Наша Солнечная система
advertisement
Алматинской области Карасайского района г. Каскелен Коммунальное государственное учреждение «срредняя школа Алтын-ауыл с дошкольным мини центром» ТЕМА: «Основные результаты исследования планеты Марс» Секция: Космос и наука Направление: Астрономия и космонавтика Учитель по физике Конакбаева Замзагуль Дауытовна Отзыв На научную работу по теме: «Основные результаты исследование Марса» Автор: Конакбаева Замзагуль Дауытовна СШ Алтын-ауыл г.Каскелен Цель настоящей работы – изучить основных результатов исследование Марса. Автор изучала строение солнечных систем, движение больше планет и малых небесных тел. Ознакомилась основными методами исследований Марса. В работах, приведенных в списке литературы дала возможность автору не только ознакомится некоторыми данными о Марсе, также сделать вывод о проделанных исследовательский работ. Следует отметить, что авторам изучен основные и интересные факты о методах исследовании планет Марса. Автору присущи самостоятельность мышления, стремление к познанию и способность усваивать и творчески прикладывать получены знании к практике. Предлагаемая работа может стать основной для изученные и обобщения методы исследование Марса и других планет. Автор может продолжит изучение красною планету Марса и других планет солнечных систем . Данная работ выполнена на научном уровне, грамотно оформлена и может быть рекомендовано на Научно-практическую конференцию. Научный руководитель: Жадыраев У. Ж. Кафедра физики физико-математического факультета КазЖенПУ. Доцент, кандидат физико-математических наук. 2 Аннотация В ностоящей работе рассмотрено основные результаты об исследовании Марса. Во введении приводится постановка задач и рассомотрен некоторые результаты исследовании небесных тел, частично малые планеты и планеты гиганты Солнечных систем. В основной части рассмотривается результаты исследовании Марса, природа Марса, поверхности Марса спутники, вода на Марсе и други интересные факты о Марсе. В заключительной части изложен основные результаты исследовании Марса. В приложении приводится некоторые конкретные данных о результатах экспериментов. 3 Содержание I. Введение _________________________________________________________ 5 II. Основная часть 2.1. Марс _________________________________________________________ 7 2.2. Природа Марса _______________________________________________8 2.3. Поверхность Марса ____________________________________________8 2.4. Строение и атмосфера Марса ___________________________________9 2.5. Спутники Марса ______________________________________________11 2.6. Исследование Марса ___________________________________________13 2.7. Полеты к Марсу _______________________________________________14 2.8. Результаты миссии Phoenix _____________________________________15 2.9. Вода на Марсе _________________________________________________16 III. Заключение ______________________________________________________17_ Приложения ______________________________________________________18 Литература____________________________________________________________19 4 Введение Солнечная система состоит из Солнца и большой семьи космических объектов, к которым относятся планеты и их спутники, а также огромное количество тел поменьше, таких как астероиды и кометы. Каждый месяц возрастает число новых объектов, по мере того как открываются все более мелкие и удаленные. Солнечная система образовалась примерно 4,6 миллиарда лет тому назад из огромного вращающегося газопылевого облака – Солнечной туманности. Вещество туманности, собравшееся в центре, образовало Солнце. Остальное вещество в составе диска, вращающегося вокруг Солнца, пошло на образование планет. Солнце – самое большое и массивное, центральное тело в Солнечной системе. Оно удерживает остальные тела вокруг себя силами своей гравитации. Все другие тела двигаются по орбитам вокруг Солнца, вращаясь при этом вокруг своей оси. Движение планет происходит в плоскости, имеющей форму практически плоского и круглого диска. Кометы могут обращаться вокруг Солнца под любыми углами к плоскости этого диска. Их орбиты образуют обширную сферу вокруг планетарной плоскости движения планет и простираются до 1,6 светового года то Солнца. Дальше начинается межзвездное пространство. Внутренние планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс – имеют каменнометаллический состав. Если бы удалось сделать центральное поперечное сечение через одну из них, выяснилось бы, что внутри находится металлическое ядро, окруженное каменной мантией и корой. Условия на поверхности планет отличаются резким контрастом. Сухой, серый ландшафт Меркурия перерезают многочисленные кратеры, а толстая ядовитая атмосфера, окутывающая Венеру, скрывает ее вулканический рельеф. Океаны воды покрывают более 70 процентов поверхности Земли, а на сухом и холодном Марсе – самые большие вулканы в Солнечной системе. Внешние планеты – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун – являются самыми брльшими объектами в Солнечной системе. Планеты обращаются вокруг Солнца по орбитам, лежащим примерно в одной плоскости. Все они двигаются в одном направлении, по часовой стрелке, если смотреть из Северного полюса мира. Длина орбиты и время одного оборота увеличиваются с расстоянием от Солнца. А также в Солнечной системе существует множество маленьких объектов. По орбитам вокруг семи планет вращаются