Магнитное поле марса: загадка красной планеты

Содержание

Мантия, ядро и извержения вулканов на Марсе

Несмотря на наличие гигантских вулканов на поверхности, в наши дни – Марс это холодная и давно мертвая планета. По данным исследовательского зонда “Марс-Экспресс”, гигант Олимп последний раз извергался 2 миллиона лет назад – и хотя с точки зрения геологии, это произошло не так уж и давно, в настоящее время никаких предпосылок к последующему пробуждению, на данный момент нет.

Мантия под марсианской корой находится в состоянии покоя. Она состоит в основном из кремния, кислорода, железа и магния и, вероятно, имеет консистенцию шоколадной пасты. Толщина марсианской мантии по расчетам ученых составляет от 5400 до 7200 километров.

Ядро Марса скорее всего твердое, состоящее из железа, никеля и серы. Его оценочный диаметр составляет 3000-4000 километров. Ядро неподвижно, и как следствие, у Марса отсутствует непрерывное магнитное поле. Именно отсутствие магнитного поля – главная причина того, что Марс мертв и почти не поддается колонизации, вопреки заверениям фантастов. Магнитное поле – “подушка безопасности” для планеты, и не имея такой “подушки”, поверхность Марса совершенно беззащитна перед солнечной радиацией.

Необходимо отметить, что в далеком прошлом планеты, магнитное поле Марса было очень даже заметным и успешно справлялось с ролью “щита” от опасного излучения. Если на Марсе и была когда-то жизнь, то было это именно в те времена. Теоретически, возможность того, что какие-то формы жизни сумели найти способ укрыться от радиации, не исключена, однако несмотря на все поиски в прошлом или настоящем Марса, признаков хоть какой-то органики пока найдено не было.

На Марсе слишком холодно для жидкой воды, чтобы существовать в течение любого промежутка времени, но имеет на поверхности можно предположить, что после воды текли на Марсе. Сегодня, вода существует в виде льда в почве, и в листах льда в полярных ледяных шапок. Средняя температура воздуха составит около минус 80 градусов по Фаренгейту (минус 60 ° С), хотя они могут варьироваться от минус 195 градусов по Фаренгейту (минус 125 градусов по Цельсию) в районе полюса зимой до 70 градусов F (20 градусов C) в полдень в районе экватора.

Гора Олимп – крупнейший вулкан Марса. на его вершине (27 км), состав атмосферы и её давление почти ничем не отличаются от открытого космоса

«Одинокий орёл»: достоинства и недостатки

Сонник Дома Солнца

Причины радиации на Марсе

Марс, к своему несчастью, лишен привычной для Земли магнитосферы. Хотя ранее он все же испытывал конвекционные токи в ядре, что намекало на функционирование динамо. Но 4.2 млрд. лет из-за крупного удара или стремительного охлаждения все прекратилось.

Художественное видение солнечного шторма, врезающегося в планету и вырывающего ионы из верхнего атмосферного слоя

В итоге, следующие 500 млн. лет марсианская атмосфера медленно удалялась в пространство. Из-за этого поверхность получала огромные радиоактивные порции. К тому же остаются отметки и после случайных солнечных вспышек.

Роль инженерных войск в мирное время

Интересные факты о планете Марсе

Красная планета охватывает лишь 15% земного объема, но 2/3 нашей планеты покрыто водой. Марсианская гравитация – 37% от земной, а значит ваш прыжок будет втрое выше.

Гора Олимп (самая высокая в Солнечной системе) вытягивается на 21 км, а в диаметре охватывает 600 км. На ее формирование ушли миллиарды лет, но лавовые потоки намекают на то, что вулкан все еще может быть активным.

К Марсу направляли примерно 40 космических миссий, включая простые пролеты, орбитальные зонды и высадку роверов. Среди последних был аппарат Curiosity (2012), MAVEN (2014) и индийский Мангальян (2014). Также в 2016 году прибыли ExoMars и InSight.

Эти погодные бедствия способны месяцами не успокаиваться и покрывают всю планету. Сезоны становятся экстремальными из-за того, что эллиптический орбитальный путь крайне вытянут. В ближайшей точке на южном полушарии наступает короткое, но жаркое лето, а северное окунается в зиму. Потом они меняются местами.

