Ученые из nasa хотят восстановить магнитное поле марса и сделать планету обитаемой

Есть ли на Марсе атмосфера

Атмосфера на планете присутствует, но разреженная, ее среднее давление у поверхности составляет всего 610 Па — как на Земле на высоте 30 км. Атмосфера Марса на 95,3% состоит из углекислого газа. Другие составляющие: азот (2,7%), инертный газ аргон (1,6%), кислород (0,145%), небольшое количество водяного пара, угарного газа, оксида азота, ксенона. Эти данные представлены NASA в 2004 г.

Наличие атмосферы на красной планете ученые объясняют постоянным ее пополнением вследствие извержения вулканов. Иначе при такой низкой гравитации (3,711 м/с²) и слабом магнитном поле ее существование было бы невозможным.

В самое пекло

«Паркер» должен ответить на несколько вопросов — в частности, почему ускоряется солнечный ветер, и как заряженным частицам удаётся достигать околосветовых скоростей. Для этого ему нужно будет максимально приблизиться к Солнцу, окунувшись в верхние слои атмосферы звезды.

По словам одной из руководителей миссии Николин Виалл, «у нас есть возможность засунуть градусник в самую корону (так называют внешние слои атмосферы Солнца — Би-би-си) и посмотреть, как поднимается температура».

Image caption

Первооткрыватель солнечного ветра Юджин Паркер в Университете Чикаго

Но как «засунуть градусник» в Солнце так, чтобы он не расплавился?

От палящих лучей зонд укроет беспрецедентная термозащита: экран из многослойного углепластика толщиной около 12 см и сложная система из семи датчиков, задача которой — автономно, без сигнала с Земли, контролировать, чтобы аппарат всегда был повёрнут к Солнцу нужной, то есть защищенной, стороной.

Стоит «Паркеру» хотя бы частично высунуться за защитный экран — и аппарат, на создание и запуск которого потрачено 1,5 млрд долларов, рискует в лучшем случае выйти из строя, а в худшем — превратиться в сгусток плазмы.

Чтобы понять, как 12-сантиметровый экран может защитить от разрушительного жара звезды, нужно помнить о разнице между теплом и температурой. Температура измеряет, насколько быстро движутся частицы, а тепло — общее количество переносимой ими энергии. Частицы могут двигаться с невероятной скоростью (высокая температура), но если их количество невелико, то и передать много энергии они не смогут. Например, вы можете безболезненно ненадолго засунуть руку в разогретую духовку — но не в кипящую воду.

В открытом космосе — в условиях почти полного вакуума — частиц, способных разогреть аппарат, ничтожно мало. Верхние слои солнечной короны чрезвычайно разрежены, и хотя температура там достигает миллионов градусов, защитный экран «Паркера» нагреется только до 1300-1400 градусов.

При этом сам аппарат будет работать в весьма комфортных условиях около 30 градусов по Цельсию, а «хвост» трёхметрового зонда, отвёрнутый от Солнца, и вовсе будет погружён в настоящий космический холод — около 130 градусов ниже ноля. Заднюю часть «Паркера» даже придётся нагревать дополнительно, чтобы могла нормально работать расположенная там электроника.

Откуда на Марсе ветер

Ветер — это передвижение атмосферных потоков, вызванное разными показателями давления, параметры которого зависят от высоты местности, температуры воздуха. Поскольку на Марсе есть атмосфера, ветры тоже присутствуют.

Ветер на Марсе присутствует и поднимает сильные пылевые бури. Credit: NASA.

Кроме того, перепады высоты на планете велики: 30-31 км (на Земле — 20-21 км), и температура тоже колеблется в более широких пределах. Так, летом на экваторе планеты она может составлять -80°С ночью, а днем +25°С. Поэтому ветры на Марсе более мощные, чем на Земле.

Средняя скорость ветра на планете составляет около 50 м/с (180 км/ч), а максимальная превышает 100 м/с (360 км/ч). Но из-за разреженности атмосферы такой ветер ощущался бы человеком так же, как земной при 17 км/ч. Поэтому такие порывы не смогут сбить с ног астронавтов или опрокинуть летательные аппараты. Но на Марсе ветры вызывают сильные пыльные смерчи и бури.

Близкий незнакомец

Несмотря на относительную близость — по космическим меркам, конечно, — мы не так уж и много знаем о нашей звезде.

Например, одна из главных загадок Солнца — почему внешняя часть атмосферы звезды в сотни раз горячее, чем поверхность звезды. Это всё равно как если бы нам становилось жарче по мере удаления от костра.

Невооружённым глазом с Земли мы можем наблюдать лишь ничтожную часть солнечного излучения, поэтому Солнце представляется нам очень спокойным и неизменным диском.

Image caption

Примерно так выглядит Солнце на самом деле

Image caption

Или так

На самом же деле его в самом прямом смысле непрерывно разрывают на части мощные взрывы, в результате чего потоки заряженных частиц и электромагнитного излучения — так называемый солнечный ветер — разлетаются на миллиарды километров вокруг.

Это открытие сделал в середине XX века американский астроном Юджин Паркер. Именно в его честь назван аппарат. 91-летний ученый был на месте запуска и попрощался с «Паркером».

На Земле порывы солнечного ветра вызывают северные сияния, магнитные бури и другие явления, известные под общим названием «космическая погода».

