo ciekłe. Planetę cechuje mniejsza aktywność tektoniczna niż Ziemię — brak jest obecnie wykazanej globalnej tektoniki płyt. Mars nie posiada aktywnego, silnego globalnego pola magnetycznego; występują jedynie lokalne, pozostałości magnetyzmu skorupy.
Atmosfera i klimat
Atmosfera Marsa jest bardzo cienka — ciśnienie powierzchniowe wynosi około 0,6% ciśnienia ziemskiego (6–7 mbar). Skład atmosfery to głównie dwutlenek węgla (CO₂) (~95%), azot (~2,7%) i argon (~1,6%), z małymi ilościami tlenu i pary wodnej. Temperatura na powierzchni waha się szeroko: od około −125°C na biegunach zimą do nawet ok. +20°C w słoneczne dni przy równiku latem, jednak średnia to około −60°C do −63°C.
Sezonowe zmiany są wyraźne z powodu nachylenia osi planety; pokrywy polarne zmieniają się z sezonu na sezon, a część dwutlenku węgla zamarza i sublimuje cyklicznie. Mars doświadcza także globalnych burz pyłowych, które mogą pokryć całą planetę i utrudnić obserwacje oraz działanie lądowników.
Powierzchnia i geologia
Powierzchnia Marsa jest zróżnicowana: znajdziemy tam rozległe równiny lawowe, systemy kanałów i dolin, góry i kratery uderzeniowe. Najbardziej spektakularne formy to:
- Olympus Mons — największy wulkan i najwyższa znana góra w Układzie Słonecznym (ponad 21–22 km wysokości nad otaczającym terenem).
- Valles Marineris — rozległy system kanionów ciągnący się na około 4 000 km i osiągający głębokość do kilku kilometrów.
- Kanały i doliny odpryskowe (outflow channels) oraz sieci dolin rzecznych sugerujące, że w przeszłości płynęła tam woda.
Woda na Marsie
Dowody geologiczne i mineralogiczne (np. obecność glinokrzemianów, osadów deltaicznych) wskazują, że w przeszłości Mars miał znaczące ilości ciekłej wody na powierzchni. Dziś woda występuje głównie w postaci lodu w polarnych czapach i w postaci lodu podpowierzchniowego; mogą też występować zasolone roztwory (bryzmy) w niektórych warunkach. Obecność wody jest kluczowa dla badań nad przeszłym i ewentualnym obecnym życiem oraz dla przyszłej eksploracji załogowej.
Księżyce
Mars ma dwa małe księżyce: Phobos i Deimos. Oba są nieregularnymi, skalno‑lodowymi ciałami o niewielkich rozmiarach (kilkanaście–kilkadziesiąt kilometrów). Phobos krąży bardzo blisko planety i jego orbita stopniowo się kurczy — w przyszłości może rozpaść się lub spaść na powierzchnię Marsa. Deimos porusza się dalej i wolniej.
Eksploracja kosmiczna
Eksploracja Marsa odbywa się głównie za pomocą sond bezzałogowych: orbitery, lądowniki i łaziki. Programy i misje, które przyniosły kluczowe odkrycia, to między innymi:
- Program Viking (lata 70.) — pierwsze amerykańskie lądowniki, które przeprowadziły eksperymenty na powierzchni.
- Łaziki i lądowniki: Sojourner, Spirit, Opportunity, Curiosity, Perseverance (z helikopterkiem Ingenuity) — dostarczyły obszerne dane o geologii i historii wody.
- Mniejsze i nowsze misje: misje chińskie (Tianwen‑1 z lądownikiem i łazikiem Zhurong), europejsko‑rosyjskie plany (ExoMars) oraz liczne orbitery monitorujące pogodę i skład atmosfery.
Perseverance aktualnie bada obszar krateru Jezero, gdzie znajduje się dawne jezioro i delty rzeczne — to jedno z najważniejszych miejsc do poszukiwania śladów dawnego życia. Misje gromadzą skały i próbki, które w przyszłości mają zostać przywiezione na Ziemię w ramach planowanego programu Mars Sample Return.
