Формирование и эволюция Солнечной системы

Ни одна из большого числа различных моделей происхождения и развития Солнечной системы не удостоилась перевода в ранг общепризнанной теории.

Согласно гипотезе Канта – Лапласа система планет вокруг Солнца образовалась в результате действия сил притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи, находящейся во вращательном движении вокруг Солнца.

Впервые английский физик и астрофизик Дж. Х. Джинс (1877 - 1946) предположил, что когда-то Солнце столкнулось с другой звездой, в результате чего из него была вырвана струя газа, которая, сгущаясь, превратилась в планеты. Учитывая огромное расстояние между звездами, такое столкновение кажется невероятным.

Из современных гипотез происхождения Солнечной системы наиболее известна электромагнитная гипотеза шведского астрофизика Х. Альфвена (1908 - 1995) и английского Ф. Хойла (1915 - 2001). Согласно этой теории первоначальное газовое облако, из которого образовались и Солнце и планеты, состояло из ионизированного газа, подверженного влиянию электромагнитных сил. После того, как из огромного газового облака посредством концентрации образовалось Солнце, на очень большом расстоянии от него остались небольшие части этого облака. Гравитационная сила стала притягивать остатки газа к образовавшейся звезде – Солнцу, но его магнитное поле остановило движущийся газ на различных расстояниях – как раз там, где находятся планеты. Гравитационные и магнитные силы повлияли на концентрацию и сгущение этого газа. В результате образовались планеты. Когда возникли самые крупные планеты, тот же процесс повторился в меньших масштабах, создав, таким образом, системы спутников.

Известна также гипотеза образования Солнечной системы из холодного газопылевого облака, окружающего Солнце, предложенная советским ученым О.Ю. Шмидтом (1891 - 1956).

Согласно общепринятой в настоящее время гипотезе, формирование Солнечной системы началось около 4,6 млрд. лет назад с гравитационного коллапса небольшой части гигантского межзвездного газопылевого облака. Это начальное облако было, вероятно, размером в несколько световых лет и являлось прародителеи для нескольких звезд.

В процессе гравитационного сжатия размеры газопылевого облака уменьшились и, в силу закона сохранения углового момента, росла скорость вращения облака. Центр, где собралась большая часть массы, становился все более и более горячим, чем окружающий диск. Из-за вращения скорости сжатия облака параллельно и перпендикулярно оси вращения различались, что привело к уплощению облака и формированию характерного протопланетного диска с диаметром примерно 200 а.е. и горячей, плотной протозвезды в центре. Полагают, что в этой точке эволюции Солнце было звездой типа Т Тельца. Изучение таких звезд показывает, что они часто сопровождаются протопланетными дисками с массами 0,001 – 0,1 солнечной массы, с подавляющим процентом массы туманности, сосредоточенным непосредственно в звезде. Планеты сформировались аккрецией из этого диска (рис.27).

В течение 50 млн лет давление и плотность водорода в центре протозвезды стали достаточно большими для начала термоядерных реакций. Температура, скорость реакции, давление и плотность увеличились, пока не было достигнуто гидростатическое равновесие, с тепловой энергией, противостоящей силе гравитационного сжатия. На этом этапе Солнце стало полноценной звездой главной последовательности.

Рис.27 Эволюция Солнца

Солнечная система просуществует, пока Солнце не начнет развиваться вне главной последовательности диаграммы Герцшпрунга – Рассела, которая показывает зависимость между яркостью звезд и температурой их поверхности. Более горячие звезды являются более яркими.

Солнце сжигает запасы водородного топлива, при этом выделяющаяся энергия, имеет тенденцию к исчерпанию, заставляя Солнце сжиматься. Это увеличивает давление в его недрах и нагревает ядро, таким образом ускоряя сжигание топлива. В результате Солнце становится ярче на примерно десять процентов каждые 1,1 млрд лет.

Через приблизительно 5 - 6 млрд. лет, водород в ядре Солнца будет полностью преобразован в гелий, что завершит фазу главной последовательности. В это время внешние слои Солнца расширятся примерно в 260 раз – Солнце станет красным гигантом. Из-за чрезвычайно увеличивающейся площади поверхности, она будет гораздо более прохладной, чем при нахождении на главной последовательности (2600 К).