Исследователи смогли найти небольшие следы марсианской атмосферы в прибывших к нам метеоритах. Они плавали в пространстве миллионы лет, прежде чем добраться к нам. Это помогло провести предварительное изучение планеты еще до запуска аппаратов.

В Древней Греции использовали имя Арес, который отвечал за все военные действия. Римляне практически все скопировали у греков, поэтому использовали Марс в качестве своего аналога. Такой тенденции послужил кровавый окрас объекта. К примеру, в Китае Красную планету называли «огненной звездой». Формируется из-за оксида железа.

Ученые убеждены, что долгое время планета Марс располагала водой в виде ледяных залежей. Первыми признаками выступают темные полосы или пятна на кратерных стенах и скалах. Учитывая марсианскую атмосферу, жидкость обязана быть соленой, чтобы не замерзнуть и не испариться.

В ближайшие 20-40 миллионов лет Фобос подойдет на опасно близкое расстояние и разорвется планетарной гравитацией. Его осколки сформируют кольцо вокруг Марса, которое сможет продержаться до сотни миллионов лет.

Методы измерения силы тяжести

Силу тяжести измеряют динамическими и статическими методами. Динамические методы используют наблюдение за движением тела под действием силы тяжести и измеряют время перехода тела из одного заранее определённого положения в другое. Они используют: колебания маятника, свободное падение тела, колебания струны с грузом. Статические методы используют наблюдение за изменением положения равновесия тела под действием силы тяжести и некоторой уравновешивающей её силы и измеряют линейное или угловое смещение тела.

Измерения силы тяжести бывают абсолютными и относительными. Абсолютные измерения определяют полное значение силы тяжести в заданной точке. Относительные измерения определяют разность силы тяжести в заданной точке и некоторого другого, заранее известного значения. Приборы, предназначенные для относительных измерений силы тяжести, называются гравиметрами.

Динамические методы определения силы тяжести могут быть как относительными, так и абсолютными, статические — только относительными.

Интенсивность транспирации

Интенсивность транспирации – это количество влаги, испаряемой с дм2 растения за расчетную единицу времени. Данный параметр регулируется величиной раскрытия устьичных щелей, которая, в свою очередь, зависит от количества попадающего на растение света. Далее рассмотрим, как влияет свет на интенсивность транспирации.

Деформация клеток эпидермиса проходит под действием фотосинтеза, в процессе которого происходит преобразование крахмала в сахара.

При свете у растений начинается процесс фотосинтеза. Давление в замыкающих клетках увеличивается, что дает возможность вытягивать воду из соседних клеток эпидермиса. Объем клеток увеличивается, устьица раскрываются.
В вечернее и ночное время происходит преобразования сахаров в крахмал, в процессе которого клетки эпидермиса «откачивают» влагу из замыкающих клеток растения. Их объем уменьшается, устьица закрываются.

Помимо света на интенсивность транспирации оказывает влияние ветер и физические характеристики воздуха:

Чем ниже уровень влажности атмосферного воздуха, тем быстрее происходит испарение воды, а значит и скорость влагообмена.
При повышении температуры возрастает упругость водяных паров, которая приводит к снижению влажностных характеристик окружающей среды и увеличению объема испаряемой воды.
Под влиянием ветра значительно увеличивается скорость испарение влаги, тем самым ускоряется перенос влажного воздуха с поверхности листа, вызывая усиление водообмена.

Для определения данного параметра не следует забывать и об уровне влажности почвы. Если ее недостаточно, значит и наблюдается ее недостаток в растении. Снижение объема влаги в растительном организме автоматически изменяет интенсивность испарения.

Атмосфера и температура планеты Марс

Красная планета располагает тонким атмосферным слоем, который представлен углекислым газом (96%), аргоном (1.93%), азотом (1.89%) и примесями кислорода с водой. В ней много пыли, размер которой достигает 1.5 микрометра. Давление – 0.4-0.87 кПа.

Большое расстояние от Солнца к планете и тонкая атмосфера привели к тому, что температура Марса низкая. Она скачет между -46°C до -143°C зимой и может прогреваться до 35°C летом на полюсах и в полдень на экваториальной линии.