Możliwość życia i kolonizacji
Pytanie o istnienie życia na Marsie jest nadal otwarte. Dotychczasowe wyniki wskazują na to, że w przeszłości warunki mogły być sprzyjające dla mikrobiologicznego życia, ale bezpośrednich dowodów na życie jeszcze nie znaleziono. Z punktu widzenia przyszłej kolonizacji Mars ma zalety (obecność wody w formie lodu, umiarkowana grawitacja) oraz poważne wyzwania (cienka atmosfera, promieniowanie kosmiczne, niskie temperatury, odległość od Ziemi).
Rozważane technologie obejmują wykorzystanie zasobów lokalnych (ISRU — in‑situ resource utilization) do produkcji wody, paliwa i tlenu oraz budowę schronień chroniących przed promieniowaniem i warunkami atmosferycznymi.
Ciekawostki
- Mars ma nazwę od rzymskiego boga wojny z powodu czerwonej barwy, która wynika z utlenionego żelaza (rdzy) w jego glebie.
- Doby marsjańskie zwane są "solami" i trwają nieco dłużej niż doby ziemskie.
- Helikopter Ingenuity był pierwszym statkiem powietrznym, który wykonał napędzany lot na innej planecie.
- Phobos ma system rowów i szczelin oraz duży krater Stickney — cechy będące przedmiotem badań nad historią tego księżyca.
Mars pozostaje jednym z najważniejszych celów badań planetarnych — poznanie jego historii klimatycznej, geologicznej i potencjalnej biologii może dostarczyć kluczowych informacji o ewolucji planet skalistych, w tym Ziemi, oraz o możliwościach przyszłej eksploracji i osadnictwa.
Wygląd
Mars jest planetą lądową i zbudowany jest ze skał. Ziemia tam jest czerwona z powodu tlenku żelaza (rdzy) w skałach i pyle. Atmosfera planety jest bardzo cienka. Składa się głównie z dwutlenku węgla z pewną ilością argonu i azotu oraz niewielkimi ilościami innych gazów, w tym tlenu. Temperatury na Marsie są chłodniejsze niż na Ziemi, ponieważ jest on bardziej oddalony od Słońca i ma mniej powietrza, które zatrzymuje ciepło. Na biegunie północnym i południowym znajduje się lód wodny i zamrożony dwutlenek węgla. Mars nie ma teraz na powierzchni wody w stanie ciekłym, ale oznaki spływu na powierzchni prawdopodobnie zostały spowodowane przez wodę.
Średnia grubość skorupy ziemskiej wynosi około 50 km (31 mil), a jej maksymalna grubość to 125 km (78 mil).
Księżyce
Mars ma dwa małe księżyce, zwane Phobos i Deimos.
Powierzchnia z wszędzie występującymi skałami sfotografowana przez Mars Pathfinder
Geografia fizyczna
Obrót
Dzień marsjański nazywa się sol i jest nieco dłuższy niż dzień ziemski. Mars obraca się w ciągu 24 godzin i 37 minut. Obraca się na nachylonej osi, tak jak Ziemia, więc ma cztery różne pory roku. Ze wszystkich planet w Układzie Słonecznym, pory roku na Marsie są najbardziej podobne do ziemskich, ze względu na podobne nachylenie osi. Długość pór roku na Marsie jest prawie dwa razy większa niż na Ziemi, ponieważ większa odległość Marsa od Słońca prowadzi do tego, że rok marsjański jest prawie dwa lata dłuższy od ziemskiego.
Temperatury na powierzchni Marsa wahają się od niskich około -143 °C (-225 °F) (w zimowych czapach polarnych) do wysokich do 35 °C (95 °F) (w równikowym lecie). Szeroki zakres temperatur jest spowodowany głównie cienką atmosferą, która nie może przechowywać dużo ciepła słonecznego. Planeta jest również 1,52 razy bardziej oddalona od Słońca niż Ziemia, przez co dociera do niej tylko 43% ilości światła słonecznego.
