Температура на Марсе. Планеты Солнечной системы

Бог войны Марс в древнеримском пантеоне считался отцом римского народа, охранителем полей и домашних животных, потом покровителем конных состязаний. Его именем названа четвертая от Солнца планета. Наверное, кроваво-красный вид планеты вызывал у первых наблюдателей ассоциации с войной и смертью. Даже получили соответствующие названия - Фобос («страх») и Деймос («ужас»).

Красная загадка

У каждой планеты есть свои загадки, но ни одна из них так не интриговала землян, как Марс. Необъяснимым долгое время оставался необычный красный вид планеты, интересным представлялось и то, какая температура на Марсе, и не от этого ли зависит его цвет. Это сегодня каждый школьник знает, что обильное содержание в марсианской почве железных минералов придает ей такую окраску. А в прошлом были одни вопросы, на которые искали ответы самые пытливые умы землян.

Холодная планета

По своему возрасту эта планета такая же, как Земля и остальные соседи по Солнечной системе. Ученые предполагают, что ее рождение произошло 4,6 миллиарда лет тому назад. И хотя в истории развития планеты еще не все выяснено, многое уже удалось установить, в том числе и то, какая температура на Марсе.

Сравнительно недавно были обнаружены большой толщины залежи льда на полюсах в обоих полушариях. Это является свидетельством того, что на планете когда-то существовала жидкая вода. И температура Марса, возможно, была совершенно другой. Многие ученые предполагают, что если на поверхности есть лед, то вода должна сохраниться и в горных породах. А наличие воды является подтверждением того, что здесь когда-то была жизнь.

Установлено, что атмосфера планеты имеет плотность в 100 раз меньше земной. Но несмотря на это, в слоях марсианской атмосферы образуются облака и ветер. Над поверхностью иногда бушуют огромнейшие пылевые бури.

Какая температура на Марсе, уже известно, и благодаря полученным данным, можно сделать вывод о том, что на красной соседке значительно холоднее, чем на Земле. В районе полюсов зимой была зафиксирована составлявшая -125 градусов по Цельсию, а самая высокая летом достигает +20 градусов в области экватора.

Чем отличается от Земли

Между планетами есть много отличий, некоторые из них довольно существенные. Марс по размерам намного уступает Земле, в два раза. И расположена планета намного дальше от Солнца: расстояние до светила почти в 1,5 раза дальше, чем у нашей планеты.

Так как масса планеты сравнительно небольшая, то и на ней практически в три раза меньше, чем на Земле. На Марсе, также как и на нашей планете, наблюдаются разные времена года, но их длительность практически в два раза больше.

В отличие от Земли, Марс, температура воздуха которого в среднем составляет -30...-40°С, имеет сильно разреженную атмосферу. В ее составе преобладает углекислый газ, что предполагает отсутствие Поэтому на протяжении суток температура на Марсе у поверхности существенно меняется. Например, в полдень она может быть -18° С, а вечером - уже -63° С. Ночью на экваторе фиксировали температуру и в 100 градусов ниже нуля.

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.

Планета Марс имеет экваториальный диаметр 6787 км, т. е. 0,53 земного. Полярный диаметр несколько меньше экваториального (6753 км) из-за полярного сжатия, равного 1/191 (против 1/298 у Земли). Марс вращается вокруг своей оси почти так же, как и Земля: его период вращения равен 24 час. 37 мин. 23 сек., что лишь на 41 мин. 19 сек. больше периода вращения Земли. Ось вращения наклонена к плоскости орбиты на угол 65°, почти равный углу наклона земной оси (66°,5). Это значит, что смена дня и ночи, а также смена времен года на Марсе протекают почти так же, как на Земле. Там есть и климатические пояса, подобные земным: тропический (широта тропиков ±25°), два умеренных и два полярных (широта полярных кругов ±65°).

Однако вследствие удаленности Марса от Солнца и разреженности атмосферы климат планеты гораздо суровее земного. Год Марса (687 земных или 668 марсианских суток) почтя вдвое длиннее земного, а значит, дольше длятся и сезоны. Из-за большого эксцентриситета орбиты (0,09) длительность и характер сезонов Марса различны в северном и южном полушариях планеты.

Таким образом, в северном полушарии Марса лето долгое, но прохладное, а зима короткая и мягкая (Марс в это время близок к перигелию), тогда как в южном полушарии лето короткое, но теплое, а зима долгая и суровая. На диске Марса еще в середине XVII в. были замечены темные и светлые области. В 1784 г.

В. Гершель обратил внимание на сезонные изменения размеров белых пятен у полюсов (полярных шапок). В 1882 г. итальянский астроном Дж. Скиапарелли составил подробную карту Марса и дал систему названий деталей его поверхности,; выделив среди темных пятен "моря" (по-латыни mare), "озера" (lacus), "заливы" (sinus), "болота" (palus), "проливы" (freturn), "источники" (fens), "мысы" (promontorium) и "области" (regio). Все эти термины носили, разумеется, чисто условный характер.

