Температурные условия на марсе. Какая температура на Марсе? Зима на марсе

Хотя климат Марса наиболее близок к земному, он малоблагоприятен для жизни.

Атмосфера данной планеты более разряжена по сравнению с атмосферой Земли. В ее составе девяносто пять процентов углекислого газа, четыре процента азота и аргона и всего один процент кислорода и водяного пара.

По сравнению с земным среднее атмосферное давление на Марсе меньше в сто шестьдесят раз. Из-за испарения в летнее время и конденсации в зимнее, а также большого количества углекислого газа на полюсах, в полярных шапках, масса атмосферы сильно изменяется в течение года.

Несмотря на то, что в марсианской атмосфере содержится очень мало водяного пара, он при низких температуре и давлении, находясь в состоянии близком к насыщению, часто собирается в облака. Наблюдения, проведенные космическими аппаратами, показали, что на Марсе бывают волнистые, перистые и подветренные облака.

В холодное время суток на дне кратеров и над низинами часто стоят туманы. Иногда выпадает тонкий снег.

Проведенные космическими аппаратами исследования показали, что в настоящее время жидкой воды на Марсе нет, но есть свидетельства ее наличия в прошлом. В июле 2008 года космическим аппаратом НАСА «Феникс» в грунте была обнаружена вода в состоянии льда. Средняя температура на Марсе составляет около -40 градусов Цельсия. На дневной половине планеты летом температура поднимается до 20 градусов Цельсия, но зимой ночная температура может понизиться до -125 градусов Цельсия.

Разреженная атмосфера Марса не может долго удерживать тепло, этим и объясняются резкие перепады температуры. Таким образом, можно сказать, что на Марсе довольно суровый климат, но там ненамного холоднее, чем в Антарктиде.

Из-за перепада температур на Марсе часто дуют сильные ветры. Их скорость достигает ста метров в секунду. Благодаря небольшой силе тяжести ветры поднимают огромные облака пыли. На Марсе часто бушуют продолжительные пылевые бури. Например, одна из них бушевала с сентября 1971 года по январь 1972 года и подняла в атмосферу на высоту десять километров около миллиарда тонн пыли. С перепадом температур связано также образование на Марсе пылевых смерчей.

Ось вращения Земли наклонена к орбитальной плоскости на 23,4 градуса, а Марса − на 23,9 градуса, марсианские сутки почти совпадают с земными, поэтому на Марсе, как и на Земле, имеет место смена сезонов. В полярных областях сезонные изменения проявляются наиболее ярко. Зимой полярные шапки занимают большую площадь. Зима в южном полушарии длинная и холодная, а в северном − короткая и относительно умеренная. Весной полярные шапки значительно уменьшаются, но даже летом они не исчезают полностью. А лето на Марсе в южном полушарии короткое и относительно теплое, в северном − длинное и прохладное.

Марс – это один из представителей земной группы, средняя температура поверхности которой ниже нуля. Он ближайший из наших соседей, а потому его исследование особо интересует человечество. В перспективе это вариант первой межпланетной колонизации. А знания температурных режимов это понимание изначальных условий колонизации. Сведения о температурном режиме Марса позволят строить теории о температурах других планет.

Какая температура на Марсе

Первые наблюдения за красной планетой начались еще в 18 веке. Тогда это были просто наблюдения, которые не могли ничего сказать о температуре Марсе. Но уже в 20 годах прошлого века ученые помещали термометр в фокус телескопа-рефлектора, тем самым определяя температуру поверхности. На тот момент показатели у разных ученых разнились: от -28 градусов до -60. Ученые обладали разным оборудованием с разной погрешностью измерений, но столь большой разброс только подогрева научный интерес.

В 50 годы накопилось достаточно информации, стали известны факты о положительных температурах на экваторе. В 1956 году группой американских ученых были проведены исследования, которые подтверждали низкие температуры на полюсах.

Минимальная температура, зафиксированная на полюсе Марса -153 0 С.