Тонкая марсианская атмосфера и пыльная красная поверхность, отображенные аппаратом Викинг-1 в 1976 году

Марс отличается активностью пылевых бурь, которые способны имитировать мини-торнадо. Они образуются благодаря солнечному нагреву, где более теплые воздушные потоки поднимаются и формируют бури, простирающиеся на тысячи километров.

При анализе в атмосфере также нашли следы метана с концентрацией 30 частичек на миллион. Значит, он освобождался из конкретных территорий.

Исследования показывают, что планета способна создавать в год до 270 тонн метана. Он достигает атмосферного слоя и сохраняется 0.6-4 лет до полного разрушения. Даже небольшое наличие говорит о том, что на планете скрывается газовый источник. Нижний рисунок указывает концентрацию метана на Марсе.

Распределение метана в атмосфере Марса

Среди предположений намекали на вулканическую активность, падение комет или наличие микроорганизмов под поверхностью. Метан может создаваться и в небиологическом процессе – серпентинизация. В нем присутствует вода, углекислый газ и минеральный оливин.

В 2012 году провели несколько вычислений по метану при помощи ровера Curiosity. Если первый анализ показал определенное количество метана в атмосфере, то второй показал 0. А вот в 2014 году ровер натолкнулся на 10-кратный всплеск, что говорит о локализированном выбросе.

Также спутники зафиксировали наличие аммиака, но его срок разложения намного короче. Возможный источник – вулканическая активность.

Как она должна работать

Если ориентироваться на уже существующие изобретения и технологии, которые сейчас находятся в стадии разработки, можно предположить, что терраформирование будет проводиться с помощью оборудования, которое привезут с Земли. Идеальная и пока недостижимая цель — найти материалы для терраформирования на самих планетах, чтобы не было необходимости постоянно что-то довозить, и космические объекты могли сами себя обеспечивать. Или завести на планеты микробы, которые смогут выстроить самовозобновляемую экосистему. Что это будут за микробы — пока тоже неизвестно.

О терраформировании ведутся постоянные дискуссии. Часть ученых считают, что уже сейчас мы должны смотреть в сторону этого направления и открывать лаборатории, где будут создавать и исследовать возможные варианты освоения космических тел. Другие уверены, что на данный момент у нас нет даже примерных технологий, которые помогут нам в этом процессе. Стоит дождаться еще большего развития науки и общества и только после этого начинать разработки.

Футурология

Поселение на Луне — взгляд профессора Вестминстерского университета

Несмотря на то, что идея о терраформировании пока только гипотетическая, в спор уже вступают политологи. В частности они задаются вопросом правления: кто будет управлять новыми планетами? Они будут принадлежать странам Земли или у них будет своя власть и свои правители? Как будут делиться территории и какие будут формы правления? И стоит ли вкладывать в освоение космоса крупные суммы из государственного бюджета, если современное население Земли вряд ли сможет воспользоваться плодами таких вложений?

Литература

• Лазарев С. Е. Судьба «маршальского курса» Академии Генерального штаба // Вопросы истории. Москва, 2009. № 12. С. 107—114.
• Лазарев С. Е. Социокультурный состав советской военной элиты 1931—1938 гг. и её оценки в прессе русского зарубежья. — Воронеж: Воронежский ЦНТИ — филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России, 2012. — 312 с. — 100 экз. — ISBN 978-5-4218-0102-3.

Боевые корабли основных классов

Методы измерения силы тяжести

Силу тяжести измеряют динамическими и статическими методами. Динамические методы используют наблюдение за движением тела под действием силы тяжести и измеряют время перехода тела из одного заранее определённого положения в другое. Они используют: колебания маятника, свободное падение тела, колебания струны с грузом. Статические методы используют наблюдение за изменением положения равновесия тела под действием силы тяжести и некоторой уравновешивающей её силы и измеряют линейное или угловое смещение тела.

Измерения силы тяжести бывают абсолютными и относительными. Абсолютные измерения определяют полное значение силы тяжести в заданной точке. Относительные измерения определяют разность силы тяжести в заданной точке и некоторого другого, заранее известного значения. Приборы, предназначенные для относительных измерений силы тяжести, называются гравиметрами.

Динамические методы определения силы тяжести могут быть как относительными, так и абсолютными, статические — только относительными.