более 140 спутников. Два самых больших спутника больше Меркурия, самые маленькие не более нескольких километров в поперечнике и по форме напоминают картофелины. Мириады скалистых образований составляют пояс астероидов между Марсом и Юпитером. Пояс Койпера, лежащий за орбитой Нептуна, состоит из многих тысяч скалисто-ледяных объектов. Кроме того, облако Оорта включает в себя свыше триллиона комет. Яркие кометы своим необычным видом издавна привлекали внимание людей, внушая многим из них суеверный ужас. От других тел Солнечной системы кометы резко отличаются не только своим видом, но и формой орбит, большими размерами, а также сравнительно быстрым, иногда бурным развитием. Вид комет меняется по мере приближения к Солнце. Вдали от Солнца комета видна как слабое туманное пятнышко, которое перемещается на фоне звездного неба. Постепенно у кометы развивается хвост, почти всегда направленный от Солнца. Основные части кометы: голова, ядро и хвост Ядра комет по размерам близки небольшим астероидам. Диаметр 5 головы кометы иногда достигает сотен тысяч километров, а хвосты протираются на десятки и сотни миллионов километров. Орбиты большинства комет - сильно вытянутые эллипсы, плоскости которых под разными углами наклонены к плоскости эклиптики. Двигаясь по таким орбитам, кометы в перигелии близко подходят к Солнцу. Вокруг Солнца в ту же сторону, что и большие планеты, движутся астероиды. Их орбиты имеют большие эксцентриситеты, чем орбиты больших планет. Поэтому некоторые малые планеты далеко выходят за пределы пояса астероидов. Одни из них в афелии удаляются за орбиту Сатурна, другие в перигелии приближаются к Марсу и Земле. Например, Гермес в октябре 1937 г. Прошел от Земли на расстоянии 580000 км ( всего лишь в полтора раза дальше Луны), а астероид Икар, открытый в 1949 г., при движении попадает даже внутрь орбиты Меркурия и каждые 19 лет сближается с Землей. В последний раз это произошло в июне 1987 г. Тогда Икар приблизился к Земле на расстояние в несколько миллионов километров, его наблюдали на многих обсерваториях. Разумеется, это не единственный случай. Не исключено, например, что столкновение астероида с Землей привело 65 млн. лет назад к гибели динозавров. А в марте 1989 г. астероид размером около 300 м прошел от Земли на расстоянии менее 650 тыс. км. Поэтому не случайно ученые притупили к разработке эффективных методов своевременного обнаружения, а если понадобиться, уничтожения опасных астероидов. А также ученые уделяют большое внимание исследованиям всех планет Солнечной системы. Одним из девяти больших планет, четвертым по удаленности от Солнца является Марс. [4] В данной работе рассматриваются основные методы изучения Марса и их результаты. 6 ІІ Основная часть 2.1. Марс Параметры Марса Диаметры - 6792 км Среднее расстояние от солнца - 227,9 миллиона км Орбитальный период – 687земных суток Период вращения – 24,62 земных час Температура поверхности от +20°С до +25°С Количество спутников - 2 Красная планета Марс – четвертая от Солнца. Этот сухой холодный мир имеет размеры, равные всего лишь половине нашей Земли. Гигантские вулканы, глубокие расщелины, усыпанные камнями равнины, высохшие русла рек – таков облик этой планеты. Подобно Земле, Марс имеет полярные шапки и знает времен года. Марс обращается вокруг Солнца за два земных года. Его ось вращения наклонена на 25,2 градуса к плоскости орбиты и, подобно Земле , на Марсе происходит смена времен года. Его сутки равны примерно 24 часам. Орбита Марса более вытянута, чем орбита Земли. В своей дальней точке орбиты Марс отстоит от Солнца на 42 млн км дальше, чем в ближайшей точке. В ближней точке Марс получает на 45 процентов солнечного излучения больше, что приводит к росту температуры поверхности. С точки зрения земного наблюдателя Марс относится к «верхним» планетам: вместе с планетами – гигантами (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), а также маленькой «двойной планетой» Плутоном Марс движется за пределом орбиты Земли. Внутри же земной орбиты, ближе к Солнцу, движутся две «внутренние» планеты – Меркурий и Венера .Однако по своим физическим свойствам Марс входит в группу планет земного типа (Меркурий, Венера, Земля и Марс).Планеты земной группы схожи между собой тем, что это небольшие , каменистые и довольно плотные тела. Они сравнительно медленно вращаются вокруг своих осей, лишены колец и имеют мало или совсем не имеют спутников: у четырех планет этой группы в сумме всего три спутника – земная Луна и марсианские Фобос и Деймос. В истории астрономии изучение движения Марса сыграло особую роль: используя многолетние наблюдения Тихо Браге за перемещением Марса относительно звезд, Иоганн Кеплер смог впервые верно определить форму планетных орбит. Он доказал, что орбита Марса – эллипс. Это удалось Кеплеру лишь потому, что эллиптичность марсианской орбиты относительно высока, заметно выше, чем у всех планет, доступных для детального наблюдения в до телескопическую эпоху. Период обращения Марса по орбите составляет около 687 земных суток или около 670 марсианских суток, которые лишь немногим длиннее земных. Одинаковое взаимное расположение Марса, Земли и Солнца повторяется в среднем через каждые 780 суток – это синодический период обращение Марса. В частности, с такой периодичностью происходят противостояния Марса, при которых он наблюдается с Земли приблизительно в точке, противоположной Солнцу; отсюда и термин – противостояние Марса и Солнца на земном небосводе. В эти периоды Марс особенно удобен для изучения его поверхности в телескоп. В зависимости от времени года, т.