Наибольшую ценность представляли наблюдения во время Великого противостояния, то есть момента максимального сближения Марса и Земли. Позднее с развитием научного прогресса спустя несколько неудачных попыток запуска марсоходов удалось получить первые снимки полюсов красной планеты. Это позволило подтвердить температуру на полюсах в -125 градусов Цельсия. Наука не стоит на месте и год от года совершаются новые открытия.

Средняя температура на поверхности красной планеты -63 0 С.

При этом на экваторе термометр показывает привычные 18 0 С. Вполне достаточно для выращивания растений и основания колоний, но есть весьма емкая проблема. Давление в нем достигает величины 0,6 кПа, что очень мало. Для сравнения: одна атмосфера равняется примерно 100 кПа, а это в 110 раз больше озвученного значения. Из-за этого воздушное пространство разряжено, в таком случае на небольших разницах высот в 1,5-2 метра возникает разница в несколько десятков делений термометра. В жару верх грунта может прогреваться до 27 0 С, но на небольшой возвышенности быстро падает до нуля.

В 2004 году на планету приземлился один из марсоходов исследовательской миссий НАСА. Аппарат назывался «Спирит». Устройство действовало на планете до января 2009 и в числе прочих данных, были получены новые сведения о температуре на поверхности.

Максимальная температура, зафиксирована на экваторе Марса +35 0 С.

Это на 5 градусов больше предыдущего значения, что свидетельствует о возможном потеплении.

Сейчас на Марсе сухой и холодный климат (слева), но на ранних этапах эволюции планеты, скорее всего, была жидкая вода и плотная атмосфера (справа).

Изучение

История наблюдений

Текущие наблюдения

Погода

Температура

Средняя температура на Марсе значительно ниже, чем на Земле: −63°С . Поскольку атмосфера Марса сильно разрежена, она плохо сглаживает суточные колебания температуры поверхности. При наиболее благоприятных условиях летом на дневной половине планеты воздух прогревается до 20° С (а на экваторе - до +27 °C) - вполне приемлемая температура для жителей Земли. Максимальная температура воздуха, зафиксированная марсоходом «Спирит» , составила +35 °C . Но зимней ночью мороз может достигать даже на экваторе от −80 °C до −125° С, а на полюсах ночная температура может падать до −143 °C . Однако суточные колебания температуры не столь значительны, как на безатмосферных Луне и Меркурии . 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, климат там намного суровее, чем в Антарктиде .

Атмосферное давление

Атмосфера Марса более разрежена, чем воздушная оболочка Земли, и более чем на 95 % состоит из углекислого газа , а содержание кислорода и воды составляет доли процента. Среднее давление атмосферы у поверхности составляет в среднем 0,6 кПа или 6 мбар , что в 160 меньше земного или равно земному на высоте почти 35 км от поверхности Земли) . Атмосферное давление претерпевает сильные суточные и сезонные изменения .

Облачность и осадки

Водяного пара в марсианской атмосфере не более тысячной доли процента, однако по результатам недавних (2013 г.) исследований, это всё же больше, чем предполагалось ранее, и больше, чем в верхних слоях атмосферы Земли , и при низком давлении и температуре он находится в состоянии, близком к насыщению, поэтому часто собирается в облака. Как правило, водяные облака формируются на высотах 10-30 км над поверхностью. Они сосредоточены в основном на экваторе и наблюдаются практически на протяжении всего года . Облака, наблюдаемые на высоких уровнях атмосферы (более 20 км), образуются в результате конденсации CO 2 . Этот же процесс ответствен за формирование низких (на высоте менее 10 км) облаков полярных областей в зимний период, когда температура атмосферы опускается ниже точки замерзания CO 2 (-126 °С) ; летом же формируются аналогичные тонкие образования изо льда Н 2 О

Образования конденсационной природы представлены также туманами (или дымками). Они часто стоят над низинами - каньонами, долинами - и на дне кратеров в холодное время суток .

