Warto przeczytać

Charakterystyka „czerwonej planety”

Mars jest jedną z sześciu planet Układu Słonecznego znanych od starożytności. Jasność Marsa zmienia się od +1,8 magmagnitudo [mag]mag w pobliżu koniunkcjikoniunkcjakoniunkcji, aż do -2,91 magmagnitudo [mag]mag w opozycjiopozycjaopozycji, dzięki czemu jest łatwo dostrzegalny nieuzbrojonym okiem. Znaczenie terminów koniunkcjakoniunkcjakoniunkcja i opozycjaopozycjaopozycja wyjaśnia Rys. 1.

R1P6HvA7zQXL7

Rys. 1. Ilustracja przedstawia schemat układu planet górnych i dolnych w przypadku opozycji i koniunkcji. Na ilustracji widoczna jest duża i żółta kropka symbolizująca Słońce. Wokół Słońca widoczne są trzy współśrodkowe okręgi narysowane czarnymi liniami. W środku okręgów znajduje się Słońce. Okręgi symbolizują orbity planet. Okrąg o najmniejszym promieniu opisany jest, jako orbita planety dolnej. Orbitę Ziemi symbolizuje okrąg o średnim promieniu a okrąg o największym promieniu podpisany jest, jako orbita planety górnej. Na orbicie Ziemi widoczna jest małą zielona kropka symbolizująca naszą planetę. Ziemia widoczna jest w położeniu znajdującym się na poziomej, przerywanej linii przechodzącej przez położenie Słońca. Na zewnętrznej orbicie widoczne są dwie pomarańczowe kulki symbolizująca charakterystyczne położenia planety górnej. Planeta górna widoczna jest w położeniu najbardziej wysuniętym w lewo oraz najbardziej wysuniętym w prawo na swojej orbicie. Kiedy planeta górna, Ziemia oraz Słońce ustawione są w jednej linii a Ziemia znajduje się w środku układu trzech ciał niebieskich to mamy do czynienia z ustawieniem nazywanym opozycją. Kiedy wszystkie trzy ciała znajdują się w jednej linii ale w środku układu widoczne jest Słońce, to takie ustawienie nazywamy koniunkcją. Na orbicie planety dolnej widoczne są cztery żółte kropki symbolizujące charakterystyczne położenia planety dolnej. Kiedy Ziemia, planeta dolna oraz Słońce znajdują ustawione są w jednej linii a w środku układu znajduje się Słońce to mamy do czynienia z koniunkcją górną. Kiedy w środku układu trzech ciał znajduje się planeta dolna to takie ustawienie nazywamy koniunkcją dolną. Z położenia Ziemi poprowadzona dwa odcinki styczne do orbity planety dolnej. Kiedy planeta dolna znajduje się w punkcie stycznym odcinka i swojej orbity, w górnej połowie rysunku to takie położenia nazywane jest maksymalną elongacją wschodnią. Kiedy planeta dolna znajduje się w punkcie stycznym swojej orbity i odcinka poprowadzonego z położenia Ziemi, to takie ustawienie nazywamy maksymalną elongacją zachodnią.

Mars jest planetą górną (znajduje się dalej od Słońca, niż Ziemia). Porusza się w innym tempie, niż Ziemia – okrąża naszą gwiazdę w czasie wynoszącym niemal dwa ziemskie lata. Jeśli pamiętamy także, że tory planet są eliptyczne, a nie kołowe, oraz mamy świadomość ogromnych odległości między nimi,  łatwo dojdziemy do wniosku, że każda planeta znajduje się raz dalej, a raz dużo bliżej Ziemi, niż zazwyczaj (wtedy jest na naszym niebie jaśniejsza i lepiej widoczna). Wobec tego, w czasie opozycji odległość między Marsem a Ziemią także może być różna. Obrazuje to Rysunek 2., prezentujący różnice pomiędzy miejscami planety na jej orbicie w czasie opozycji różnego rodzaju. Wielka opozycja może mieć miejsce w czasie wielkiego zbliżenia.