е.от положения Земли на орбите, в момент противостояния расстояние до Марса может быть от 56 до 101 млн.км. Если противостояние происходит в июле – сентябре, то расстояние составляет 56 – 60 млн.км; такие близкие противостояния называют великими. В эти моменты видимый с Земли 7 диаметр диска Марса достигает 25" , а блеск поднимается до 2,5 звездной величины, сравниваясь с блеском Юпитера и уступая лишь Венере. Сезонные изменения на Марсе происходят в течение года подобно земным: наклон экватора к плоскости орбиты для Марса равен 25,2о, для Земли 23,4о. Год Марса делится на четыре сезона моментами равноденствий и солнцестояний: от весеннего равноденствия до летнего солнцестояния – весна, и т.д. Поскольку период обращения Марса вокруг Солнца вдвое больше земного, продолжительность сезонов также вдвое больше. К тому же, по длительности марсианские сезоны больше отличаются друг от друга, чем земные. Причина этого в существенной эллиптичности марсианской орбиты, из – за чего в разных точках орбиты Марс движется с разной скоростью. Например, в южном полушари Марса весна длится 146 земных суток, лето – 160 суток, осень – 199 суток, зима – 182 суток. В течение северной весны Марс находится на большем удалении от Солнца(в области афелия орбиты), а поэтому солнечная радиация, достигающая планеты в этот период, составляет лишь 70% радиации в период ближайшего положения к Солнцу (в перигелии).При прохождении Марсом перигелия средняя температура поверхности по дневному полушарию планеты 25 – 30 градусов выше, чем в афелии. По этой причине осень и зима в севернем полушарии Марса менее суровые, чем в южном, а южное лето в отличие от севернего более жаркое. [5,4] 2.2.Природа Марса. По размеру Марс вдвое больше Луны и вдвое меньше Земли. Сила притяжения на поверхности марса в точности заключена между земной и лунной. Средняя плотность Марса также заключена между плотностью Луны и Земли, хотя ближе к лунной. И еще одно качество объединяет Луну и Марс: это наиболее изученные (после Земли) объекты Солнечной системы. Однако Марс даже в период великого противостояния в 150 раз дальше от нас, чем Луна, поэтому его изучение традиционными астрономическими методами представляет сложную проблему. Тем не менее до начала космической эры астрономы точно измерили длину марсианских суток, составили грубую карту поверхности Марса, обнаружили у него атмосферу, в основном состоящую из углекислого газа. Довольно точно была измерена температура поверхности Марса, как и предполагалось,оказалась ниже, чем на Земле, и равна примерно- 30 оС (средняя температура на Земле составляет около + 15 оС). Измерения с борта автоматических станций – искусственных спутников Марса – значительно уточнили эти данные. Средняя температура оказалась еще ниже, около – 60оС. Летом на экваторе она поднимается до нуля, но зимой в полярных областях опускается до –150оС. Из – за разреженной атмосферы суточные перепады температуры поверхности очень велики:до 70 градусов.Однако уже на небольшой глубине грунта, около 25 см, температура в течение суток и даже года меняется мало; в тропиках она близка к – 60 оС. 2.3. Поверхность Марса. Марс похож на Землю, но почти вдвое меньше ее и имеют несколько меньшую не отличаются от земных. Наблюдателю на земле Марс кажется красноватой звездочкой, блеск которой заметно меняется; он максимален в периоды противостояний, повторяющиеся через два с небольшим года (например, в апреле 1999 и в июне 2001). Особенно близок и ярок Марс в периоды великих противостояний, происходящих, если он в момент противостояния проходит вблизи перигелия; это случается через каждые 15–17 лет (ближайшее в августе 2003 г.). В телескоп на Марсе видны яркие оранжевые области 8 и более темные районы, тон которых меняется в зависимости от сезона. На полюсах лежат ярко-белые снежные шапки. Красноватый цвет планеты связан с большим количеством окислов железа (ржавчины) в ее грунте. Состав темных областей, вероятно, напоминает земные базальты, а светлые сложены мелкодисперсным материалом. Поверхность Марса вблизи посадочного блока «Викинг-1». Крупные обломки камня имеют размер около 30 см. В основном наши знания о Марсе получены автоматическими станциями. Результативными оказались два орбитальных и два посадочных аппарата экспедиции -1» работал до ноября 1982. Оба они сели в классических светлых областях и оказались в красноватой, песчаной пустыне, усыпанной темными камнями. Четвертого июля 1997 зонд «Марс пасфайндер» аппарат, обнаруживший смешанные породы и, возможно, обточенную водой и перемешанную с песком и глиной гальку, что указывает на сильные изменения марсианского климата и наличие в прошлом большого количества воды. ГОРА ОЛИМП – гигантский древний вулкан на Марсе. Он напоминает крупнейшие вулканы Земли, расположенные на Гавайях. 