В конечном счете, внешние слои Солнца будут выброшены мощным взрывом в окружающее пространство, образовав планетарную туманность, в центре которой останется лишь небольшое звездное ядро – белый карлик, необычно плотный объект в половину первоначальной массы Солнца, но размером с Землю. Эта туманность возвратит часть материала, который сформировал Солнце, в межзвездную среду.

Теории происхождения Солнечной системы носят гипотетический характер, и однозначно решить вопрос об их достоверности на современном этапе развития науки невозможно. Во всех существующих теориях имеются противоречия и неясные места.

Отсутствие общепризнанной версии происхождения планетной системы имеет свое объяснение. Прежде всего, единственность объекта наблюдения исключает применение сравнительного анализа и заставляет решать нелегкую задачу восстановления истории на основании одних только знаний о сегодняшнем состоянии Солнечной системы. Например, представления об эволюции звезд от их рождения до гибели получены благодаря накоплению и статистической обработке наблюдаемых данных о современном состоянии множества звезд разных классов, находящихся на разных стадиях развития. Неудивительно, что о развитии далеких от нас звезд астрономия знает существенно больше, чем о происхождении и развитии места нашего обитания – Солнечной системы.

Таким образом, солнечная система – очень сложное природное образование, сочетающее разнообразие составляющих ее элементов с высочайшей устойчивостью системы как целого. При огромном числе и разнообразии составляющих систему элементов, при тех сложных взаимоотношениях, которые устанавливаются между ними, задача определения механизма ее образования, оказывается очень непростой.

В Солнечную систему входят:

· Солнце;

· 4 планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс и их спутники;

· пояс малых планет – астероидов, куда входит планета – карлик Церера;

· бесчисленное число метеоритных тел, движущихся как роями, так и одиночно.

· 4 планеты – гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и их спутники;

· сотни комет;

· кентавры;

· транснептуновые объекты: пояс Койпера, куда входят 4 планеты – карлика: Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида и рассеянный диск;

· Отдаленные области, куда входит облако Оорта и Седна;

· Пограничные области.

Солнце

Солнце относится к рядовым звездам нашей Галактики и представляет собой раскаленный газовый (плазменный) шар преимущественно гелиево- водородного состава, который разбавлен примесью (около 1%) остальных химических элементов, соотношение которых изменяется от поверхности к ядру. В верхних слоях Солнца водорода содержится около 90 %, а гелия – 10 %. В ядре содержится лишь 37 % водорода. Соотношение между водородом и гелием с течением времени изменяется в пользу гелия, поскольку уже в течение 4,5 млрд. лет на Солнце протекают термоядерные реакции, превращающие ядра водорода в ядра гелия. Ежесекундно около 600 млн. т водорода превращаются в гелий при температуре около 15 млн. ⁰ С. При этом 4,3 млн. т переходит в лучистую энергию (рис.28).

Рис.28 Солнце

Энергия солнечного излучения – определяющий фактор многих геохимических процессов. Температура излучения разных частей поверхности Солнца и другие параметры таковы:

- среднее расстояние от Земли составляет 140 504 тыс. км;

- радиус Солнца равен 6,96∙10¹¹ см;

- масса Солнца составляет 1,99∙10³³ г (в 333 тыс. раз больше Земли);

- средняя плотность вещества в Солнце равна 1,41 г/см³ ;

- ускорение свободного падения на уровне видимой поверхности Солнца – 2,74∙10⁴ см/с² (в 27,9 раза больше земного);◦

- в Солнце сосредоточено 99,866% всей массы Солнечной системы;

- критическая скорость освобождения тел на поверхности Солнца равна 619,4 км/с;

- вращение Солнца имеет дифференцированный характер. Экваториальная зона вращается быстрее (14,4◦ за сутки), чем высокоширотные зоны (около 10◦ за сутки у полюсов);

- период обращения Солнца в Млечном пути – 225 миллионов км;

- средний период вращения 25,38 суток, а скорость вращения точки на экваторе – 2 км/с;

- эффективная температура поверхности Солнца равна 5780◦К;

- в центре Солнца вероятная температура достигает 1,6∙10^6◦ К, а плотность достигает 160 г/см² .