В атмосфере Марса могут возникать метели . Марсоход «Феникс» в 2008 году наблюдал в приполярных областях виргу - осадки под облаками, испаряющиеся не долетая до поверхности планеты. По первоначальным оценкам, скорость падения осадков в вирге была очень малой. Однако недавнее (2017 г.) моделирование марсианских атмосферных явлений показало, что на средних широтах, где происходит регулярная смена дня и ночи, после заката облака резко охлаждаются, и это может приводить к метелям, скорость частиц во время которых в действительности может достигать 10 м/с. Учёные допускают, что сильные ветра в совокупности с низкой облачностью (обычно марсианские облака формируются на высоте 10-20 км) могут привести к тому, что снег будет выпадать на поверхность Марса. Это явление подобно земным микропорывам - шквалам из нисходящего ветра со скоростью до 35 м/с, часто связанный с грозами .

Снег действительно наблюдался неоднократно . Так, зимой 1979 г. в районе посадки «Викинга-2 » выпал тонкий слой снега, который пролежал несколько месяцев .

Пылевые бури и смерчи

Характерная особенность атмосферы Марса - постоянное присутствие пыли, частицы которой имеют размер порядка 1,5 мм и состоят в основном из оксида железа . Малая сила тяжести позволяет даже разреженным потокам воздуха поднимать огромные облака пыли на высоту до 50 км. А ветры, являющиеся одним из проявлений перепада температур, часто дуют над поверхностью планеты (особенно в конце весны - начале лета в южном полушарии, когда разница температур между полушариями особенно резкая), и их скорость доходит до 100 м/с. Таким образом формируются обширные пылевые бури, давно наблюдаемые в виде отдельных желтых облаков, а иногда в виде сплошной жёлтой пелены, охватывающей всю планету. Чаще всего пылевые бури возникают вблизи полярных шапок, их продолжительность может достигать 50-100 суток. Слабая жёлтая мгла в атмосфере, как правило, наблюдается после крупных пылевых бурь и без труда обнаруживается фотометрическими и поляриметрическими методами .

Пылевые бури, хорошо наблюдавшиеся на снимках, сделанных с орбитальных аппаратов, оказались слабозаметными при съемке с посадочных аппаратов. Прохождение пылевых бурь в местах посадок этих космических станций фиксировалось лишь по резкому изменению температуры, давления и очень слабому потемнению общего фона неба. Слой пыли, осевшей после бури в окрестностях мест посадок «Викингов», составил лишь несколько микрометров. Все это свидетельствует о довольно низкой несущей способности марсианской атмосферы .

С сентября 1971 по январь 1972 г. на Марсе происходила глобальная пылевая буря, которая даже помешала фотографированию поверхности с борта зонда «Маринер-9 » . Масса пыли в столбе атмосферы (при оптической толщине от 0,1 до 10), оцененная в этот период, составляла от 7,8⋅10 -5 до 1,66⋅10 -3 г/см 2 . Таким образом, общий вес пылевых частиц в атмосфере Марса за период глобальных пылевых бурь может доходить до 10 8 - 10 9 т, что соизмеримо с общим количеством пыли в земной атмосфере .

Вопрос о наличии воды

Для стабильного существования чистой воды в жидком состоянии температура и парциальное давление водяного пара в атмосфере должны быть выше тройной точки на фазовой диаграмме , тогда как сейчас они далеки от соответствующих значений. И действительно, 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) .

25 июля 2018 года вышел доклад об открытии, основанном на исследованиях радаром MARSIS . Работы показали наличие подлёдного озера на Марсе, расположенного на глубине 1,5 км подо льдом Южной полярной шапки (на Planum Australe ), шириной около 20 км. Это стало первым известным постоянным водоёмом на Марсе.