9 Большая часть поверхности северного полушария Марса является относительно гладкой, покрытой вулканами долиной. Поверхность южного полушария старше и представляет собой высокогорную местность, усеянную кратерами. Самые интересные детали на поверхности Марса сосредоточены в области между 30- м градусом северной и южной широты. Самое необычное образование - Долина Маринера, сложная система каньонов более 4000 км длиной. Каньоны образовались около 3,5 миллиарда лет назад, когда внутренние силы раскололи молодую поверхность Марса. С тех пор вода, ветер и обвалы расширили и углубили каньоны. Внутренние силы также сформировали плато – такие как Гора Олимп и другие большие вулканы, образованные потоками лавы, доминируют в этом районе. [5,6] 2.4. Строение и атмосфера Марса Марс состоит из камней и металлов – последняя в Солнечной системе твердая планета. Когда она была молодой и мягкой, ее вещество разделилось и образовало ядро и внешние слои. Тяжелое ядро опустилось в центр, а более легкие силикатные породы образовали мантию вокруг металлического ядра. Оставшееся твердое вещество образовало кору. Затем Марс начал остывать и затвердевать снаружи внутрь. Вероятно, ядро сейчас твердое, поскольку относительно маленький размер Марса и его расстояние от Солнца дают основание предполагать, что ядро Марса остыло раньше, чем ядро Земли. Планету окружает тонкая атмосфера с преобладанием углекислого газа. Взвешенные в ней частицы окиси железа придают атмосфере розовый цвет. Замершая углекислота и водяной лед образуют тонкие облака. Аргон (1,6%), азот (2,7%), кислород, окись углерода и примесь прочих газов(0,4%). Разреженная атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа и на 3% из азота. В малом количестве присутствуют водяной пар, кислород и аргон. Среднее давление у поверхности 6 мбар (т. е. 0,6% земного атмосферного давления). При таком низком давлении не может быть жидкой воды. Средняя дневная температура 240 К, а максимальная летом на экваторе достигает 290 К. Суточные колебания температуры около 100 К. Таким образом, климат Марса – это климат холодной, обезвоженной высокогорной пустыни. В высоких широтах Марса зимой температура опускается ниже 150 К и атмосферный углекислый газ (CO2) замерзает и выпадает на поверхность белым снегом, образуя полярную шапку. Периодическая конденсация и сублимация полярных шапок вызывают сезонные колебания давления атмосферы на 30%. К концу зимы граница полярной шапки – тся небольшая область (300 км 10 диаметром у южного полюса и 1000 км у северного), вероятно, состоящая из водяного льда, толщина которого может достигать 1–2 км. Иногда на Марсе дуют сильные ветры, поднимающие в воздух тучи мелкого песка. Особенно мощные пылевые бури бывают в конце весны в южном полушарии, когда Марс проходит через перигелий орбиты и солнечное тепло особенно велико. На недели и даже месяцы атмосфера становится непрозрачной от желтой пыли. Орбитальные аппараты «Викингов» передали изображения мощных песчаных дюн на дне крупных кратеров. Отложения пыли так сильно меняют вид марсианской поверхности от сезона к сезону, что это заметно даже с Земли при наблюдении в телескоп. В прошлом эти сезонные изменения цвета поверхности некоторые астрономы считали признаком растительности на Марсе. [3] 2.5. Спутники Марса. Марс имеет два маленьких спутника – Фобос и Деймос. Оба они неправильной формы, покрыты метеоритными кратерами и, вероятно, являются астероидами, захваченными планетой в далеком прошлом. Фобос обращается вокруг планеты по очень низкой орбите и продолжает приближаться к Марсу под действием приливов; позже он будет разрушен притяжением планеты. 11 и 17 августа 1877 г. Асаф Холл на Вашингтонской обсерватории открыл два маленьких спутника Марса – Фобос и Деймос. Размеры их дисков были не различимы ни в один телескоп, а блеск, в среднем противостоянии соответствовал 11,6 и 12,8 звёздной величины. Это свидетельство об их весьма малых размерах. Блеск Марса в среднем противостоянии равен –1,65 , звёздной величины, значит, Марс в 200 000 раз ярче Фобоса и в 600 000 раз ярче Деймоса. Отсюда следует, что диаметры обоих спутников меньше диаметра Марса в 450 и 770 раз соответственно, т.е. равны 15 и 9 км. В действительности, как показали фотографии «Маринера-9» в 1971 году , оба спутника больше. Фобос имеет размеры 27 на 20 км, Деймос 15 на 11 км. Недооценка размеров спутников получилась потому, что их поверхность оказалась темнее Марсианской. Фобос Деймос Фобос имеет размеры 27 на 20 км, Деймос 15 на 11 км. Периоды обращения спутников вокруг планеты составляют 7 час. 39 мин. у Фобоса -30 час. 21 мин. у Деймоса, их расстояние от центра планеты 9400 и 23500км. Орбиты почти круговые, их наклон к экватору Марса у Фобоса 1, у Деймоса 2,7. Таким образом, Фобос совершает обращение вокруг планеты втрое быстрее, чем сам Марс вращается вокруг своей оси. За сутки Марса Фобос успевает совершить три полных оборота и успевает пройти ещё дугу в 78. Для Марсианского наблюдателя он восходит на западе и заходит на востоке. Между последовательными верхними кульминациями Фобоса проходит 11 часов 07 минут. 