Woda
Raport z 2015 roku mówi, że na marsjańskie ciemne smugi na powierzchni miała wpływ woda.
Ciekła woda nie może istnieć na powierzchni Marsa z powodu niskiego ciśnienia atmosferycznego (nie ma wystarczająco dużo powietrza, aby ją zatrzymać), z wyjątkiem najniższych wzniesień przez krótkie okresy. Dwie polarne czapy lodowe wydają się być zbudowane w dużej mierze z zamarzniętej wody. Ilość lodu w południowej polarnej czapie lodowej, gdyby się stopiła, wystarczyłaby do pokrycia całej powierzchni planety na głębokość 11 metrów. Płaszcz wiecznej zmarzliny rozciąga się od bieguna do szerokości geograficznej około 60°.
Dowody geologiczne zebrane przez misje bezzałogowe sugerują, że Mars miał kiedyś dużo ciekłej wody na swojej powierzchni. W 2005 roku dane radarowe ujawniły obecność dużych ilości lodu wodnego na biegunach i na średnich szerokościach geograficznych. Łazik marsjański Spirit pobrał próbki związków chemicznych zawierających cząsteczki wody w marcu 2007 roku. Lądownik Phoenix znalazł lód wodny w płytkiej marsjańskiej glebie w lipcu 2008 roku. Ukształtowanie terenu widoczne na Marsie silnie sugeruje, że woda w stanie ciekłym istniała kiedyś na powierzchni planety. Ogromne obszary gruntu zostały wyskrobane i wyerodowane.
Czapy polarne
Mars ma dwie stałe polarne czapy lodowe. Podczas zimy na biegunie panuje ciągła ciemność, która wychładza powierzchnię i powoduje odkładanie się 25-30% atmosfery w postaci płyt lodu CO2 (suchego lodu). Kiedy bieguny są ponownie wystawione na działanie światła słonecznego, zamrożony CO2 sublimuje (zamienia się w parę), tworząc ogromne wiatry, które zmiatają z biegunów z prędkością nawet 400 km/h. Każdego sezonu przemieszcza to duże ilości pyłu i pary wodnej, dając początek podobnemu do ziemskiego szronowi oraz dużym chmurom cirrus i burzom pyłowym. Chmury lodu wodnego zostały sfotografowane przez łazik Opportunity w 2004 roku.
Czapy polarne na obu biegunach składają się głównie z lodu wodnego.
Atmosfera
Mars ma bardzo cienką atmosferę, w której prawie nie ma tlenu (jest to głównie dwutlenek węgla). Ponieważ jest tam atmosfera, jakkolwiek cienka, niebo zmienia kolor, gdy słońce wschodzi i zachodzi. Pył w marsjańskiej atmosferze sprawia, że marsjańskie zachody słońca są nieco niebieskie. Atmosfera Marsa jest zbyt cienka, by chronić Marsa przed meteorytami, dlatego Mars ma tak wiele kraterów.
Kratery meteorytowe
Po uformowaniu się planet, wszystkie doświadczyły "Późnego Ciężkiego Bombardowania". Około 60% powierzchni Marsa nosi ślady uderzeń z tej epoki. Duża część pozostałej powierzchni prawdopodobnie leży nad ogromnymi basenami uderzeniowymi spowodowanymi przez te wydarzenia. Istnieją dowody na istnienie ogromnego basenu uderzeniowego na północnej półkuli Marsa, o rozmiarach 10 600 na 8 500 km (6 600 na 5 300 mil), czyli około cztery razy większego niż największy dotychczas odkryty basen uderzeniowy. Teoria ta sugeruje, że Mars został uderzony przez ciało wielkości Plutona około cztery miliardy lat temu. Uważa się, że to wydarzenie jest przyczyną różnic między marsjańskimi półkulami. Stworzyło ono gładką nieckę Borealis, która pokrywa 40% powierzchni planety.