Температурный режим на Марсе выглядит так. В дневные часы в районе экватора, если Марс находится вблизи перигелия, температура может подниматься до +25°С (около 300°К). Но уже к вечеру она падает до нуля и ниже, а за ночь планета выхолаживается еще больше, поскольку разреженная сухая атмосфера планеты не может удержать тепло, получаемое от Солнца днем.

Средняя температура на Марсе значительно ниже чем на Земле, - около -40° С. При наиболее благоприятных условиях летом на дневной половине планеты воздух прогревается до 20° С - вполне приемлемая температура для жителей Земли. Но зимней ночью мороз может достигать до -125° С. При зимней температуре даже углекислота замерзает, превращаясь в сухой лед. Такие резкие перепады температуры вызваны тем, что разреженная атмосфера Марса не способна долго удерживать тепло. Первые измерения температуры Марса с помощью термометра, помещённого в фокусе телескопа-рефлектора, проводились ещё в начале 20-х годов. Измерения В. Лампланда в 1922 г. дали среднюю температуру поверхности Марса -28°С, Э. Петтит и С. Никольсон получили в 1924 г. -13°С. Более низкое значение получили в 1960г. У. Синтон и Дж. Стронг: -43°С. Позднее, в 50-е и 60-е гг. были накоплены и обобщены многочисленные измерения температур в различных точках поверхности Марса, в разные сезоны и времена суток. Из этих измерений следовало, что днём на экваторе температура может доходить до +27°С, но уже к утру до -50°С.

Космический аппарат "Викинг" после посадки на Марс измерил температуру около поверхности. Несмотря на то, что в это время в южном полушарии стояло лето, температура атмосферы близ поверхности температура в утренние часы составляла - 160° С, но к середине дня поднялась до -30°С. Давление атмосферы у поверхности планеты составляет 6 миллибар (т. е. 0,006 атмосферы). Над материками (пустынями) Марса постоянно носятся облака мелкой пыли, которая всегда светлее тех пород, из которых она образуется. Пыль и повышает яркость материков в красных лучах.

Под действием ветров и смерчей пыль на Марсе может подниматься в атмосферу и держаться в ней довольно долго. Сильные пылевые бури наблюдались в южном полушарии Марса в 1956, 1971 и 1973 гг. Как показали спектральные наблюдения в инфракрасных лучах, в атмосфере Марса (как и в атмосфере Венеры) главным компонентом является углекислый газ (С03). Длительные поиски кислорода и водяного пара сперва вообще не давали уверенных результатов, а потом было установлено, что кислорода в атмосфере Марса не более 0,3%.

> > > Температура на Марсе

Какая температура на Марсе : значение днем и ночью, летом и зимой. Узнайте среднюю температуру атмосферы и поверхности Марса, описание климата и исследования.

Красная планета расположена дальше от Солнца, чем Земля, поэтому планете достается меньше нагрева. Если говорить точнее, то это крайне прохладное место. Исключение наступает лишь в летний период. Но даже в это время температура на Марсе падает ниже 0°C. Летом Красная планета может прогреться до 20°C, а ночью температура падает до -90°C.

Марс перемещается по эллиптическому пути, поэтому показатель температуры поверхности постоянно меняется, но незначительно. По осевому наклону в 25.19 градусов напоминает земной (26.27), а значит обладает сезонами. Прибавим сюда и тонкий атмосферный слой и поймем, почему планете не удается сберечь хотя бы минимальный нагрев. Атмосфера на 96% представлена углекислым газом. Если бы она была плотнее, то образовался бы парниковый эффект и мы получили вторую Венеру.

Как менялась температура на Марсе?

А как насчет прошлого? Марсоходы и зонды демонстрируют участки с эрозией, к чему могла привести жидкая вода. Это намекает на то, что ранее Марс был не только теплым, но и влажным. Однако Красная планета уже 3 млрд. лет остается сухой и морозной. Некоторые считают, что процесс остывания запустился 4 млрд. лет назад. Однако следы эрозии не исчезли, потому что нет воды в жидком состоянии или тектоники плит. Присутствует ветер, но его силы не хватает, чтобы трансформировать поверхность.

Исследователям важно отслеживать теплую погоду и жидкую воду, потому что они необходимы для зарождения и эволюции жизни. К тому же, если мы планируем дальнейшее изучение и колонизацию, то нам не обойтись без водных источников. На миссию уйдет минимум несколько лет. До прибытия экипажа можно расплавить водяной лед и очистить его.

Если с температурой Марса еще можно бороться, то вода выступает главным препятствием для колонизации. Осталось лишь разработать технологию, которая безопасно доставит нас туда и обратно. Теперь вы знаете, как температура на Марсе днем и ночью.