11 Совсем иначе движется по небу Деймос. Его период обращения больше периода вращения Марса, но ненамного. Поэтому он хотя и «нормально» восходит на востоке и заходит на западе, но движется по небу Марса крайне медленно. От одной верхней кульминации до следующей проходит 130 часов – пять с лишним суток! В 1945 г. американский астроном Б. Шарплес обнаружил вековое ускорение в движении Фобоса по орбите. Это означало, что Фобос, строго говоря, движется по очень пологой спирали, постепенно приближаясь к поверхности Марса. Если так будет продолжаться и дальше, то через 15 млн. лет – срок с космогонической точки зрения весьма небольшой – Фобос упадёт на Марс. Однако только через 14 лет на это обратили внимание. К тому времени появились небесные тела, двигавшиеся точно таким же образом. Это были первые искусственные спутники Земли. Торможение в земной атмосфере заставило их снижаться, а приближение к центру Земли вызвало ускорение их движения. Известный советский учёный И. С. Шкловский попытался в 1959г. подсчитать, не может ли торможение в самых верхних слоях атмосферы Марса, быть причиной векового ускорения Фобоса. Результат был неожиданным: это возможно только в том случае если Фобос полый. Тогда он, подобно воздушному шару, будет испытывать заметное сопротивление окружающей газовой среды. Однако эта гипотеза, наделавшая в своё время много шума, не подтвердилась. Фотографии «Маринера-9» показали, что Фобос и Деймос имеют вид громадных каменных глыб. Наблюдения «Маринера-9» показали, что оба спутника обращены к Марсу одной стороной (как Луна к Земле). Непосредственные фотографии, фотоэлектрические и поляризационные наблюдения указывают на то, что наружный слой поверхности обоих спутников – мелко раздробленная пыль, слой которой имеет толщину около 1 мм. Её состав, по-видимому, базальтовый со значительной примесью карбонатов. Инфракрасные наблюдения 12 свидетельствуют о крайне низкой теплопроводности подтверждает гипотезу о пылевом слое. [3,5] наружного покрова, что 2.6 Исследование Марса Средняя звездная величина Марса равна примерно – 2,0. Поэтому Марс – один из тех объектов, которые легко наблюдать невооруженным глазом. Наблюдать его можно в течение почти всего года, но лучше всего – в противостоянии, когда он ближе всего к Земле и, следовательно, самый большой и яркий. Противостояния случаются приблизительно раз в два года и два месяца. Раз в пятнадцать или семнадцать лет вытянутая орбита Марса выводит его на Великое противостояние – еще ближе к Земле. Одним из интереснейших геологических открытий, сделанных по снимкам с космических аппаратов, стали разветвленные извилистые долины длиной в сотни километров, напоминающие высохшие русла земных рек. Это наводит на мысль о более благоприятном климате в прошлом, когда температура и давление могли быть выше и по поверхности Марса текли реки. Правда, расположение долин в южных, сильно кратерированных районах Марса указывает на то, что реки на Марсе были очень давно, вероятно, в первые 0,5 млрд. лет его эволюции. Теперь вода лежит на поверхности в виде льда полярных шапок и, возможно, под поверхностью в виде слоя вечной мерзлоты. Внутреннее строение Марса изучено слабо. Его низкая средняя плотность свидетельствует об отсутствии значительного металлического ядра; во всяком случае, оно не расплавлено, что следует из отсутствия у Марса магнитного поля. Сейсмометр на посадочном блоке аппарата «Викинг-2» не зафиксировал сейсмической активности планеты за 2 года работы (на «Викинге-1» сейсмометр не действовал). [5,6] 13 2.7.Полеты к Марсу. Первые полеты к Марсу были осуществлены в 1960- х годах. Самые первые аппараты дали нам первые снимки Марса с близкого расстояния. В последующем были проведены более детальные исследования. «Викинг – 1» и «Викинг – 2» сели на планету в середине1976 г. Они сфотографировали места своей посадки, исследовали атмосферу, проанализировали образцы поверхности в поисках следов жизни, но ничего не нашли. В течение последнего десятилетия искусственные спутники Марса, особенно « Марс Глобал Сервейор» и «Марс Экс – пресс», исследовали планету с орбиты. Другие аппараты передвигались по поверхности планету с орбиты. «Соджорнер», доставленный на Марс аппаратом «Марс Патфайндер». Затем были еще два марсохода в рамках миссии «Марс Эксплорэйшн». [5,6] 2.8. Результаты миссии Phoenix Межплаетный аппарат НАСА «Феникс», предназначенный для изучения Марса, был выведен на околоземную орбиту ракетой – носителем «Дельта – 2», статовавшей 4 августа 2007 года с космодрома на мысе канаверал (шт. Флорида, США).26 мая 2008 года «Феникс» совершил посадку на Марсе в рамках полета по изучению возможности возникновения жизни на Красной планете. «Феникс» изучал поверхность планеты в районе северных равнин. В общей сложности на этот проект НАСА потратила 420 млн.долларов Посадочный модуль для «Феникса» был построен для полетов в рамках порграммы «Марс Сервейор» в 2001 году и находился в хранилище компании Lockheed Martin в Денвере до того, как был испльзован для нынешней мисии. Миссей руководит Лаборатория реактивного движения НАСА в Пасадене. Шесть основных компонентов космичесского аппарата «Феникс» 1. Механическая «рука» длиной 2,3 м для рытья грунта.Устройство разработано Лабораторией реактивного движения НАСА. На «руке» установлена камера, разработанная немецким Институтом им.Макса Планка которая предназначена для фиксирования различных особенностей грунта. 2. Термоанализатор TEGA, основанный на принципе дифференциальной сканирующей калориметрии, включает масс – спектрометр MS (Mass Spectrometer) и дифференцильный сканирующий калориметр DSC (Differential Scanning Calorimeter). Идея прибора состоит в нагреве образцов грунта, взятых с восьми различных глубин (в пределах 1 м).При испарении летучих компенентов, включая органику,замеряется энтальпия, связанная с 14 фазовыми переходами. Одновременно масс – спектрометр анализирует летучие компоненты, что позволяет сопоставить их состав и температуру, при которой они образовались.