Наряду со светом, Солнце излучает непрерывный поток заряженных частиц (плазмы), известный как солнечный ветер. Этот поток частиц распространяется со скоростью примерно 1,5 млн. км в час, наполняя околосолнечную область и создавая у Солнца некий аналог планетарной атмосферы (гелиосферу). Магнитное поле Земли мешает солнечному ветру сорвать атмосферу Земли. Венера и Марс не имеют магнитного поля и в результате, солнечный ветер постепенно сдувает их атмосферы в космос. Корональные выбросы массы и подобные явления изменяют магнитное поле и выносят огромное количество вещества с поверхности Солнца – порядка 10⁹ – 10¹⁰ тонн в час. Взаимодействуя с магнитным полем Земли это вещество попадает преимущественно в верхние приполярные слои атмосферы Земли, где от такого взаимодействия возникают полярные сияния, наиболее часто наблюдаемые около магнитных полюсов.

Структура Солнца

Верхний слой Солнца – корона. Самый разряженный слой простирается на миллионы километров. Потоки плазмы солнечной короны, называемые солнечным ветром, заполняют Солнечную систему на расстояние 100 астрономических единиц. Плотность частиц солнечного ветра около Земли достигает 6 млн. в 1 м³ , а скорость – 300 км/с.

Под короной находится цветной слой – хромосфера. Простирается до 10 – 14 тыс. км. Во время солнечной активности, которая проявляет себя каждые 11 лет, с поверхности Солнца поднимаются потоки газа – протуберанцы. Они выбрасываются на высоту до миллиона километров. И существуют от нескольких недель до нескольких месяцев. В некоторых случаях они возвращаются к поверхности Солнца, в других– рассеивается в космическом пространстве.

Еще ниже находится ослепительно яркий, непрозрачный слой – фотосфера. Она простирается на расстояние 300 – 400 км. Она излучает всю солнечную энергию. Ее яркость больше яркости хромосферы во много раз. Движение слоев Солнца относительно друг друга и движение потоков электронов создают сильнейшее магнитное поле, которое удерживает солнечное вещество в пределах звезды. В местах выхода магнитного поля на поверхность Солнца появляются темные пятна. Солнечное пятно – это холодная темная зона, температура темных пятен примерно на 1500 градусов холоднее окружающих участков фотосферы, а их диаметр может достигать от 1500 до десятков тысяч километров. Оно может существовать от одних суток до нескольких месяцев. Когда внутри Солнечного пятна взрывается огромная масса газа, происходит солнечная вспышка. Вместе с протуберанцами, факелами и вспышками темные пятна свидетельствуют о суммарной солнечной активности, изменение которой оказывает сильное воздействие на физико – химические и биологические процессы на Земле.

Далее идет зона конвекции. В этой зоне энергия переносится от слоя к слою самим веществом в результате перемешивания.

Ниже находится лучистая зона – энергия передается наружу от слоя к слою в результате поглощения и излучения квантов.

Ядро Солнца. Внутри ядра Солнца происходят мощные термоядерные реакции с выделением огромного количества энергии. Земля получает от Солнца лишь 1/2000000 миллиардную долю солнечного излучения.

Планеты Солнечной системы

Планета – любое тело на орбите вокруг Солнца, оказавшееся достаточно массивным, чтобы приобрести сферическую форму, но недостаточно массивным для начала термоядерного синтеза, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от планетоземалий.

Солнечная система состоит из 8 крупных планет и 3 планет – карликов. Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс. Планеты – гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Планеты – карлики: Плутон, Церера, Эрида.

Основные атрибуты планеты следующие:

- не звезда;

- обращается вокруг звезды (например, Солнца);

- достаточно массивно, чтобы под действием собственного тяготения стать шарообразным;

- достаточно массивно, чтобы своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от других небесных тел.