Niektóre meteoryty uderzyły w Marsa z tak wielką siłą, że kilka ich kawałków poleciało w kosmos - nawet na Ziemię! Czasami na Ziemi znajdowane są skały, które zawierają substancje chemiczne dokładnie takie same jak te w skałach marsjańskich. Te skały również wyglądają jakby spadły bardzo szybko przez atmosferę, więc rozsądnie jest myśleć, że pochodzą z Marsa.
Geografia
Mars jest domem dla najwyższej znanej góry w Układzie Słonecznym, Olympus Mons. Olympus Mons ma około 17 mil (lub 27 kilometrów) wysokości. Jest to ponad trzy razy więcej niż wysokość najwyższej góry na Ziemi, Mount Everest. Znajduje się tam również Valles Marineris, trzeci co do wielkości system szczelinowy (kanion) w Układzie Słonecznym, o długości 4 000 km.
Mikroskopowe zdjęcie wykonane przez Opportunity ukazujące szarą konkrecję hematytową, sugerującą obecność ciekłej wody w przeszłości
Północna polarna wczesnoletnia pokrywa lodowa (1999)
Południowa polarna letnia pokrywa lodowa (2000)
Obserwacja Marsa
Nasze zapiski dotyczące obserwacji i rejestracji Marsa zaczynają się od starożytnych egipskich astronomów w II tysiącleciu p.n.e.
Szczegółowe obserwacje położenia Marsa prowadzili astronomowie babilońscy, którzy opracowali matematyczne metody przewidywania przyszłego położenia planety. Starożytni greccy filozofowie i astronomowie opracowali model układu słonecznego z Ziemią w centrum ("geocentryczny"), a nie ze Słońcem. Używali tego modelu do wyjaśnienia ruchów planet. Hinduscy i islamscy astronomowie oszacowali wielkość Marsa i jego odległość od Ziemi. Podobną pracę wykonali astronomowie chińscy.
W XVI wieku Mikołaj Kopernik zaproponował model Układu Słonecznego, w którym planety krążą po orbitach kołowych wokół Słońca. Ten "heliocentryczny" model był początkiem nowoczesnej astronomii. Został on zrewidowany przez Johannesa Keplera, który podał eliptycznąorbitę Marsa, która lepiej pasuje do danych z naszych obserwacji.
Pierwsze obserwacje Marsa za pomocą teleskopu przeprowadził Galileo Galilei w 1610 roku. W ciągu jednego stulecia astronomowie odkryli wyraźne cechy albedo (zmiany jasności) na planecie, w tym ciemną plamę i polarne czapy lodowe. Byli w stanie określić dzień (okres obrotu) i pochylenie osiowe planety.
Lepsze teleskopy opracowane na początku XIX wieku pozwoliły na szczegółowe odwzorowanie stałych cech albedo Marsa. Pierwsza surowa mapa Marsa została opublikowana w 1840 r., po czym od 1877 r. powstawały lepsze mapy. Astronomowie mylnie sądzili, że wykryli spektroskopowy ślad wody w marsjańskiej atmosferze, a idea życia na Marsie stała się popularna wśród opinii publicznej.
Od lat 70. XIX wieku obserwowano na Marsie żółte chmury, które były nawiewanym przez wiatr piaskiem lub pyłem. W latach 20. zmierzono zakres temperatur powierzchni Marsa, który wahał się od -85 do 7 oC. Stwierdzono, że atmosfera planety jest jałowa, zawiera tylko śladowe ilości tlenu i wody. W 1947 r. Gerard Kuiper wykazał, że cienka atmosfera marsjańska zawierała duże ilości dwutlenku węgla; mniej więcej dwa razy więcej niż w atmosferze ziemskiej. Pierwsze standardowe nazewnictwo cech powierzchni Marsa zostało ustalone w 1960 roku przez Międzynarodową Unię Astronomiczną.