Времена года

Как и на Земле, на Марсе происходит смена времен года из-за наклона оси вращения к плоскости орбиты, поэтому зимой в северном полушарии полярная шапка растет, а в южном почти исчезает, а через полгода полушария меняются местами. При этом из-за достаточно большого эксцентриситета орбиты планеты в перигелии (зимнее солнцестояние в северном полушарии) она получает до 40 % больше солнечного излучения, чем в афелии , и в северном полушарии зима короткая и относительно умеренная, а лето длинное, но прохладное, в южном же наоборот - лето короткое и относительно теплое, а зима длинная и холодная. В связи с этим южная шапка зимой разрастается до половины расстояния полюс-экватор, а северная - только до трети. Когда на одном из полюсов наступает лето, углекислый газ из соответствующей полярной шапки испаряется и поступает в атмосферу; ветры переносят его к противоположной шапке, где он снова замерзает. Таким образом происходит круговорот углекислого газа, который наряду с разными размерами полярных шапок вызывает изменение давления атмосферы Марса по мере его обращения вокруг Солнца . За счёт того, что зимой до 20-30 % всей атмосферы замерзает в полярной шапке, давление в соответствующей области соответственно падает .

Изменения со временем

Как и на Земле, климат Марса претерпевал долгосрочные изменения и на ранних этапах эволюции планеты сильно отличался от нынешнего. Различие состоит в том, что главную роль в циклических изменениях климата Земли играют изменение эксцентриситета орбиты и прецессия оси вращения, притом что наклон оси вращения остаётся примерно постоянным благодаря стабилизирующему воздействию Луны , тогда как Марс, не имея такого большого спутника, может претерпевать существенные изменения наклона оси его вращения. Расчёты показали , что наклон оси вращения Марса, составляющий сейчас 25° - примерно ту же величину, что и у Земли, - в недавнем прошлом был равен 45°, а в масштабе миллионов лет мог колебаться от 10° до 50°.

Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, поэтому, как и следовало ожидать, температура на Марсе холоднее. По большей части на планете очень холодно. Исключение составляют только летние дни на экваторе. Даже на экваторе, температура на планете Марс ночью падает ниже нуля. В летние дни, днем она может быть около 20 градусов по Цельсию, но ночью падает до -90 С.

Орбита

Марс имеет высоко эллиптическую орбиту, так что температура меняется совсем немного, когда планета вращается вокруг Солнца. Так как он имеет наклон оси похожий на Земной (25,19 на Марс, а на Земле 26,27), то планета имеет сезоны. Добавьте к этому тонкую атмосферу, и вы сможете понять, почему планета не в состоянии удерживать тепло. Марсианская атмосфера состоит из более чем 96% углекислого газа. Если планета была в состоянии удержать атмосферу, то углекислый газ вызвал бы парниковый эффект, который нагрел бы его.

Следы водной эрозии, снимок Mars Odyssey

Орбитальные аппараты передали изображения, которые указывают на эрозию, вызванную жидкой водой. Это указывает на то, что Марс когда-то был значительно теплее и влажнее. Эрозия не исчезла, потому что в настоящее время нет жидкой воды или тектоники плит, чтобы сильно изменить пейзаж. Есть ветер, но он не достаточно сильный, чтобы изменить поверхность.

Важность теплого климата

Наличие теплой погоды и жидкой воды является важным по нескольким причинам. Одна из них, это то, что жидкая вода имеет важное значение для эволюции жизни. Некоторые ученые до сих пор придерживаются мнения, что микробная жизнь существует глубоко под поверхностью, где теплее и вода может существовать в жидком виде.

Колонизация

Если люди когда-нибудь колонизируют планету, они должны иметь источники воды. Пилотируемая миссия займет около двух лет, и количество груза на борту корабля будет ограничено. Одно из решений, заключается в том, что водяной лед может быть расплавлен, а затем очищен, но найти жидкую воды будет еще более целесообразным.

Температура это незначительное препятствие для раннего освоения человеком планеты, в то время как наличие воды гораздо более существенно. Все, что нам нужно сделать, это найти способ добраться до Марса и обратно без необходимости тратить два года в тесных космических аппаратах.