«У нас на Марсе дрянь погодка!» - так говорилось в одном стихотворении про космонавтов, сложенном в те времена, когда ещё окружалась ореолом романтики… А действительно, какая погода бывает на «красной планете»?

Говоря о погоде на Земле, мы прежде всего имеем в виду состояние атмосферы. На Марсе она тоже есть - но не такая, как у нас. Дело в том, что у Марса, в отличие от Земли, нет магнитного поля, которое удерживало бы атмосферу - и солнечный ветер (поток ионизированных частиц из солнечной короны) разрушает её. Поэтому атмосферное давление у поверхности планеты в 160 раз ниже земного. Такая не может защищать планету от суточных температурных колебаний (поскольку не препятствует излучению в космос тепловой энергии), поэтому на экваторе температура воздуха, поднимаясь днём до +30 °C, ночью опускается до -80 °C, а на полюсах и того ниже - до -143 °C.

А вот что у наших планет очень похоже - так это угол наклона оси вращения, «ответственный» за смену времён года на планете (у Земли он составляет 23,439281, а у Марса - 25,19, как видите - не такая уж большая разница), поэтому смена сезонов на Марсе тоже есть - только продолжаются они в два раза дольше (ведь и марсианский год почти в 2 раза длиннее земного - 687 земных суток). Есть и свои климатические пояса, различаются сезоны и от полушария к полушарию.

Так, в северном полушарии зима наступает, когда Марс более всего приближается к Солнцу, а в южном - когда удаляется, летом же всё происходит наоборот. Поэтому зима в северном полушарии короче и теплее, чем в южном, а лето - длиннее, но холоднее.

Но заметнее всего (во всяком случае, для наблюдателя с земли) смена времён года в полярных областях, покрытых ледяными шапками. Полностью они не исчезают никогда, но размер их меняется. Зимой расстояние от южного полюса до границы южной полярной шапки равно половине расстояния до экватора, а на северном полюсе - трети этого расстояния. С приходом же весны полярные шапки уменьшаются, «отступая» к полюсам. При этом испаряется «сухой лёд » (замёрзший углекислый газ), составляющий верхний слой ледяных шапок, и в газообразном состоянии переносится ветром к противоположному полюсу, где в это время наступает зима - и (поэтому на противоположном полюсе шапка растёт).

На Земле, интересуясь прогнозом погоды, мы прежде всего задаёмся вопросом: а будет ли дождь? Так вот, на Марсе дождей можно не бояться - при таком низком атмосферном давлении вода в жидком состоянии существовать не может. А вот снег - бывает. Так, снег выпал на Марсе в 1979 году в районе посадки космического аппарата «Викинг-2», и не таял довольно долго - несколько месяцев.

В низинах, на дне кратеров и каньонах часто бывает туман в холодное время суток, а водяной пар, присутствующий в атмосфере, формирует облака.

А вот чего на Марсе следует опасаться (если мы когда-нибудь туда отправимся) - так это ураганных ветров, смерчей и пылевых бурь. Скорость ветра до 100 м/с - обычное явление для Марса, а из-за малой силы тяжести ветры поднимают в воздух огромное количество пыли.

Крупнейшие пылевые бури зарождаются в южном полушарии Марса весной (когда планета быстро прогревается) - и могут затянуться надолго и охватить огромные территории. Так, с сентября 1971 года до января 1972 на Марсе бушевала пылевая буря, охватившая всю планету - около миллиарда тонн пыли было поднято на 10-километровую высоту. Эта буря чуть не сорвала миссию космического аппарата «Маринер-9» - из-за плотной пылевой пелены поверхность планеты невозможно было наблюдать. Пришлось компьютер «Маринера» на задержку фотосъёмки (и всё равно никто не мог поручиться за успех - ведь невозможно было предсказать, когда буря прекратится).

Бывают на Марсе и «пылевые дьяволы» - вихри, поднимающие в воздух пыль и песок. На Земле такое явление встречается в пустынях, но Марс - весь пустыня, и возникнуть такой пыльный вихрь может где угодно.

Как видим, климат Марса действительно не очень-то благоприятен. И чтобы там могли «яблони цвести», придётся либо очень сильно изменить планету, либо подождать, когда это сделает природа… Во всяком случае, в обозримом будущем массовое заселение Марса вряд ли состоится.

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.

Планета Марс, как и другой близкий сосед Земли, Венера, со времен античности подвергается самому пристальному изучению астрономов. Видимая и невооруженному глазу, она с древности была окутана тайной, легендами и домыслами. И сегодня о Красной планете нам известно далеко не все, однако многие сведения, полученные за столетия наблюдения и изучения, развеяли некоторые мифы, помогли человеку понять многие процессы, происходящие на этом космическом объекте. Температура на Марсе, состав его атмосферы, особенности движения по орбите после усовершенствования технических методов исследования и начала космической эры успели перейти из разряда предположений в ранг неоспоримых фактов. Тем не менее многие данные об одновременно столь близком и таком далеком соседе еще только предстоит объяснить.

Четвертый

Марс располагается в полтора раза дальше от Солнца, чем наша планета (расстояние оценивается в 228 млн км). По этому параметру он занимает четвертое место. За орбитой Красной планеты лежит Главный пояс астероидов и «владения» Юпитера. Вокруг нашего светила она облетает примерно за 687 дней. При этом орбита Марса сильно вытянута: перигелий ее располагается на расстоянии 206,7, а афелий — 249,2 млн км. А сутки длятся здесь всего лишь почти на 40 минут дольше, чем на Земле: 24 часа и 37 минут.