Марсианские патогены

Известный писатель-фантаст Герберт Уэллс в своем романе «Война миров» поведал о том, что марсиан победили земные микроорганизмы. Именно с этой проблемой можем столкнуться и мы, попав на Марс.

Существуют предположения о наличии жизни на Красной планете. Самые простые организмы могут в действительности оказаться опасными противниками. Мы сами можем пострадать от этих микробов.

Любой патоген Марса способен убить все живое на нашей планете. В связи с этим космонавты Аполлона-11,12 и 14 пребывали в карантине 21 день, пока не было установлено, что на Луне отсутствует жизнь. Правда, Луна не имеет атмосферы в отличие от Марса. Космонавтов, собирающихся в путешествие на Марс, необходимо по возвращении на Землю поместить в долгосрочный карантин.

С чем не вяжется корвет

Сколько лететь до Марса?

1. Это будет очень долгий и невеселый полет

Компания Mars One заявила, что полет займет от 7-ми до 8-ми месяцев (минимум 210 дней), в зависимости от взаимного расположения Земли и Марса.

Космонавты проведут все это время в очень тесном пространстве (около 20 кв. метров на каждого), лишенные многих удобств. Они не смогут помыться, будут питаться консервами и слышать постоянный шум от вентиляторов, компьютеров и систем поддержания жизни. В случае солнечной бури им придется укрыться в еще более узком пространстве для защиты.

2. Это станет испытанием для психики

Когда Россией был проведен проект Марс-500, где шесть добровольцев находились в замкнутом пространстве в течение 520 дней, выяснилось, что у четырёх из них во время миссии появились проблемы со сном или развилась депрессия.

У одного члена экипажа появилось хроническое недосыпание, из-за чего пострадала его концентрация и внимание.

Юпитер

Сила тяжести

В центре Солнечной системы

Космические объекты, принадлежащие к первой группе, расположены внутри орбиты пояса астероидов. Для этих планет характерно следующее строение:

• Центральная область — горячее и тяжелое ядро, состоящее из железа и никеля.
• Мантия, большую часть которой составляют ультраосновные магматические породы.
• Кора, состоящая из силикатов (исключение — Меркурий). В связи с разряженностью атмосферы, его верхний слой сильно разрушен метеоритами).

Некоторые астрономические параметры и сила тяжести на других планетах кратко отражены в таблице.

Оперируя данными таблицы, можно определить, что сила тяжести на поверхности Меркурия и Марса в 2,6 раза меньше, чем на Земле, а на Венере вес космонавта будет меньше земного лишь на 1/10 часть.

Значение в природе

Сила тяжести играет важную роль в процессах эволюции звёзд. Для звёзд, находящихся на этапе главной последовательности своей эволюции, сила тяжести является одним из важных факторов, обеспечивающих условия, необходимые для термоядерного синтеза. На заключительных этапах эволюции звёзд, в процессе их коллапса, благодаря силе тяжести, не скомпенсированной силами внутреннего давления, звёзды превращаются в нейтронные звёзды или чёрные дыры.

Сила тяжести очень важна для формирования структуры внутреннего строения Земли и других планет и тектонической эволюции её поверхности. Чем больше сила тяжести, тем большая масса метеоритного материала выпадает на единицу её поверхности. За время существования Земли её масса существенно увеличилась благодаря силе тяжести: ежегодно на Землю оседает 30-40 млн. тонн метеоритного вещества, в основном в виде пыли, что значительно превышает рассеяние лёгких компонентов верхней атмосферы Земли в космосе.

Без потенциальной энергии силы тяжести, непрерывно переходящей в кинетическую, круговорот вещества и энергии на Земле был бы невозможен.

Сила тяжести играет очень важную роль для жизни на Земле. Только благодаря ей у Земли есть атмосфера. Вследствие силы тяжести, действующей на воздух, существует атмосферное давление.

У всех живых организмов с нервной системой есть рецепторы, определяющие величину и направление силы тяжести и служащие для ориентировки в пространстве. У позвоночных организмов, в том числе человека, величину и направление силы тяжести определяет вестибулярный аппарат.