Od lat 60. ubiegłego wieku wiele zrobotyzowanych statków kosmicznych i łazików zostało wysłanych w celu zbadania Marsa z orbity i z powierzchni. Planeta pozostaje pod obserwacją instrumentów naziemnych i kosmicznych w szerokim zakresie spektrum elektromagnetycznego (światło widzialne, podczerwień i inne). Odkrycie na Ziemi meteorytów pochodzących z Marsa pozwoliło na laboratoryjne zbadanie warunków chemicznych panujących na planecie.
Marsjańskie "kanały
Podczas opozycji w 1877 roku włoski astronom Giovanni Schiaparelli użył teleskopu o średnicy 22 cm (8,7 cala), aby pomóc w stworzeniu pierwszej szczegółowej mapy Marsa. To, co przykuło uwagę ludzi, to fakt, że mapy miały cechy, które nazwał canali. Później okazało się, że było to złudzenie optyczne (nie prawdziwe). Te canali były rzekomo długimi prostymi liniami na powierzchni Marsa, którym nadał nazwy znanych rzek na Ziemi. Jego termin canali był popularnie błędnie tłumaczony w języku angielskim jako kanały i uważano, że zostały one wykonane przez inteligentne istoty.
Inni astronomowie również sądzili, że mogą zobaczyć kanały, zwłaszcza amerykański astronom Percival Lowell, który narysował mapy sztucznej sieci kanałów na Marsie.
Chociaż wyniki te były powszechnie akceptowane, to jednak były kontestowane. Grecki astronom Eugène M. Antoniadi i angielski przyrodnik Alfred Russel Wallace byli przeciwni temu pomysłowi; Wallace był wyjątkowo krzykliwy. W miarę jak zaczęto używać coraz większych i lepszych teleskopów, obserwowano coraz mniej długich, prostych canali. Podczas obserwacji przeprowadzonych w 1909 roku przez Flammariona za pomocą teleskopu o średnicy 84 cm (33 cale) zaobserwowano nieregularne wzory, ale nie dostrzeżono canali.
Kolorowy rysunek Marsa wykonany w 1877 roku przez francuskiego astronoma Trouvelota
Mapa Marsa autorstwa Giovanniego Schiaparellego, opracowana w latach 1877-1886, przedstawiająca rysy Canali w postaci cienkich linii
Mars naszkicowany jako obserwowany przez Lowella przed 1914 rokiem. (Południowa góra)
Życie na Marsie
Ponieważ Mars jest jedną z najbliższych Ziemi planet w Układzie Słonecznym, wielu zastanawiało się, czy na Marsie istnieje jakikolwiek rodzaj życia. Dziś wiemy, że rodzaj życia, jeśli w ogóle istnieje, byłby jakimś prostym organizmem typu bakteryjnego.
Meteoryty
NASA utrzymuje katalog 34 meteorytów marsjańskich, czyli meteorytów, które oryginalnie pochodzą z Marsa. Te zasoby są bardzo cenne, ponieważ są to jedyne dostępne fizyczne próbki Marsa.
Badania przeprowadzone w NASA's Johnson Space Center wykazały, że przynajmniej trzy z meteorytów zawierają możliwe dowody na istnienie życia na Marsie w przeszłości, w postaci mikroskopijnych struktur przypominających skamieniałe bakterie (tzw. biomorfy). Choć zebrane dowody naukowe są wiarygodne, a skały prawidłowo opisane, to nie wiadomo, co spowodowało, że skały wyglądają tak, jak wyglądają. Do dziś naukowcy próbują uzgodnić, czy rzeczywiście jest to dowód na istnienie prostego życia na Marsie.
W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci naukowcy zgodzili się, że przy korzystaniu z meteorytów z innych planet znalezionych na Ziemi (lub skał przywiezionych z powrotem na Ziemię) potrzebne są różne rzeczy, aby mieć pewność, że istnieje życie. Te rzeczy obejmują:
- Czy skała pochodzi z właściwego czasu i miejsca na planecie, w którym mogło istnieć życie?
- Czy próbka zawiera dowody na istnienie komórek bakteryjnych (czy widać na niej skamieliny, nawet jeśli są bardzo małe)?