Основные параметры планеты это:

- расстояние от Солнца;

- период обращения вокруг Солнца;

- период обращения вокруг своей оси;

- средняя плотность (г/см³);

- диаметр экватора в км;

- относительная масса;

- температура поверхности;

- число спутников;

- преобладание газа в атмосфере.

Планеты земной группы

Эти планеты имеют малые размеры, высокую плотность, твердую поверхность, медленно вращаются вокруг своей оси, имеют малое количество спутников (3), малые по размерам атмосферы (на Меркурии атмосферы практически нет), у них отсутствуют кольца. Четыре внутренние планеты состоят из тяжелых элементов, в значительной степени из тугоплавких минералов, которые формируют у них мантию и кору; и металлов, таких как железо и никель, которые формируют у них ядро. У всех имеются ударные кратеры и тектонические черты поверхности, такие как рифтовые впадины и вулканы.

Меркурий

Ближайшая к Солнцу планета. Среднее расстояние от Меркурия до Солнца меньше 58 млн.км. Это самая маленькая из планет земной группы, ее радиус составляет всего 2439,7 км (рис.29). Она быстрее остальных двигается по самой близкой к Солнцу сильно вытянутой эллиптической орбите. Полный оборот она совершает за 88 суток. Меркурий очень медленно вращается вокруг своей оси, средняя скорость движения планеты по орбите 48 км/с. В 1965 г. благодаря применению радиолокации был измерен период вращения Меркурия вокруг оси, оказавшийся равным 58 сут.16 час. Отражательная способность поверхности планеты очень мала и составляет 0,07. Температура освещенной Солнцем стороны равна + 400◦С, а ночного полушария – 170◦С. Причина низкого альбедо поверхности связана с наличием пород типа лунного реголита.

Поверхность планеты сильно изрезана метеоритными кратерами разных размеров в поперечнике и очень похожи на лунные. Имеются овальные равнины, получившие название бассейнов. Наибольший из них – Калорис имеет диаметр 1300 км. Наличие темного вещества в бассейнах и заполненных лавой кратерах свидетельствует о том, что в начальный период своей истории планета испытывала внутренний разогрев, за которым последовали несколько эпох развития интенсивного вулканизма.

Рис.29 Меркурий

Верхними слоями Меркурия является кора и мантия, относительно тонкие, состоящие из силикатов. Средняя плотность планеты очень высока и составляет 5,43 г/см³, т. е почти равна средней плотности Земли.

Обнаружено слабое магнитное поле, напряженность которого в 100 раз меньше, чем у Земли, но больше чем у Марса. Астрономы считают, что около 70% массы Меркурия приходится на огромное железистое ядро, диаметр которого равен почти трем четвертям диаметра планеты. Это могло бы объяснить наличие магнитного поля, хотя еще недостаточно ясен настоящий механизм его образования.

Атмосфера практически отсутствует и очень разряжена. По данным американской станции «Маринер-10», ее плотность не превосходит плотности земной атмосферы на высоте 620 км. В составе атмосферы обнаруживаются следы натрия, гелия и кислорода и других элементов.

У Меркурия нет спутников, не существует времен года. Предположительно это происходит из-за того, что ось вращения планеты находится под прямым углом по отношению к плоскости орбиты.

Венера

Это вторая от Солнца и ближайшая к Земле планета, и самое яркое светило на небосводе после Солнца и Луны, с периодом обращения в 224,7 земных суток (рис.30). Среднее расстояние Венеры от Солнца 108 млн.км. Период вращения Венеры долго не удавалось определить из-за плотной и непрозрачной атмосферы. Только с помощью радиолокации было установлено, что он равен 243,02 суток, причем Венера вращается в обратную сторону по сравнению с Землей и другими планетами.

По размерам Венера довольно близка к Земле. Радиус планеты равен 6051,8 км (95 % земного), масса 4,87·10²⁴кг (81,5 % земной), средняя плотность – 5,24 г/см³.

