§ 17. Марс

Определения и обозначения

Марс — четвёртая от Солнца планета, относящаяся к планетам земной группы. К этой группе также принадлежат Меркурий, Венера и Земля: это сравнительно небольшие планеты с твёрдой поверхностью. Такое положение помогает сопоставлять Марс с Землёй, но сходство по типу не означает одинаковых условий.

Марсианские сутки — промежуток между двумя последовательными прохождениями Солнца через местный меридиан, то есть воображаемую линию с севера на юг через место наблюдателя. Они длятся около 24 часов 37 минут, примерно на 37 минут дольше земных. Это определение нужно, чтобы не путать сутки с периодом вращения планеты относительно далёких звёзд.

Фобос и Деймос — два естественных спутника Марса, которые обращаются вокруг планеты. Их движение отличается от движения искусственных аппаратов: спутники не созданы человеком и связаны с планетой силой притяжения. Знание о них дополняет представление о системе Марса, а не только о самой планете.

Полярная шапка Марса — область у полюса, покрытая сезонно меняющимися отложениями водяного льда и замёрзшего углекислого газа. При смене сезонов часть замёрзшего углекислого газа переходит в газ, а затем снова оседает. Поэтому размер шапки меняется, и наблюдения за ней помогают изучать климат планеты.

Как это устроено

Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, и относится к планетам земной группы из-за твёрдой поверхности и сравнительно небольших размеров. Сходство с Землёй заметно при сравнении радиусов, суток и некоторых особенностей рельефа, но оно не распространяется на все условия. Например, малая масса Марса связана с более слабым притяжением, а его атмосфера гораздо менее плотная. Поэтому сравнение планет позволяет увидеть не только общие черты, но и последствия различий в их строении.

Красный оттенок поверхности связан с соединениями железа в марсианском грунте и пыли. Железосодержащие минералы окисляются, а образовавшиеся соединения отражают свет так, что поверхность кажется красноватой. Телескопические наблюдения показывают крупные светлые и тёмные области, но сами по себе не дают полного ответа о составе. Посадочные аппараты и марсоходы исследуют грунт непосредственно с помощью приборов, а орбитальные аппараты изучают его по отражённому излучению; совместные данные помогают определить минералы и распределение пыли.

Атмосфера Марса состоит преимущественно из углекислого газа, однако она очень разрежена. Причина в том, что планета обладает небольшой массой и более слабой силой притяжения: ей труднее удерживать газовую оболочку. Разреженный газ хуже переносит и удерживает тепло, поэтому поверхность быстро теряет энергию, особенно ночью. Это объясняет большие перепады температуры и то, почему наличие углекислого газа не делает климат Марса похожим на земной.

Времена года возникают потому, что ось вращения Марса наклонена относительно плоскости его орбиты. Пока планета движется вокруг Солнца, то одно, то другое полушарие получает больше солнечного света. Орбита Марса заметно вытянута, поэтому расстояние до Солнца в разные части года меняется сильнее, чем на Земле. Из-за сочетания наклона оси и вытянутой орбиты сезоны в полушариях отличаются по продолжительности и условиям.

Марс вращается вокруг собственной оси, и именно это вращение определяет смену дня и ночи. Марсианские сутки близки к земным, но немного длиннее; при этом год связан не с вращением, а с полным обращением планеты вокруг Солнца. Марс находится дальше от Солнца и движется по более протяжённой орбите, поэтому на один оборот ему требуется около 687 земных суток. Разделение этих периодов помогает верно описывать календарь и суточный ритм планеты.

Сравнение Марса и Земли

Таблица позволяет быстро сравнить масштаб планет, длительность их циклов и состав атмосфер. Значения округлены, поэтому небольшие расхождения с данными из других источников возможны. Сравнивая показатели, учитывайте, что одинаковая единица измерения ещё не означает одинаковых условий на планетах.

Разбор задач

Задача 1. Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет примерно 1,52 а. е. Выразите его в километрах, используя значение 1 а. е. ≈ 150 млн км. Нужно заменить астрономические единицы километрами, поэтому значение 1,52 умножаем на число километров в одной единице. Сначала выполним умножение для числа 150, затем укажем масштаб «млн км».