R1FaBFPp3D9PJ

Rys. 2. Ilustracja przedstawia schematycznie układ trzech ciał niebieskich Słońca, Ziemi oraz Marsa. Na czarnym tle ilustracji widoczna jest żółta kulka symbolizująca Słońce. Słońce widoczne jest w centralnej części ilustracji. Wokół naszej gwiazdy widoczne są dwie eliptyczne orbity, w których lewych ogniskach znajduje się Słońce. Ziemia krąży po orbicie znajdującej się bliżej Słońca a Mars porusza się po orbicie zewnętrznej. Kiedy obie planety znajdują się w jednej linii z gwiazdą i są ustawione na lewo od Słońca, czyli na krótszej osi orbit eliptycznych to mamy do czynienia z ustawieniem nazywanym wielką opozycją. Kiedy planety znajdują się po prawej stronie od Słońca, czyli na dłuższych osiach eliptycznych orbit, to takie ustawienie nazywane jest niekorzystną opozycją. W przypadku kiedy planety i gwiazda znajdują się na jednej linii ale nie jest to ani długa, ani krótka oś ich eliptycznych orbit, to mamy do czynienia ze zwykłą opozycją. Zwykła opozycja przedstawiona jest na rysunku, gdy Ziemia, Mars i Słońce ustawione są w jednej linii nad Słońcem.

W odróżnieniu Marsa od innych obiektów na niebie pomaga jego kolor. Przy obserwacjach okiem, lornetką lub niewielkim amatorskim teleskopem bez użycia filtrów, Mars ma odcień pomarańczowo‑czerwony. Kolor ten jest efektem zalegania na powierzchni dużej ilości pyłu, który w trakcie burz pyłowych unoszony jest do atmosfery. Pyłem tym jest pokruszona rdza, czyli utlenione żelazo. Prawdopodobnie podczas tworzenia się planety skalistej, jaką jest Mars, żelazo nie opadło całkowicie do jądra, a znaczna jego część pozostała w wierzchnich warstwach. Dzięki obecności tlenu żelazo utleniło się, tworząc rdzę. Przez setki milionów lat rdza tworzyła się i zamieniała w pył, który teraz pokrywa całą planetę. Obecnie w atmosferze Marsa nie ma wystarczającej ilości tlenu, ani żelaza na jego powierzchni, aby wytworzyć tak dużą ilość rdzawego pyłu. Prawdopodobnie skład Marsa miliardy lat temu, gdy planeta się tworzyła z pierwotnej mgławicy, był zupełnie inny.

Różnica obserwowanych jasności Marsa wynosi ponad 4 mag. Odległość pomiędzy Marsem a Ziemią w czasie największego oddalenia jest ponad siedmiokrotnie większa, niż gdy następuje wielkie zbliżenie.

Przypomnijmy, że ponieważ okres obrotu Marsa dokoła Słońca jest niemal dwa razy większy, niż Ziemi, co około 780 dni zdarza się, że Ziemia znajduje się dokładnie miedzy Marsem z Słońcem (na jednej linii). Ta sytuacja nazywa się opozycją planety. Ponieważ jednak orbita Marsa nie jest okręgiem, a wyraźnie wydłużoną elipsą, największe zbliżenie do Ziemi następuje wtedy, gdy Mars jest w pobliżu peryhelium własnej orbity. Ta sytuacja nazywa się Wielką Opozycją (patrz – Rys. 2.). Z zestawienia przedstawionego na Rys. 3. Widać, że zdarza się to co około 15 lat. Wtedy można podziwiać szczegóły powierzchni Marsa oraz czapy polarne nawet przy pomocy amatorskiego sprzętu obserwacyjnego.