Этот подход считается эффективным при поиске воды,как в форме льда, так и минералогической связанной воды. TEGA может обнаружить лед в концентрации до 0,2% и карбонат кальция(кальцит СаСО3) в концентрации 0,5% . 3. Прибор MEGA.Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Anaiyzer, анализатор микроскопии, электрохимии и проводимости, состоит из четырех «влажных камер» для хирмического исследования образцов, оптического и атомного микроскопов,зонда для исследования теплоты и элетропроводности TECP(Thermal and Elecnrical- Conductivity Probe) и матрицы с индикаторами. Анализатор работает следующим образом.По желобу на передней стороне образцы грунта дооставляются к микроскопам, а через четыре отверстия с правой стороны поступают в четыре камеры химической лаборатории.Грунтпопавщий в камеру, смачивается и перемешивается, после чего вытекшая из него жидкость подвергается анализу.Каждая из камер имеет 26 датчиков, которые измеряют проводимость грунта, уровень кислотности, окислительновосстановительный потенциал,температуру и другие параметры, а также концентрации серебра,сульфидов,кадмия, растворенного кислорода и СО, ионов CI-,Br-, NO-3CIO- 4, Na,+ K+ Mg2+ NH4+, Ca2+. 4. Блок стереоизображения SSI установленный на мачте, для обеспечения высококачественного изображения местности, на которую приземлился корабль, и для получения инфомации о положении механической руки. Эта камера разработана университетом Аризоны. Стереокамера SSI является усовершенствованной копией одноименного прибора станции Mars Polar Lander и камеры аппарата Pathfinder и отличается новым ПЗС-детектором с более высокой разрешающей способностью.Камера SSI располагается на высоте 2 м над поверхностью и имеет три привода:два наводят ее по азимуту и по углу места, а третий вращает колесо с фильтрами. 5. Метеорологические приборы, подготовленные канадским Космическим агентсвом осуществляет контроль содержания воды, пыли, изменения температур и др.выличин. 6. Мониторинг геологического состояния участка приземлания обеспечивался так называемой «камерой спуска». Космический аппарат высотой 2,5 м и массой 350кг подпитывается энергией от двух похожих на зонтики слонечных батарей.Помимо собственно исселований Фениск выступает своеобразным «послом доброй воли». С собой он привез компакт-диск , куда занесены имена 250 тысяч землян, которые успели зарегистрироватся на сайте НАСА, известные литературные произведения землян, связанные с Марсом. В собрание космической литературы, получившее название «Видение Марса», вошли «Микромега» Вольтера, «Аэлита» Алексея Толстого, «Марсианские хроники» Рея Брэдбери и многие дригие труды известных писателей-фантастов.Помимо этого, на «Фениксе» находятся видеозаписи, в том числе три радиопрограммы и запись романа Герберта Уэллса «Война миров». Миссию зонда Phoenix Mars Langer можно считать завершенной.Последний сигнал от него был получен 2 ноября: из-за уменьшения продолжительности светового дня в северном полушарии Красной планеты солнечные батареи больше не могут обеспечивать достаточное количество энергии для нормальной работы аппарата. Исследовательские станции Mars Odyssey Mars Reconnaissance Orbiter еще некоторое время пытались установить с ним связь, но безуспешно. «Мы убеждены, что аппарат нам более не доступен,- заявил руководитель преокта Барри Голдстейн из Лаборатории реактивного движения в Пасадене.В отличие от марсоходов Spirit Opportunity,ведущих исседования в районах,близких к марсианскому экватору, Phoenix находился за полярным кругом.На 15 Марс он прилетел в самый разгар северного полярного дня, однако уже к августу Солнце начало опукаться за горизонт – сначала ненадолго,но постепенно соотношение темного и светлого времени увеличивалось. Постоянно уменьшался и угол падения солнечных лучей. А энергии на обогрев движущихся частей, научной аппаратуры и электроники, которая также не любит холода , приходилось тратить все больше.В итоге каждый из электрообогревателей в день забирла по нескольку киловатт – часов электричества из аккумуляторов, пополнябшихся лишь за счет убывающего потока солнечного света. К тому же,чтобы обеспечивать работу одной только канадской метеостанции,установленной на трехногой платформе аппарата, требовалось несколько десятков ватт электроэнергии.Термоанализатору TEGA требовалась энергия на нагрев и анализ образцов грунта, размещенных в крохотных «печных горшочках» прибора, и лаборатории MEGA – на поддержание постоянной темпертуры контейнеров со стерильной водой, специально привезенс с Земли для влажного анализа химических свойства марсианской почвы. Иногда включался силовой микроскоп,постоянно двигалась механическая «рука» робота, то копаясь в грунте, то рассматривая с пощью закрепленной на ней камеры окрестности неподвижного аппарата, да и связь с ретранслируюшими спутниками и работа бортового компьютера – тоже не бесплатны с энергетической точки зрения. То, что с наступлением мрасианской осени станция должна была выйти из строя предполагалось изначально - не было только понятно, когда конкретно это произойдет. Рассчитанный на три месяца функционирования, Phoenix «протянул» почти вдвое больше – с момента его посадки на Марс 25 мая до 2 ноября он отработал 152 сола или 160 земных дней. И лишь три из них были потрачены на борьбу с неполадками.