Рис.30 Венера

Существование атмосферы на Венеры было обнаружено в 1761г. М.В. Ломоносовым при наблюдении прохождения ее по диску Солнца. В XX в. установлено, что атмосфера Венеры самая плотная среди прочих землеподобных планет, состоит в основном из углекислого газа (97%), 3,5 % азота, 0,015 % диоксида серы, 0,007% аргона, 0,002 % водяного пара,0,0017 % угарного газа, 0,0012 % гелия, 0,0007 % неона, незначительного количества кислорода, окиси углерода, хлороводорода, фтороводорода. Углекислый газ и пары воды создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреву поверхности планеты – до температуры почти 470⁰С.

Облачный покров Венеры расположен на высотах 30-60 км. По плотности напоминает легкий туман. Облака состоят из капелек водного раствора серной кислоты.

Практически вся атмосфера Венеры вовлечена в один гигантский ураган: она вращается вокруг планеты со скоростью, достигающей 120 – 140 метров в секунду у верхней границы облаков. Пока не понятно, как это происходит, и что поддерживает это мощнейшее движение. В атмосфере Венеры молнии бьют в два раза чаще, чем в земной. Это явление получило название «электрический дракон Венеры». Природа такой электрической активности пока неизвестна.

Освещенность поверхности Венеры подобна земной в пасмурный день. Давление атмосферы на поверхности планеты 60-95 земных атмосфер, или 9,5 Мпа. Плотность газа в 70 раз больше плотности в земной атмосфере.

Поверхность Венеры преимущественно равнинная. Перепад высот 1-2 км. 8% территории – горные страны. Наиболее крупная – Земля Иштар с горой Максвелл (высотой до 12 км) в северном полушарии и Земля Афродиты вблизи экватора. Детальное картографирование поверхности Венеры проводилось в течение последних 22 лет. Поверхность Венеры носит на себе яркие черты вулканической деятельности, а атмосфера содержит большое количество серы. Некоторые эксперты полагают, что вулканическая деятельность на Венере продолжается и сейчас. 90% планеты покрыто застывшей базальтовой лавой. Удивительно низкое число ударных кратеров говорит в пользу того, что поверхность Венеры относительно молода, и ей приблизительно 500 миллионов лет. Никаких следов тектонического движения плит на Венере не обнаружено, возможно, потому что кора планеты без воды, придающей ей большей вязкости, не обладает должной подвижностью.

На Венере имеются три оболочки. Первая – кора – толщина примерно 16 км. Далее – мантия, силикатная оболочка, простирающаяся на глубину порядка 3300 км до границы с железным ядром, масса которого составляет около четверти всей массы планеты.

Поскольку собственное магнитное поле планеты отсутствует, то следует считать, что в железном ядре нет перемещения заряженных частиц – электрического тока, вызывающего магнитное поле, следовательно, движения вещества в ядре не происходит, то есть оно находится в твердом состоянии. Плотность в центре планеты достигает 14 г/см³.

Венера наряду с Меркурием считается планетой, не имеющей естественных спутников.

Венера – кандидат на терраформирование. По одному из планов предполагалось распылить в атмосфере Венеры генетически модифицированные сине-зеленые водоросли, которые, перерабатывая углекислый газ в кислород, значительно уменьшили бы парниковый эффект и понизили бы температуру на планете.

Однако для фотосинтеза необходимо наличие воды, которой на Венере нет (даже в виде паров в атмосфере). Поэтому для реализации такого проекта необходимо в первую очередь доставить на Венеру воду – например, посредством бомбардировки ее водно-аммиачными астероидами или иным путем. Следует отметить, что на высоте 50 – 100 км в атмосфере Венеры существуют условия, при которых могут существовать некоторые земные бактерии.

Земля

Земля является наибольшей и самой плотной из внутренних планет (рис.31). У Земли наблюдается тектоника плит. Вопрос о наличии жизни где – либо, кроме Земли, остается открытым. Однако среди планет земной группы Земля является уникальной (прежде всего гидросферой). Атмосфера Земли радикально отличается от атмосфер других планет – она содержит свободный кислород. У Земли есть один естественный спутник – Луна, единственный большой спутник планет земной группы Солнечной системы (подробнее стр.222).