RYCaHw1dgdCA1

Rys. 3. Ilustracja przedstawia dane dotyczące wielkości obserwowanej Marsa i jego odległości od Ziemi w czasie kolejnych opozycji w ciągu ostatnich czterdziestu lat. Tło ilustracji jest czarne a w górnej części widnieje pomarańczowy napis Wielka opozycja Marsza dwa tysiące osiemnaście. Poniżej widoczne są trzy kolumny, w których zapisano daty kolejnych opozycji oraz odległości pomiędzy Ziemią i Marsem i rozmiar kątowy Marsa widocznego z Ziemi. Najbliżej Ziemi Mars znajdował się dwudziestego ósmego sierpnia dwa tysiące trzeciego roku. W tym czasie odległość [pomiędzy planetami wynosiła pięćdziesiąt pięć i siedemdziesiąt sześć setnych miliona kilometrów a rozmiar kątowy Czerwonej Planety wynosił dwadzieścia pięć stopni i jedenaście minut.

Tabela 1. Podstawowe parametry orbity i parametry fizyczne Marsa.

Czapy polarne Marsa można porównać z ziemskimi obszarami okalającymi bieguny polarne – Arktyką i Antarktydą. Są to skupiska lodu usytuowane w obszarze okołobiegunowym. Na Marsie występują jedynie lądolody, czyli stała powierzchnia pokryta lodem.

Mars nachylony jest do płaszczyzny orbity pod kątem 25,18 stopni, a kąt nachylenia Ziemi jest mniejszy o niecałe 2 stopnie (23,44Indeks górny o^o). To sprawia, że pory roku i zjawiska zachodzące na biegunach są bardzo podobne do ziemskich. Pory roku na Marsie są takie same jak na Ziemi, tylko trwają dwukrotnie dłużej, ze względu na dłuższy marsjański rok. W okresie lata temperatura (w południe, na równiku) może osiągnąć 20 stopni Celsjusza, ale zimą spada nawet do -140 stopni Celsjusza. Dzieje się tak z dwóch powodów:

1. atmosfera Marsa jest bardzo cienka i rzadka, więc nie chroni planety przed promieniowaniem słonecznym ani nie podtrzymuje temperatury (Ziemia ma grubą atmosferę, która utrzymuje ciepło przy powierzchni);

2. Mars nie posiada wewnętrznego ciepła pochodzącego z jądra planety, które ogrzewałoby powierzchnię od środka.

Temperatura na powierzchni Marsa uzależniona jest od stopnia nasłonecznienia. Im bliżej Słońca, tym robi się cieplej na półkuli skierowanej do gwiazdy, a czapa polarna topi się i maleje. Kiedy mija pół roku marsjańskiego, temperatura spada, a czapa polarna z powrotem narasta.

Kolejnym ciekawym  tworem na Marsie jest największy w Układzie Słonecznym wygasły wulkan – Olympus Mons o wysokości ponad 21 km. Jest on widoczny z orbity okołoplanetarnej, gdy nie ma pyłowej burzy.

RZEvKucjOYajZ

Rys. 4. Ilustracja przedstawia zdjęcie Marsa. Na czarnym tle przestrzeni kosmicznej widoczna jest kulista planeta w kolorze czerwonym. W centralnej części na powierzchni planety widoczne są trzy wzniesienia układające się wzdłuż linii prostej biegnącej od lewego i dolnego ku prawego i górnego rogu ilustracji. Po lewej stronie od wzniesień widoczny jest jeszcze jeden, większy szczyt. Wzniesienia to wulkany znajdujące się w regionie Tharsis. Zdjęcie zostało udostępnione przez Europejską Agencję Kosmiczną wielkimi literami ESA.

Wszystkie planety skaliste Układu Słonecznego mają na swojej powierzchni cechy świadczące o wulkanizmiewulkanizmwulkanizmie, który albo nadal zachodzi, albo zachodził we wczesnych etapach rozwoju ciała. Mars ma cechy wulkanizmu, którymi są stożki wulkaniczne. Jednak wszystkie wulkany na planecie są wygasłe. Żadne badania nie potwierdzają jakiejkolwiek aktywności wewnętrznej Marsa, która prowadziłaby do wybuchów wulkanów oraz wyrzutów magmy.