1. Записываем перевод: 1,52 а. е. × 150 млн км/а. е. Единица «а. е.» сокращается.
2. Вычисляем: 1,52 × 150 = 228.
3. Сохраняем единицу результата: 228 млн км.

Ответ: среднее расстояние от Марса до Солнца составляет примерно 228 млн км. Оценка разумна: Марс дальше от Солнца, чем Земля, чьё среднее расстояние равно примерно 150 млн км.

Задача 2. Марсианские сутки длятся около 24 ч 37 мин. На сколько они длиннее земных суток, равных 24 ч? Поскольку обе длительности выражены в часах и минутах, сначала представим земные сутки как 24 ч 00 мин. Затем вычтем меньшую длительность из большей, не меняя единицы измерения.

1. Записываем обе длительности: 24 ч 37 мин и 24 ч 00 мин.
2. Вычитаем: 24 ч 37 мин − 24 ч 00 мин = 0 ч 37 мин.
3. Проверяем смысл результата: целые часы одинаковы, поэтому разница составляет только минуты.

Ответ: марсианские сутки длиннее земных примерно на 37 минут. Это не означает, что марсианский год тоже длиннее всего на несколько минут: год определяется обращением вокруг Солнца, а не вращением планеты вокруг оси.

Задача 3. Период обращения Марса вокруг Солнца составляет около 687 земных суток. Сколько марсианских лет пройдёт за 5 земных лет? Земной год принимаем равным 365 суткам. Чтобы сравнить периоды, переведём пять земных лет в сутки, а затем разделим общее время на длительность марсианского года.

1. Находим длительность пяти земных лет: 5 × 365 = 1825 земных суток.
2. Делим это время на продолжительность марсианского года: 1825 ÷ 687 ≈ 2,66.
3. Проверяем оценку: два марсианских года составляют 1374 суток, а трёх за это время пройти не может, поскольку для них нужно 2061 сутки.

Ответ: за 5 земных лет пройдёт примерно 2,66 марсианского года. Дробная часть означает, что к концу этого промежутка третий марсианский год уже начнётся, но не завершится.

Типичные ошибки

Считать Марс почти таким же, как Земля, только меньшим, — значит переносить сходство размеров и твёрдой поверхности на климат и атмосферу. Такую ошибку допускают, когда замечают общую принадлежность к планетам земной группы. Проверьте себя: сравните состав и плотность атмосфер, а также условия удержания тепла. Разница между планетами в этих свойствах существенна.

Красный цвет не означает, что поверхность раскалена: он связан с соединениями железа в грунте и пыли. Ошибка возникает из-за привычной связи красного цвета с огнём и высокой температурой. Проверка простая: спросите, объясняет ли цвет минералогический состав поверхности; именно это подтверждают исследования. Температуру нельзя выводить только из внешнего оттенка планеты.

Путать марсианские сутки с годом — значит смешивать вращение вокруг оси с обращением вокруг Солнца. Периоды близки по названию, поэтому их легко принять за одно и то же. Проверьте, какое движение описывается: смена дня и ночи связана с сутками, а полный путь по орбите — с годом. Для Марса это примерно 24 ч 37 мин и 687 земных суток соответственно.

Считать полярные шапки состоящими только из водяного льда и неизменными — неверно. Такое представление появляется, если не учитывать сезонное изменение температуры и переход углекислого газа между твёрдым и газообразным состояниями. Чтобы проверить себя, вспомните оба компонента отложений и спросите, меняется ли их количество в течение года. Размеры шапок действительно меняются по сезонам.

Связь с другими темами

Для изучения Марса нужно различать строение Солнечной системы и два вида движения планет: вращение вокруг оси и обращение вокруг Солнца. Сравнение с Землёй и другими планетами земной группы показывает, как масса, расстояние от Солнца и состав атмосферы связаны с условиями на поверхности. Наблюдения и работа космических аппаратов связывают тему с методами астрономических исследований. Эти знания нужны и при обсуждении того, могла ли существовать жизнь за пределами Земли.

Что запомнить

• Марс — четвёртая планета от Солнца и представитель планет земной группы.
• Красноватый цвет поверхности связан с соединениями железа.
• Атмосфера Марса разреженная и состоит преимущественно из углекислого газа.
• Марсианские сутки немного длиннее земных.
• Марсианский год длится примерно 687 земных суток.
• У Марса два естественных спутника — Фобос и Деймос.