Наличие силы тяжести привело к возникновению у всех многоклеточных наземных организмов прочных скелетов, необходимых для её преодоления. У водных живых организмов силу тяжести уравновешивает гидростатическая сила.

Роль силы тяжести в процессах жизнедеятельности организмов изучает гравитационная биология.

Литература

Ускорение свободного падения

Чем замечательна знаменитая Пизанская башня? Наклоном, архитектурой? Да. А еще с нее удобно бросать вниз различные предметы, чем и занимался в начале XVII века знаменитый итальянский исследователь Галилео Галилей. Бросая вниз всякие вещицы, он заметил, что тяжелый шар в первые мгновения падения двигается медленно, затем скорость его возрастает. Исследователя интересовал математический закон, по которому происходит изменение скорости.

Измерения, произведенные в дальнейшем, в том числе другими исследователями, показали, что скорость падающего тела:

• за 1 секунду падения становится равной 9,8 м/с;
• за 2 секунды – 19,6 м/с;
• 3 – 29,4 м/с;
• …
• n секунд – n∙9,8 м/с.

Эта величина 9,8 м/с∙с получила название «ускорение свободного падения». На Марсе (Красной планете) или другой планете это ускорение такое же или нет?

Проект «Зависит ли сила удара при падении от высоты»

Опыты над телами, подвергающимися воздействию разных сил, проводились еще в древности. До нас дошли свидетельства про опыты Галилея.

Галилео Галилей – итальянский физик, математик, астроном, философ, который сыграл видную роль в Научной Революции. Говорят, что он якобы бросил предметы с Пизанской башни, чтобы доказать, что эти объекты упадут одновременно, независимо от их массы, сформулировав, таким образом, закон свободного падения. Мы проведём подобный эксперимент и постараемся определить, как высота влияет на силу удара.

Цель – узнать, испытают ли падающие объекты, брошенные с большой высоты, более сильный удар, чем объекты, упавшие с небольшого расстояния.

Что нам понадобится:

• маленький твёрдый мяч (как мяч для гольфа);
• большая прозрачная коробка с песком внутри;
• высокое здание с окнами на одной стороне или лестницей (пожалуйста, будьте осторожны);
• линейка и метровая линейка;
• весы;
• друг, который вам поможет;
• ручка и бумага для записей.

Ход эксперимента:

Взвесьте мяч на весах, запишите результаты.
Измерьте расстояние от того места, с которого вы собираетесь бросить мяч, до поверхности песка. Начните с небольшой высоты. Запишите расстояние.
Просто уроните мяч, прямо в песок. Не прилагайте усилий

То есть, не бросайте мяч.
Осторожно возьмите мяч из песка, измерьте глубину выемки, которую он проделал, если таковая имеется.
Затем повторите шаги 2-4, но увеличивайте высоту. Помните, что нужно просто ронять мяч, а не бросать, поскольку это повлияет на результат.
Теперь мы собираемся узнать силу удара с разной высоты

Помните, что гравитация всегда составляет 9,81 м/с² (метр на секунду в квадрате). Мы подсчитаем скорость в момент удара при помощи этой формулы:

v=√2gh(квадратный корень),

где g – гравитация, h – высота, с которой роняли мяч (которую нужно был записать).

1. Это покажет скорость непосредственно перед столкновением с поверхностью земли.
2. Чтобы подсчитать кинетическую энергию (в джоулях), нам понадобится следующая формула:

KE=mv2/2,

где m – масса объекта в килограммах, v – скорость.

1. Чтобы вычислить среднюю силу удара (в ньютонах) используется принцип работы энергии:

d = расстояние после столкновения (которое вы должны измерить в песке). Так в каком случае сила удара была выше?

Таблица

Расстояние	Расстояние после удара
___________м
___________м

Вывод:

Почему, если бросить мяч вниз, а не просто уронить его, результаты эксперимента изменятся? Откуда мы знаем, что гравитация всегда составляет 9,81 м/с²? Что это вообще такое?

От Циолковского до очарованности космосом

В научном дискурсе проблема межпланетных полетов человека впервые была поднята в работах ученого Константина Циолковского, математика Якова Перельмана и инженера Владимира Рюмина в самом начале прошлого века. Первые же эксперименты в этой области принадлежат советскому изобретателю Фридриху Цандеру, который, основываясь на теоретических расчетах своих предшественников, подготовил первый проект полета человека на другую планету.