Спутник Земли

Рис.31 Земля

Луна - ближайшее к Земле небесное тело (рис.32). Обращается на расстоянии около 400 тыс. км. Диаметр Луны всего в 4 раза меньше земного. В этой связи некоторые ученые склонны считать систему Луна-Земля двойной планетной системой.

Средняя плотность Луны равна 3,34 г/см³. Сила тяжести на ней в 6 раз ниже, чем на Земле. Поэтому американским астронавтам пришлось осваивать передвижение по ее поверхности, используя «стиль кенгуру». Луна имеет небольшое ядро из железа и серы, окруженное полурасплавленной астеносферой. Над астеносферой расположена литосфера – твердая каменная оболочка и над ней – кора из минералов, богатых кальцием и алюминием. Время оборота Луны вокруг своей оси строго соответствует обороту Земли, поэтому Луна обращена к Земле всегда одной стороной. На один оборот вокруг Земли Луна затрачивает 27,3 суток. Первая карта обратной стороны Луны была составлена благодаря советской межпланетной автоматической станции «Луна-3». «Зонд-3» в 1965 г. завершил составление карты обратной стороны Луны.

Рис.32 Луна

Ее поверхность состоит не только из многочисленных кратеров, но и пониженных участков — лунных морей и океанов, представляющих собой плато излившихся в прошлом (на рубеже 3,5 млрд. лет) базальтов. То есть в те времена Луна представляла собой арену активного вулканизма, который порождался как внутренним разогревом планеты, так и мощнейшими ударами крупных метеоритов. Постоянная бомбардировка поверхности Луны крошечными метеоритами сформировала на несколько метров вглубь особый слой — лунный реголит, представленный спекшимися обломками раздробленного вещества пород, в основном базальтов. Реголит служит прекрасным теплоизоляционным материалом. Температурные колебания на поверхности спутника Земли варьируют от +1З0◦С на дневной до —170◦С на ночной сторонах. Очень резкие колебания температуры не проникают глубже первых десятков сантиметров за счет теплоизоляционных свойств лунного реголита. Вследствие притока тепла из недр Луны температура в глубь ее тела медленно возрастает. Космические полеты к Луне отечественных автоматических станций иамериканских космических кораблей стали важнейшим событием в ее изучении. 20 июля 1969 г. на поверхность Луны ступила нога человека. Исследования лунной поверхности позволили установить близость возраста Луны и Земли на уровне 4,6 млрд. лет. На поверхности Луны полностью отсутствуют вода и атмосфера. Однако последними данными установлена возможность наличия льда в глубинных частях кратеров, куда не проникают лучи Солнца.

Во внутреннем строении Луны выделяют различные по свойствам ядро, мантию и кору. В мантии Луны залегают очаги лунотрясений, частота которых регулярно изменяется в зависимости от положения Луны на орбите по отношению к Земле. В отдельных местах лунной поверхности наблюдаются кратковременные истечения вулканических газов. Отражение Луной солнечного света оказывает влияние на все живое на Земле.

Марс

Это четвертая от Солнца планета. Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 228 млн. км, период обращения вокруг Солнца равен 687 земным суткам (рис.33). На звездном небе выглядит красноватой точкой. Периодически подходит к Земле на расстояние 57 млн. км, значительно ближе, чем любая из больших, планет кроме Венеры. По диаметру он почти вдвое меньше Земли, его экваториальный радиус равен 3396,9 км (53,2 % земного). Площадь поверхности Марса примерно равна площади суши на Земле. Достаточно быстрое вращение планеты приводит к заметному полярному сжатию – полярный радиус Марса примерно на 21 км меньше экваториального. Масса планеты – 6,418·10²³ кг (11 % массы Земли).

Рис.33 Марс

Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать ударные кратеры наподобие лунных и вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки наподобие земных. Марсианский потухший вулкан Олимп – самая высокая гора в Солнечной системе, а Долина Маринера – самый крупный каньон. В настоящее время есть доказательства существования в северном полушарии Марса самого крупного известного ударного кратера в Солнечной системе. Его длина 10 600 км, а ширина 8500 км. Красный цвет поверхности Марса вызван большим количеством оксида железа в его грунте.