Меньший брат

Марс относится к планетам земной группы. Основные вещества, составляющие его структуру, — это металлы и кремний. Среди схожих объектов по своим габаритам он опережает только Меркурий. Диаметр Красной планеты составляет 6786 километров, что примерно в два раза меньше, чем у Земли. Однако по массе Марс уступает нашему космическому дому в 10 раз. Площадь всей поверхности планеты чуть превышает площадь земных материков, вместе взятых, без учета просторов Мирового океана. Плотность здесь также ниже — составляет всего 3,93 кг/м 3 .

Поиски жизни

Несмотря на очевидное отличие Марса от Земли, долгое время он считался реальным кандидатом на звание обитаемой планеты. До начала космической эры ученые, наблюдавшие красноватую поверхность этого космического тела в телескоп, периодически обнаруживали признаки жизни, которые вскоре, правда, находили более прозаическое объяснение.

Со временем были четко определены условия, при которых вне Земли могли появиться хотя бы простейшие организмы. В их число входят определенные температурные параметры и наличие воды. Многие исследования Красной планеты ставили своей целью обнаружить, сложился ли там подходящий климат, и по возможности найти следы жизни.

Температура на Марсе

Красная планета — негостеприимный мир. Значительная удаленность от Солнца заметно сказывается на климатических условиях этого космического тела. Температура на Марсе по Цельсию варьирует в среднем от -155º до +20º. Здесь значительно холоднее, чем на Земле, поскольку в полтора раза дальше располагающееся Солнце согревает поверхность наполовину слабее. Эти не самые благоприятные условия усугубляются разреженной атмосферой , хорошо пропускающей радиацию, как известно, губительную для всего живого.

Подобные факты снижают до минимума шансы обнаружить на Марсе следы существующих или некогда вымерших организмов. Однако точка в этом вопросе пока не поставлена.

Определяющие факторы

Температура на Марсе, как и на Земле, зависит от положения планеты относительно светила. Максимальный ее показатель (20-33º) наблюдается днем в районе экватора. Минимальные значения (до -155º) достигаются поблизости от Южного полюса. Для всей территории планеты характерны значительные температурные колебания.

Эти перепады влияют как на климатические особенности Марса, так и на его внешний облик. Главная, заметная даже с Земли, деталь его поверхности — полярные шапки. В результате значительного нагрева летом и охлаждения в зимний период они претерпевают ощутимые изменения: то уменьшаются вплоть до практически полного исчезновения, то вновь увеличиваются.

Есть ли вода на Марсе?

Когда в одном из полушарий наступает лето, соответствующая полярная шапка начинает уменьшаться в размерах. Из-за ориентации оси планеты во время ее приближения к точке перигелия к Солнцу обращается южная половина. В результате лето здесь несколько жарче, и полярная шапка исчезает практически полностью. На севере такого эффекта не наблюдается.

Изменения размеров полярных шапок натолкнули ученых на мысль, что они состоят из не совсем обычного льда. Собранные на сегодняшний момент данные позволяют сделать предположение, что немалую роль в их образовании играет углекислый газ, который в большом количестве содержит атмосфера Марса. В холодное время года температура здесь достигает отметки, при которой обычно он превращается в так называемый сухой лед. Именно он начинает таять с приходом лета. Вода же, по мнению ученых, также присутствует на планете и составляет ту часть полярных шапок, которая остается неизменной и с повышением температуры (нагрев недостаточен для ее исчезновения).

Планета Марс при этом не может похвастаться наличием главного источника жизни в жидком состоянии. Надежду на его обнаружение долгое время вселяли участки рельефа, очень напоминающие русла рек. До сих пор до конца не понятно, что могло привести к их формированию, если на Красной планете никогда не было жидкой воды. В пользу «сухого» прошлого свидетельствует атмосфера Марса. Ее давление столь незначительно, что точка кипения воды приходится на непривычно низкие для Земли температуры, то есть она может существовать здесь только в газообразном состоянии. Теоретически в прошлом у Марса могла бы быть более плотная атмосфера, но тогда от нее остались бы следы в виде тяжелых инертных газов. Однако до сих пор они обнаружены не были.

Ветры и бури

Температура на Марсе, точнее, ее перепады, приводит к быстрому перемещению воздушных масс в полушарии, где наступила зима. Ветры, возникающие при этом, достигают 170 м/с. На Земле подобные явления сопровождались бы ливнями, однако Красная планета не обладает достаточными для этого запасами воды. Здесь возникают пылевые бури, настолько масштабные, что порой охватывают всю планету. В остальное же время тут почти всегда ясная погода (для образования значительного количества облаков также нужна вода) и очень прозрачный воздух.

Несмотря на относительно небольшой размер Марса и его непригодность для жизни, ученые связывают с ним большие надежды. Здесь в будущем планируется размещение баз для добычи полезных ископаемых и осуществления различной научной деятельности. Насколько реальны такие проекты, пока сказать трудно, однако непрерывное развитие техники свидетельствует в пользу того, что в скором времени человечество будет способно воплощать самые смелые идеи.

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°.