Согласно подсчетам Цандера, для путешествия двух-трех космонавтов на Марс потребовался бы корабль массой в 400 тонн, конструкция которого должна была представлять собой комбинацию аэроплана и ракеты — на случай, если полет придется осуществлять в другой по своей плотности атмосфере.

Для обслуживания космонавтов и кораблей ученый предлагал использовать околопланетные орбитальные станции. К слову, Цандер впервые сумел экспериментально проверить возможность использования оранжерей, которые планировал разместить на борту корабля для выращивания питания космонавтам.

Впоследствии на фундаменте этих исследований была организована «Группа изучения реак­тивного движения» (ГИРД), которая в 1933 году вошла в Реактивный научно-исследова­тельский институт (РНИИ), главным инженером которого стал легендарный Сергей Королев. Осенью того же года произошел первый запуск советской ракеты «ГИРД-Х», которая, взлетев вертикально на высоту около 80 метров, разбилась. До начала Второй мировой войны ее продолжали улучшать, обкатывая на наземных и летных испытаниях.

Вместе с тем, на Западе уже в 1952 году германо-американский конструктор Вернер фон Браун опубликовал свой проект пилотируемого полета на Марс. В книге Das Marsprojekt он предложил отправить на Красную планету десять межпланетных кораблей — семь с людьми (по десять человек на каждом) и три с грузом. Фон Браун спроектировал и посадочный модуль, напоминающий самолет. Предполагалось, что космонавты смогут приземлиться на поверхность Марса как на самолете, после чего демонтируют крылья так, чтобы модуль вновь принял облик ракеты.

Вернер фон Браун (слева) и Джон Ф. Кеннеди, 1963 год

(Фото: wikipedia.org)

Конечно, первые проекты пилотируемого полета человека на другую планету были не реализуемыми в принципе. Например, сегодня мы знаем, что из-за низкой температуры (в среднем минус 62 градуса по Цельсию) и предельно разреженной атмосферы (примерно в 100 раз менее плотной, чем на Земле) совершить посадку на Марс, используя крылья самолета, невозможно.

Эти проекты скорее определили общий вектор развития, поставили новые задачи перед инженерами и превратили космическую отрасль едва ли не в самое культовое явление во всем цивилизованном мире.

Именно на пике этой всеобщей очарованности космосом, к концу 50-х — началу 60-х годов, в СССР и США сумели, наконец, сконструировать первые реальные аппараты, проложившие первые тропинки к Марсу.

Марс

Марс наиболее похож по физическим данным на нашу планету. Конечно, жить там проблематично из-за отсутствия воздуха и воды, но он находится в так называемой зоне обитаемости. Правда, весьма условно. На нем нет ужасающей жары как на Венере, многовековых бурь как на Юпитере, и абсолютного холода как на Титане. И ученые последние десятилетия все не оставляют попыток придумать методы его терраформирования, создания пригодных для жизни условий без скафандров. Однако каково такое явление как сила тяжести на Марсе? Она составляет 0,38 g от земной, это примерно в два раза меньше. Это значит, что на красной планете можно скакать и прыгать гораздо выше, чем на Земле, и все тяжести весить будут также значительно меньше. И этого вполне достаточно для удержания не только его нынешней, «хилой» и жидкой атмосферы, но и гораздо более плотной.

Правда, говорить о терраформации пока рано, ведь для начала нужно хотя бы просто высадиться на него и наладить постоянные и надежные полеты. Но все же сила тяжести на Марсе вполне пригодна для обитания будущих поселенцев.

Марсианские пустыни

Пустыни на красной планете напоминают земные — песчаные и арктические. Вокруг полюсов располагаются обширные пространства, покрытые льдом. Марсианскую пыль и «снег», состоящий из двуокиси углерода, потоки воздушных масс складывают в барханы и дюны высотой около 15 м.

Песчаные дюнные и барханные гряды покрывают многие марсианские долины и дно кратеров. Они могут иметь как продольную, так и поперечную ориентацию. Такие рельефные формы внешне похожи на аналогичные образования в Сахаре. Это позволяет ученым предположить, что условия их образования на Земле и Марсе были одинаковыми.