Планета имеет сильно разреженную газовую оболочку (атмосферу), которая имеет малую плотность даже в глубоких впадинах. Тем не менее в атмосфере Марса наблюдаются облака и постоянно присутствует дымка из мелких частиц пыли и кристалликов льда. Как показали американские снимки с посадочных модулей «Викинг- 2», марсианское небо в ясную погоду имеет розовый цвет, что объясняется рассеянием солнечного света на пылинках и подсветкой дымки оранжевой поверхностью планеты. По своему составу марсианская атмосфера близка к атмосфере Венеры и в корне отличается от земной высоким уровнем содержания углекислого газа (95 %), низкой концентрацией азота (2,7 %), аргона (1,6 %), кислорода (0,13 %), водяного пара (0,1 %), угарного газа (0,07 %). По результатам наблюдений с Земли и данных космического аппарата «Марс Экспресс» в атмосфере Марса обнаружен метан. В условиях Марса этот газ довольно быстро разлагается, поэтому должен существовать постоянный источник его пополнения. Таким источником может быть либо геологическая активность (но действующие вулканы на Марсе не обнаружены), либо жизнедеятельность бактерий.

Значительный наклон экватора к плоскости орбиты (24⁰ 56') приводит к тому, что на одних участках орбиты освещаются и обогреваются Солнцем преимущественно северные широты Марса, а на других — южные, т.е. происходит смена времен года. При этом вытянутость орбиты приводит к большим различиям их продолжительности. Температурные условия на Марсе суровы, и в наиболее теплое время на экваторе температура достигает 280—290⁰К, а в наиболее холодное — 150°К. Поэтому на полярных шапках происходит вымораживание не только паров воды, но и углекислого газа.

Весеннее таяние полярных шапок приводит к резкому повышению давления атмосферы и перемещению больших масс газа в противоположное полушарие. Скорость дующих при этом ветров составляет 10 – 40 м/с, иногда до 100 м/с. Ветер поднимает с поверхности большое количество пыли, что приводит к пылевым бурям. Сильные пылевые бури практически полностью скрывают поверхность планеты. Пылевые бури оказывают заметное воздействие на распределение температуры в атмосфере Марса.

Из-за низкого давления вода не может существовать в жидком состоянии на поверхности Марса, но вполне вероятно, что в прошлом условия были иными, и поэтому наличие примитивной жизни на планете исключать нельзя. 31 июля 2008 года вода в состоянии льда была обнаружена на Марсе космическим аппаратом НАСА «Феникс». Ледник толщиной в сотни метров, занимающий площадь в тысячи квадратных километров, обнаружен под каменистыми осыпями у подножья гор.

У Марса есть магнитное поле, но оно слабо и крайне неустойчиво, в различных точках планеты его напряженность может отличаться от 1,5 до 2 раз, а магнитные полюса не совпадают с физическими. Вследствие слабости магнитного поля солнечный ветер практически беспрепятственно проникает в атмосферу Марса и многие из фотохимических реакций под действием солнечной радиации, которые на Земле происходят в ионосфере и выше, на Марсе могут наблюдаться практически у самой его поверхности. У планеты есть два спутника – Фобос и Деймос.

Спутники Марса

Фобос и Деймос. располагаются близко к планете и характеризуются весьма быстрым движением (рис.34). В течение марсианских суток (24 ч 39 мин и 35 с) Фобос дважды восходит и дважды заходит. Деймос перемещается по небосводу медленнее; с момента его восхода и захода проходит более двух с половиной марсианских суток. Спутники движутся почти в плоскости экватора. Имеют неправильную форму. К планете повернуты всегда одной стороной. Размеры Фобоса составляют 27 км, а Деймоса — около 15 км. Поверхность спутников состоит из материала с низким альбедо и покрыта многочисленными кратерами. Один из них на Фобосе в поперечнике достигает более 5 км.

Рис. 34

Спутники Марса

Предполагается, что оба спутника Марса являются захваченными астероидами.