Wiele podobieństw do Ziemi sprawiło, że Mars był bardzo dokładnie badany i analizowany.

Historyczne zapiski

Pierwsze historyczne zapiski dotyczące Marsa można znaleźć już w starożytnych egipskich źródłach. Babilońscy astronomowie prowadzili regularne obserwacje tej planety, wyliczając okres orbitalny. Arystoteles obserwując Marsa w IV w. p.n.e., zauważył zniknięcie planety za Księżycem, co dowodziło, że Mars znajduje się dalej niż Księżyc. Astronomowie próbowali wyznaczać promień planety i jej odległość od Ziemi, ale dopiero stworzenie teleskopu umożliwiło dokładne pomiary. W 1610 roku Galileusz skonstruował teleskop i dzięki temu mógł po raz pierwszy zobaczyć niewielką tarczkę planety.

Mars XIX wieku

W drugiej połowie XIX wieku rozwój instrumentów badawczych umożliwił narysowanie pierwszej mapy powierzchni Marsa. Powstała ona w 1877 roku. Mapa ta pozwoliła na analizę cech powierzchni Marsa. Obserwacje teleskopowe, wykonane w czasie opozycji, pozwalały zobaczyć znacznie więcej, ale obrazy nadal były nieostre, a interpretacja obrazu dokonywana tylko przez obserwatora.

W tamtym czasie rozgorzała „marsjańska gorączka”. Jeden z ówczesnych astronomów, Giovanni Schiaparelli, napisał dzieło o powierzchni Marsa, w którym opisywał proste długie struktury nazwane przez niego po włosku canali. W tłumaczeniu na angielski użyto słowa canals, oznaczającego sztucznie stworzone kanały, zamiast channels, które oznacza także twory naturalne. Pomyłka językowa sprawiła, że wielu ludzi sądziło, iż planetę Mars zamieszkują żywe istoty budujące kanały, prowadzące od czap polarnych i nawadniające planetę. Percival Lowell, zafascynowany astronomią przedsiębiorca specjalizujący się w kulturze wschodniej, założył obserwatorium. Był on przekonany, że marsjańskie kanały zostały stworzone przez inteligentne osobniki. W ufundowanym przez niego ośrodku obserwowano Marsa, a on sam był autorem wielu książek opisujących życie na Marsie, które jeszcze bardziej pobudzały wyobraźnię licznych odbiorców. Dopiero na początku XX wieku opublikowano informację o tym, że struktury nazywane kanałami marsjańskimi nie są prostymi liniami, a powierzchnia jest pokryta jedynie nieregularnymi wzorami.

Badania Marsa na przełomie XX i XXI wieku

R14yGjLMFTZbt

Rys. 5. Ilustracja przedstawia mapę Marsa stworzoną ze zdjęć wykonanych przez teleskop Hubble'a. Zdjęcia planety obejmujące wszystkie jej obszary zostały rozciągnięte i tworzą obraz przypominający elipsę. Powierzchnia planety jest pomarańczowo‑czerwona z widocznymi ciemniejszymi smugami. Na północnym i południowym biegunie widoczne są nad planetą białe obszary.

Koniec XX wieku i początek XXI wieku obfitowały w misje kosmicznebezzałogowa misja kosmicznamisje kosmiczne mające na celu badanie Marsa zarówno z orbit okołoplanetarnych, jak i bezpośrednio z ich powierzchni. Od 1961 roku przeprowadzono ponad 50 misji kosmicznych. Znaczna część pierwszych misji kosmicznych mających na celu badanie Marsa zakończyła się niepowodzeniem z przyczyn technicznych. Agencje kosmiczne Związku Radzieckiego oraz Ameryki starały się badać „czerwoną planetę” w tym samym czasie.