Основные проблемы начались за неделю потери связи. К тому времени команда управления уже термометр в марсианский грунт, и выключила еще несколько устройств в целях экономии электроэнергии. [6] 2.9. Вода на Марсе Два блестящих гладких участка, с которых при посадке сдули слой рыхлого грунта тормозные реактивные двигатели Phoenix. По мнению ученых, блестит, скорее всего, лед. Видны также опоры аппарата и фрагмент «руки» Phoenix,а. Первая марсианская почва в совочке манипулятора.Операция была произведена на седьмой день пребывания посаддочного модуля на Марсе – 1 июня 2008.Усилия ученых по поиску воды на Марсе наконец увенчались успехом – космическому аппарту Phoenix удалось прикоснуться к водному льду.Белое вещество, до которого он докопался,оказалось льдом, а не солью;на повторных снимках видно,как лед испаряется. 16 В 2005 г. Космический аппарат «Марсэкспресс» сфотографировал этот круг водянного льда на дне безимянного кратера недалеко от марсианской северной полярной шапки. Ширина этого ледянного круга примерно 12 км. Нынешний Марс- планета ледянного холода, где вода может сущствовать в виде льда или холодного пара , который образует туман, изморозь и иней. Сегодня вода в жтдком виде на Мрсе нет. Тем не менее, сухие долины рек и древние водянные плато являются доказательством того, что вода существоала в прошлом и в жидком виде. Это было примерно 3-4 миллиарда лет назад, когда Марс был теплее. Остатки этой воды сохранились в виде льда в полярных шапках. Данный результат исследования приближает к разгадке тайны о том, может ли на Марсе существовать жизнь. [5,6] III. Заключение Подробнее о результатах экспериментов о Марсе Результаты анализа в бортовой лаборотории Phoenix’a показали, что грунт содержит микроэлементы, необходимые для жизни растений, а его рН колеблется от 8 до 9. Для этого Phoenix забрал образец раскопанного марсианского грунта с глубины в два с половиной сантиметра и смешал его со специально доставленной с Земли водой, ведь на момент запуска ученые еще не знали, обнаружат ли они в месте посадки лед. После подобной подготовки в бортовой лаборатории Phoenix’у удалось измерить кислотность, а при нагреве получившейся грязи до 1000 градусов Цельсия - оценить состав минералов. По оценкам рН грунта составил от 8 до 9 единиц, что соответствует слабощелочным земным почвам. Кроме того, Phoenix нашел следовые количества магния, натрия, калия и хлора, и хотя в существовании этих микроэлементов на Марсе никто не сомневался, ученые на знали, в каких концентрациях они встречаются в грунте красной планеты. То, что их соединения удалось растворить, подтверждает потенциальную усваиваемость живыми существами, а кроме того – увлажненность почвы и насыщенность атмосферы парами в прошлом. В пробах марсианской почвы обнаружены следы перхлоратов. Перхлоратами называют слои хлорной кислоты, в которых катионы соединены с ионами ClO4-. В июле, в одной из «влажных камер» - крохотных ведерок с привезенной с Земли дистиллированной водой – прибора МЕСА был зафиксирован сильный сигнал от аниона. Более поздние дополнительные тесты с другим ведерком подтвердили эти данные. Тем не менее, сходу утверждать, что перхлорат чего-то (к какому катиону присоединен ClO4-, не ясно) обнаружен, ученые не решились. Дело в том, что другой прибор –TEGA – при прогреве образцов марсианской почвы нашел следы выделения атомов кислорода при соответствующей разрушению перхлората температуре, но вот атомов хлора при этом не заметил. Это, впрочем, не должно смущать – во-первых, увидеть следы разрушения ClO4ученые не рассчитывали и не откалибровали прибор для детектирования хлора должным образом, а во-вторых, если на Марсе есть не только перхлорат, не только, скажем, магния, но и, например, кальция, сигналы хлора появятся при разных температурах, и будучи «размазаны» таким образом могут потеряться в шуме. Хотя перхлораты и являются ядовитыми для многих живых существ, поскольку активно вступают во взаимодействие с биологическими тканями и разрушают их, концентрация перхлоратов, обнаруженная на Марсе, вряд ли может считаться совсем опасной. И говорить о том, что «пригодная для репы» марсианская почва вдруг оказалась залита ядохимикатами, не приходится. На Земле перхлораты в почве также встречаются, а некоторые микробы даже используют их в производстве энергии. Тем не менее, для планетологов вопрос о наличии перхлоратов представляет немалый интерес. Во-первых, потому, что они не ожидали найти, а во-вторых, потому, что перхлораты могут многое рассказать о круговороте воды на планете. Они достаточно легко растворяются в жидкой воде и, измеряя их относительные концентрации в разных районах Марса и на разных 17 глубинах его грунта, можно попытаться восстановить историю перемещения по ней водных потоков. Тем не менее, работа эта трудная. Кроме того, обнаружение перхлоратов может изменить представления о составе окислителей марсианской почвы. Следы их присутствия в грунте заметили еще космические аппараты Viking, которые искали следы жизни на Марсе в 70-х годах прошлого века. До сих пор главным кандидатом на роль окислителя считалась перекись водорода, хотя прямых указаний на этот мягким окислителям- перхлоратам. Phoenix нашел в районе северного полюса Марса известняк, недостаток которого был сильнейшим доводом против жизни на планете. Масс-спектрометр установки TEGA зафиксировал выделение из частиц грунта ионов углекислоты при нагреве грунта ровно до той температуры, которая соответствует диссоциации CaCO3, сообщил руководитель научной мисси Phoenix’а Питер Смит из Аризонского университета в Тусоне. Этот