- Czy są jakieś dowody na istnienie biominerałów? (minerały zwykle powodowane przez żywe organizmy)
- Czy są jakieś dowody na istnienie izotopów typowych dla życia?
- Czy cechy te są częścią meteorytu, a nie zanieczyszczeniem pochodzącym z Ziemi?
Aby ludzie zgodzili się co do przeszłego życia w próbce geologicznej, większość lub wszystkie z tych rzeczy muszą być spełnione. Tak się jeszcze nie stało, ale badania wciąż trwają. Trwają ponowne badania biomorfów znalezionych w trzech marsjańskich meteorytach.
Znaczenie wody
Ciekła woda jest niezbędna do życia i metabolizmu, więc jeśli woda była obecna na Marsie, szanse na rozwój życia są większe. Orbitery Viking znalazły dowody na możliwe doliny rzeczne w wielu obszarach, erozję oraz, na południowej półkuli, rozgałęzione strumienie. Od tego czasu łaziki i orbitery również przyjrzały się bliżej i ostatecznie udowodniły, że woda była kiedyś na powierzchni i nadal znajduje się w postaci lodu w polarnych czapach lodowych i pod ziemią.
Dzisiaj
Jak dotąd naukowcy nie znaleźli na Marsie życia, ani żywego, ani wymarłego. Kilka sond kosmicznych wyruszyło na Marsa, aby go zbadać. Niektóre z nich orbitowały (okrążały) planetę, a niektóre wylądowały na niej. Istnieją zdjęcia powierzchni Marsa, które zostały wysłane z powrotem na Ziemię przez sondy. Niektórzy ludzie są zainteresowani wysłaniem astronautów, aby odwiedzili Marsa. Oni móc lepszy poszukiwanie, ale dostawać astronauta tam być trudny i kosztowny. Astronauci przebywaliby w przestrzeni kosmicznej przez wiele lat i mogłoby to być bardzo niebezpieczne z powodu promieniowania słonecznego. Do tej pory wysyłaliśmy tylko sondy bezzałogowe.
Najnowszą sondą, która dotarła na tę planetę jest Mars Science Laboratory. Wylądowała ona na Aeolis Palus w kraterze Gale na Marsie 6 sierpnia 2012 roku. Przywiozła ze sobą mobilnego odkrywcę o nazwie "Curiosity". Jest to najbardziej zaawansowana sonda kosmiczna w historii. Curiosity wykopała marsjańską glebę i zbadała ją w swoim laboratorium. Znalazła cząsteczki siarki, chloru i wody.
Kultura popularna
Kilka słynnych historii zostało napisanych na temat tego pomysłu. Pisarze używali nazwy "Marsjanie" dla inteligentnych istot z Marsa. W 1898 roku H. G. Wells napisał Wojnę światów, słynną powieść o Marsjanach atakujących Ziemię. W 1938 roku Orson Welles nadał radiową wersję tej historii w Stanach Zjednoczonych, a wielu ludzi myślało, że to się dzieje naprawdę i bardzo się bało. Począwszy od 1912 roku, Edgar Rice Burroughs napisał kilka powieści o przygodach na Marsie.
Pytania i odpowiedzi
P: Jaka jest czwarta planeta od Słońca?
O: Czwartą planetą od Słońca jest Mars.
P: Czy Mars jest planetą lądową czy gazowym olbrzymem?
O: Mars jest planetą lądową.
P: Jakie są niektóre cechy Marsa?
O: Niektóre cechy Marsa to polarne czapy lodowe z zamarzniętej wody i dwutlenku węgla, największy wulkan w Układzie Słonecznym i kilka bardzo dużych kraterów uderzeniowych.
P: Dlaczego nazywa się "Mars"?
O: Nazywa się go "Mars", ponieważ ma czerwony kolor, który w mitologii rzymskiej kojarzył się z wojną.
P: Jak badamy Marsa?
O: Badamy Marsa za pomocą sond kosmicznych, takich jak lądowniki programu Viking.
Przeszukaj encyklopedię