Планета марс. 
Астрономия. 
Солнечная система

Планета Марс — четвертая планета от Солнца и последняя планета земной группы. Названа в честь римского бога войны за свой красновато-оранжевый цвет, ассоциировавшийся с цветом крови и пожаров, сопутствующих войне. Последние десятилетия Марс подвергался интенсивным исследованиям с помощью космических аппаратов, изучавшим планету с пролетных траекторий, с орбит искусственных спутников Марса и непосредственно на поверхности планеты. В связи с этим многие свойства Марса достаточно хорошо известны, хотя, конечно, остается ряд «белых пятен».

Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 1,52 363 а. е., или 227,9 млн км. Эксцентриситет орбиты равен 0,9 344, т. е. вытянутость эллипса орбиты довольно значительна: расстояние до Солнца меняется в широких пределах, то увеличиваясь на 21 млн км, то уменьшаясь на 21 млн км по сравнению со средним значением. Можно напомнить, что расстояние Земли от Солнца меняется на ±2,5 млн км. В результате в перигелии орбиты Марс получает в 1,45 раза больше энергии от Солнца, чем в афелии (Земля — только в 1,03 раза).

Марс вращается вокруг своей оси почти с такой же угловой скоростью, что и Земля: звездные (сидерические) сутки продолжаются 24 часов 37 минут 22,6 секунды. Солнечные сутки равны 24 часам 39,5 минут. Разница между звездными и солнечными сутками объясняется, как и для Земли, движением Марса по орбите вокруг Солнца. Эта разница меньше, чем у Земли, из-за меньшей скорости движения по орбите.

(24,1 км/с у Марса вместо 29,8 км/с у Земли). Марс совершает один оборот вокруг Солнца за 687 земных или 669 марсианских суток.

Рис. 8.1. Планета Марс:

в центральной части изображения виден грандиозный каньон «Долины Маринера». Изображение составлено из многих снимков, переданных орбитальным аппаратом «Viking», NASA

Внутреннее строение Марса.

Марс сравнительно невелик. Его экваториальный диаметр составляет 6794 км (0,5326 земного), полярный диаметр — 6752 км. Грубо говоря, Земля по диаметру вдвое больше Марса, а Марс, в свою очередь, вдвое больше Луны. Масса Марса составляет 6,420 • 10²³ кг (0,10 745, или 1/9 массы Земли). Средняя плотность планеты равна 3,94 г/см³. Заметное отличие от Земли по этому параметру (напомним, что средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см³) показывает, что по внутреннему строению две планеты также существенно различаются. Судя по всем имеющимся данным, при столь низкой средней плотности Марс не может обладать значительным железным ядром. Масса ядра оценивается всего в 5—9% от общей массы планеты.

Существует эффективный способ анализа внутреннего строения небесных тел по значению так называемого безразмерного момента инерции планеты I. Он представляет собой сумму моментов инерции всех элементов тела (момент инерции элемента с номером i равен произведению квадрата расстояния г этого элемента до центра масс и массы т данного элемента), отнесенную к величине MR², где М — масса планеты, R — ее радиус.

Если вещество тела равномерно распределено по всему объему шара, т. е. плотность не зависит от глубины, безразмерный момент инерции равен точно 0,4. Примерами являются Плутон (7 = 0,39) и Луна (7 = 0,391). Это означает, что если у Плутона и Луны есть плотные ядра, то очень небольшие. У тел с размерами планеты так не бывает: большая масса, а значит, и большая сила тяжести приводит к тому, что плотность увеличивается с глубиной.

Если тело полое внутри, безразмерный момент инерции должен значительно превышать 0,4, вплоть до 2/3 = 0,666… Такие тела неизвестны.

Если в недрах планеты находится плотное ядро, параметр I < 0,4. Так, у Земли I = 0,3309, у Венеры I = 0,333, у Меркурия I = 0,324. Эти значения однозначно указывают на то, что в недрах указанных планет присутствуют плотные железные ядра, причем у Меркурия оно, как указано выше, относительно больше, чем у Земли. Что касается Марса, то для этой планеты безразмерный момент инерции гораздо меньше отличается от критического значения 0,4 :1 = 0,377. Это дополнительный довод в пользу представления о том, что Марс обладает небольшим железным ядром. По-видимому, планета отличается еще и толстой литосферой. Современные оценки толщины марсианской коры дают от 25—30 км в северном полушарии и до 50 км в южном.

Прямые измерения химического состава марсианского грунта, выполненные американскими посадочными аппаратами, указывают на высокое содержание железа в породах — 12—14%. Там много кремния (20%), присутствуют магний (5%), кальций (4%), алюминий (2—4%), сера (3%), титан. Высокое содержание железа и его оксидов (в частности, гидроокисей железа — гетитов) приводит к характерной красновато-оранжевой окраске марсианских пород. Мелкодисперсная оранжевая пыль также содержит железо: съемки показали, что некая магнитная деталь одного из американских марсоходов —управляемых с Земли шестиколесных самоходных автоматических аппаратов, передвигающихся по поверхности планеты, — покрылась слоем «примагниченной» красной пыли. Судя по всему, процесс гравитационной дифференциации на Марсе выражен гораздо слабее, чем у Земли: разделение на железные и силикатные компоненты, которое приводит к образованию плотного металлического ядра и сравнительно легких каменных поверхностных оболочек, на Марсе не произошло либо далеко не завершено, железа на поверхности очень много.

Важный показатель, свидетельствующий о существовании железного ядра у планеты, — наличие у нее магнитного поля. Советские космические аппараты серии «Марс», работавшие в 1970;е гг. на орбитах искусственных спутников Марса («Марс-2», «Марс-3», «Марс-5») получили данные о наличии у планеты слабого магнитного поля: на экваторе оно составляет около (36) -10⁴ Гс, у полюсов — вдвое больше. Это примерно 0,1% от значения магнитного поля Земли. Геометрия магнитного поля планеты близка к дипольной, ось магнитного диполя Марса наклонена к оси вращения примерно на 15°. Северный полюс диполя расположен в южном полушарии (в этом смысле Марс подобен Земле) на долготе около 270°.

Помимо слабого глобального поля, в отдельных районах Марса присутствуют локальные поля, напоминающие вытянутые полосы со слабой намагниченностью. Окончательной теории магнетизма Марса пока не существует.

Сравнение магнитных полей Луны и четырех планет земной группы с периодами их вращения и моделями внутреннего строения приводит к выводу, что для существования магнитного поля, по-видимому, требуется большое жидкое ядро и достаточно быстрое вращение. В приложении к Марсу эти соображения допускают следующие гипотезы, претендующие на объяснение слабого магнетизма этой планеты. Существует версия, что небольшое изначально расплавленное ядро Марса сравнительно быстро застыло, в результате чего планета утратила сильное магнитное поле, существовавшее в прошлом. Американский спутник «Марс Глобал Сервейер» выполнил измерения с высоты 400 км, которые позволили построить глобальную карту магнитных аномалий планеты. Индукция магнитного поля в них указывает, что в древности Марс имел сильное (возможно, более мощное, чем современное земное) магнитное поле, при этом полярность так же, как на Земле, периодически менялась на обратную. В связи с этим существует гипотеза, которая, впрочем, считается маловероятной, допускающая, что как раз в настоящее время Марс находится на стадии инверсии магнитного поля, подобной тем, что неоднократно происходили на Земле. В связи с этим может оказаться, что отсутствие у планеты сильного глобального дипольного поля — это временное явление. В любом случае, современный магнетизм Марса оказывается существенно слабее, чем у Земли.