Misje kosmiczne ZSRR i Rosji

Większość misji marsjańskich Rosjan zakończyła się niepowodzeniem. Pierwsze udane misje Rosjan odbyły się dopiero w latach siedemdziesiątych. Niestety, rosyjskie misje dostarczyły zaledwie kilkuset zdjęć planety oraz pobieżnie zbadały skład atmosfery.

Misje kosmiczne Stanów Zjednoczonych

Amerykańska agencja kosmiczna NASA też miała wiele trudności, ale w porównaniu z misjami rosyjskimi odniosła sukces. Na początku lat siedemdziesiątych, Mariner‑9 wysyłał przez rok tysiące zdjęć z orbity Marsa. Spektakularny sukces osiągnęły lądowniki Viking‑1 i Viking‑2, które na przełomie lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych badały powierzchnię planety. Na przełomie XX i XXI wieku stworzono marsjańskie łaziki. Są to urządzenia wyposażone w instrumenty badawcze i mogą przemieszczać się po powierzchni planety, wykonywać zdjęcia oraz badać pobrane próbki skał i pyłu. Pierwszym w historii marsjańskim łazikiem był Sojourner. Najbardziej spektakularną misją wykorzystującą łaziki była misja MER. Jej celem było zbadanie jak największej powierzchni Marsa, klimatu i warunków fizycznych panujących na powierzchni. Dane miały być wykorzystane również w celu przygotowania odpowiedniego sprzętu dla załogowych misji na Marsa, które są planowane. Misja MER składała się z dwóch łazików Spirit i Opportunity. Oba przetrwały na powierzchni znacznie dłużej, niż zakładali konstruktorzy.

R1P2aSOYEFxfe

Rys. 6. górny. Ilustracja przedstawia zdjęcie łazika Curiosity badającego powierzchnię Marsa od dwa tysiące dwunastego roku. Na zdjęciu pokazano niewielki pojazd kołowy przemierzający piaszczystą powierzchnię Marsa. Nad podstawą pojazdu widoczna jest pionowa kolumna, na zwieńczeniu której znajdują się liczne urządzenia pomiarowe. Systemy pomiarowe widoczne są w postaci wiązek przewodów, chwytaków, kamer i licznych innych urządzeń.

R1KgoEyq35xd2

Rys. 6. dolny. Ilustracja podzielona jest na dwie części, prawą oraz lewą. Na lewej części widoczne jest zdjęcie prostokątnego dołka wykopanego w piaszczystej powierzchni Marsa. W prawej części ilustracji widoczny jest prostokątny, metalowy pojemnik zamontowany na łaziku Curiosity służący do pobierania próbek gleby na Marsie.

Misje kosmiczne Europejskiej Agencji Kosmicznej

We współczesnych badaniach Marsa w XXI wieku wiodą prym dwie agencje kosmiczne: amerykańska i europejska. Dzięki współpracy wielu krajów Europy oraz wyciągając wnioski z wieloletnich niepowodzeń innych agencji, ESA (European Space Agency) stworzyła bardzo precyzyjne i niezawodne sondy badające Marsa.

Misje kosmiczne krajów azjatyckich

Chiny, Japonia i Indie również próbują swoich sił w eksploracji Marsa. Każdy z tych trzech azjatyckich krajów stworzył swoje projekty badawcze. Do chwili napisania tego materiału zostały udanie przeprowadzone misje indyjska i chińska. Orbiter Mission (Indie) od 2014 roku znajduje się na orbicie okołomarsjańskiej i dokonuje pomiarów struktur powierzchni, morfologii, mineralogii oraz atmosfery. Indie są jedynym krajem, któremu udało się za pierwszym razem bez problemów technicznych umieścić sondę na orbicie innej planety i dokonywać zaplanowanych pomiarów. W maju 2021 r. chiński łazik Zhurong wylądował na powierzchni Marsa. Chiny stały się więc trzecim państwem po USA i Związku Radzieckim, które umieściło miękko sondę na powierzchni Czerwonej Planety.