грунт был собран со дна одной из траншей, выкопанных рукой космического аппарата. Косвенно присутствие карбонатов подтверждает и влажная Лаборатория МЕСА – размешанная в жидкой воде марсианская почва ведет себя, как буферный раствор, что очень характерно для слабой угольной кислоты. А ранее микроскопы МЕСА успели разглядеть тонкие плоские частички в грунте, очень похожие на составляющие обыкновенной глины. Для появления глины нужна слабощелочная среда; измерение рН растворенного грунта в одной из ванночек показало значение 8,3. Оба результата, которые вряд ли поразили земных геологов и почвоведов, проливают новый свет на прошлое Марса. Глины образуются в жидкой воде, причем воде нейтральной или слегка щелочной, а это напрочь опровергает представления о сильно кислотном «сернистом рассоле», в котором у древней марсианской жизни не было бы и шанса на выживание. Судя по всему, гидрологические условия на Марсе в прошлом были куда разнообразнее, чем полагали ученые. Впрочем, признаки наличия здесь глиняных минералов ученые уже видели с борта марсианских орбитальных станций. А вот обнаружение известняка – настоящий для исследователей Марса. Ведь до сих пор практические полное отсутствие этого соединения на планете было одной из главных загадок марсианской геологии, и менее года назад ученые посчитали своей особой удачей предложить объяснение этому феномену – также, кстати, оставлявшее мало надежд на возможность какой-либо жизни в далеком прошлом Марса. Теперь, наоборот, придется искать модели формирования известняка и глинные в земных условиях образуются в присутствии воды; возможно, так они появились и на Марсе. Почти под конец миссии лазерный локатор метеорологической станции зонда зафиксировал снежные хлопья, выпадающие из облаков, расположенных на высоте 4км над поверхностью планеты. Интересно, что это были снежинки водяного, а не углекислотного льда, в обилии присутствующего на Марсе. Не долетая поверхности снег таял, точнее сублимировался (сухое испарение), так как превратиться в жидкость мешает слишком низкое давление марсианской атмосферы. [6] Приложение Таблица1. Основные данные о Марсе Среднее расстояние от Солнца Эксцентриситет орбиты Наклон экватора к орбите Экваториальной радиус Масса Средняя плотность Сила тяжести Период вращения Продолжительность солнечных суток Продолжительность года Атмосфера 1,524 а.е. 0,093 25,20 3394 км 0,107 массы Земли 3,94 г/см3 0,38 земной силы тяжести 24 час. 37мин. 23 сек. 24 час. 39мин. 35 сек. 1, 88 земного года Разреженная (95% углекислого газа, 2,5% азота, 1,6% аргона) 18 Магнитное поле Спутники Очень слабое, <1мкТ Фобос и Деймос. Таблица2. Важнейшие экспедиции автоматических станций к Марсу Дата запуска Название аппарата Страна Содержание экспедиции 28 ноября 1964 Маринер-4 США Первый успешный пролет вблизи Марса (15 июля 1965). Передана 21 фотография поверхности. 29 мая 1971 Марс-3 СССР Первая мягкая посадка на Марс(2 декабря 1971). С поверхности передавались данные в течение 20 сек. 30.05.1971 Маринер-9 США Первый искусственный спутник Марса. Исследование с орбиты поверхности Марса (с 14 ноября 1971) и его спутников - Фобоса и Деймоса. 20 августа 1975 Викинг-1 США Первая успешная посадка на Марс (20 июля 9 сентября Викинг-2 1976 и 3 сентября 1976). Поиски жизни и многолетние исследования поверхности и климата. 7 ноября 1996 Марс ГлобалСервейор США Длительное исследование Марса с орбиты (с 12 сентября 1997). 4 декабря 1996 Марс Пасфайндер США Мягкая посадка на Марс (4 июля 1997): доставлен первый автоматический самоходный аппарат «Соджорнер» для исследования состава поверхности. Под поверхностью Марса обнаружены обширные скопления льда. Оно приближает нас к разгадке тайны о том, может ли на соседней планете существовать жизнь. Специалисты полагают, что результаты исследований станут поводом для подготовки пилотируемой экспедиции на Марсе в течение следующих 20 лет. С большой уверенностью можно утверждать, что вода находится в реголитах – неплотных поверхностных слоях, состоящих из камней и пыли. По некоторым оценкам объем льда на планете таков, что при его таянии Марс покрылся бы океаном глубиной в 500 метров. На борту марсианского зонда также установлен нейтронный спектрометр, регистрирующий признаки льда. Исследователи были удивлены интенсивностью поступающего сигнала: они ожидали, что для подтверждения выдвинутых гипотез потребуется как минимум год, но необходимые данные удалось собрать в течение нескольких недель. Присутствие воды на планете может оказать помощь будущим астронавтам, которые совершат высадку на красную планету. Вода необходима для жизни, и сделанное открытие сильнее убеждает ученых, что когда-то на Марсе могла существовать жизнь, а возможно ее проявления существуют и сейчас. Поэтому теперь наиболее важной задачей ученые считают доставку на Землю образцов льда и породы, которые предполагается собрать с помощью беспилотного летательного аппарат. [2,5] 19 Литература 1. Астрономическая энциклопедия 12-фильмов продолжить производство. «Росс. объед-е» 2. Левитан Е.П. Астрономии. 11 кл. (Издательство М. «Просвещение»1994. стр.207) 3. Мороз В.И. Физика планеты Марс. М. Наука 1978. Спутники Марса М. Мир.1981) 4. Маров М.Я. «Планеты Солнечной систем» М.Наука 1986) 5. Полная энциклопедия. Астрономия Ян Ридпад. (Москва Астрономия. Астрель. Стр.300) 6. Рубенчик Л.И. «Поиск литроорганизмов в космосе. М.Наука 1986) 20