Obecnie na orbicie okołomarsjańskiej znajduje się kilka sond badawczych nazywanych w skrócie orbiterami. Dostarczają one ciekawych danych i zdjęć planety. Jednak najbardziej precyzyjne dane mogą być zebrane jedynie przez specjalistyczne urządzenia umieszczone bezpośrednio na powierzchni planety. Niestety, warunki jakie panują na powierzchni Marsa są bardzo trudne dla robotów, więc ich konstruktorom należy się uznanie, że działają one aż tak długo.

RP6rpxGd8VrW5

Rys. 7. Przedstawia dwa zdjęcia Marsa wykonane w dwa tysiące pierwszym roku. Tło zdjęcia jest czarne i przedstawia przestrzeń kosmiczną. Po lewej stronie widoczna jest kulista planeta w szarożółtym kolorze. Na powierzchni planety widać jaśniejsze i ciemniejsze obszary przedstawiające strukturę powierzchni Marsa. Zdjęcie po lewej stronie wykonano w czerwcu dwa tysiące pierwszego roku. Po prawej stronie Mars widoczny jest, jako jednolita, szara kula. Jednolita barwa wynika z występowania burz piaskowych obejmujących całą planetę w lipcu dwa tysiące pierwszego roku.

Księżyce Marsa

Wszystkie łaziki i lądowniki znajdujące się obecnie na Marsie mogą przy okazji fotografować również zjawiska astronomiczne z jego powierzchni. Ponieważ Mars ma dwa księżyce, Fobos i Deimos, są one również badane zarówno przez orbitery, jak i lądowniki. Księżyce Marsa są znacznie mniejsze niż ziemski Księżyc. Fobos widziany z Marsa ma zaledwie 1/3 średnicy kątowej Księżyca oglądanego z Ziemi. Natomiast Deimos jest tak mały, że z powierzchni macierzystej planety jest punktowym źródłem światła – przypomina widzianą z Ziemi Wenus. Oba księżyce wykazują obrót synchroniczny, czyli z powierzchni Marsa widać tylko jedną ich stronę – tak samo, jak z Ziemi widać Księżyc. Fobos obraca się wokół planety bardzo szybko, dlatego wschodzi więcej niż 2 razy na dobę (pozorny czas obiegu to 11 godzin). Fobos zacieśnia swoją orbitę wokół Marsa, a Deimos od Marsa się oddala. Orbita Fobosa zmniejsza się mniej więcej o 1,8 cm na rok. W wyniku tego prawdopodobnie za 50 mln lat Fobos  uderzy w powierzchnię Marsa lub zostanie rozerwany i utworzy pierścień pyłowy wokół planety.

R1Q4QkYUvYbYg

Rys. 8. Zdjęcie wykonane z powierzchni Marsa przez łazika Spirit przedstawia zachód Słońca. Na zdjęciu widoczny jest skalisty krajobraz pokryty czerwonym piachem. W górnej części zdjęcia widoczne jest szare niebo i małe, jasne Słońce zachodzące nad horyzontem. Zdjęcie wykonano z krateru Gusiewa na powierzchni Marsa.

Przyszłość

Mars jest najdokładniej zbadaną planetą Układu Słonecznego. Obecnie, agencje kosmiczne na całym świecie dokonują badań, które mają umożliwić podróż człowieka na Marsa. Mówi się również o próbie kolonizacji planety w dalszej przyszłości. Nawet w Polsce powstał marsjański habitat. Jest to specjalnie przygotowane miejsce, w którym symuluje się warunki podobne do marsjańskich. W takim miejscu badano, czy człowiek jest w stanie pozostać w zamknięciu i wytworzyć rośliny dające tlen i pokarm. Rozwój pomysłów na zasiedlenie Marsa zależy jest już tylko od rozwoju technologii. Wiadomo, co zrobić, aby tam żyć, ale nie wiadomo, jak to przetransportować na „czerwoną planetę”, tak aby człowiek był samowystarczalny w tak ciężkich warunkach.

Słowniczek