Подобные вспышки не только влияют на наше самочувствие, но и вносят помехи в радиосвязь, нарушают работу спутников, а иногда приводят к серьёзным сбоям в электросетях. В 1989 году, например, буря была настолько мощной, что солнечный ветер на несколько часов полностью обесточил канадскую провинцию Квебек, а северные сияния можно было наблюдать во Флориде и в Техасе, где обычно их не бывает.

Image caption

Так выглядит в первые секунды вспышка на Солнце, если снять её в разном световом диапазоне

«Наш мир постоянно омывается солнечной энергией, — объясняет один из руководителей проекта из Университета Джонса Хопкинса Ники Фокс. — Но у нас нет чёткого понимания, что за механизмы несут к нам солнечный ветер, и именно это мы собираемся выяснить».

Однако есть у миссии и совершенно практический смысл. Учёные надеются, что при помощи этого исследования они смогут лучше понять природу солнечного ветра — и, возможно, научиться предсказывать космическую погоду.

Например, в ближайшее время планируется отправить первых людей на Марс. Миссия продлится три с половиной года, и если за время полёта на Солнце произойдёт достаточно интенсивная вспышка, то все астронавты погибнут. На Земле от космического излучения нас защищает магнитосфера планеты, в открытом же космосе укрыться от солнечного ветра невозможно — его внезапный порыв может уничтожить электронику корабля и вызвать необратимые мутации в ДНК экипажа.

Марсианские пыльные бури

Последовательность развития пылевой бури на Марсе. Credit: MARCI.

Локальные пыльные вихри образуются на Марсе постоянно.

Их появлению способствуют наличие мелкодисперсной пыли и разреженность атмосферы, которая позволяет мелким частицам грунта подниматься на большую высоту.

Эти процессы активизируются, когда планета находится ближе к Солнцу.

Ежегодно на Марсе бушуют пыльные бури. Чаще они покрывают площадь размером с земной континент, но иногда принимают глобальный характер и охватывают всю поверхность планеты. Такие катаклизмы происходят каждые 6-8 лет.

Бури на Марсе отслеживаются учеными уже более ста лет. В наше время для этого используют марсианские и космические станции. Это позволяет зафиксировать важные параметры и сделать четкие фотоснимки. Последняя глобальная буря наблюдалась в 2018 г. Она началась в июне и длилась до середины сентября. В этом случае интервал между глобальными ураганами составил 11 лет.

В результате погодного катаклизма была прервана связь с марсоходом NASA Opportunity, который из-за пыли, покрывшей солнечные батареи, впал в спящий режим и с тех пор не выходил на связь. О завершении его миссии было официально объявлено в феврале 2019 г.

География марсианских ветров

Ветер всегда дует в направлении от области с высоким давлением к области с низким. Его направление в Северном полушарии Марса можно достаточно четко определить по расположению элементов рельефа. С севера на юг оно практически параллельно меридианам Марса.

Пример карты давления в атмосфере Марса — ветер дует из областей с высоким давлением к низким. Credit: LMD\OU\IAA\ESA\CNESS\GeorgeCann.

Ветры здесь разделены на центральную, восточную и западную ветви. Нагорье Фарсида, средняя высота которого около 10 км, является преградой для воздушных потоков с севера и юга. У подножья его склонов расположено скопление дюн, образовавшееся в результате замедления ветра перед преградой.

Рельефы северного и южного полушария планеты отличаются. В южном он более сложный, поверхность здесь покрыта кратерами и в среднем расположена на 1-2 км выше, чем в северном полушарии. Обширные равнинные пространства практически отсутствуют, потоки ветра вынуждены огибать неровности рельефа, поэтому определить их направление здесь сложнее.

Воздействие ветров Марса на рельеф планеты, выветривание и дефляция почв

Атмосферные потоки на Марсе благодаря высокой скорости вызывают разрушение почвы. Этот процесс называется дефляцией.

Пример постепенной эрозии почвы на Марсе из-за ветра. Credit: NASA’s Mars Exploration Program.

Последствия дефляции на Марсе:

  1. Образование ярдангов (вытянутых гряд).
  2. Очищение тектонических трещин.
  3. Образование ямчатого рельефа.

Ярданги возникают в результате разрушения пород. Желобы и гребни чередуются и расположены по направлению ветра. На Земле они встречаются в Центральной Сахаре, в штате Аризона, на Марсе — на Фарсиде, равнинах Эолия и Амазония.

Ямчатый рельеф со множеством впадин различного размера, имеющих глубину до 400 м и диаметр до нескольких километров, характерен для южных приполярных регионов Марса. По сравнению с земными процессами глубинная дефляция (разрушение дна) в них невелика. Так, африканская впадина Каттара, одна из самых глубоких низменностей планеты, имеет глубину около 200 м и диаметр около 25 км.

17 лет ожидания

Владимир Красносельских — сотрудник французского Национального центра научных исследований, его команда отвечает за магнитные датчики одного из четырёх установленных на «Паркере» инструментов под названием FIELDS. Задача прибора — измерять электрические и магнитные поля вокруг аппарата.

Именно разработчикам FIELDS из Университета Беркли принадлежит идея «тараканьих усов» — тонких датчиков, вынесенных за пределы защитного экрана для более точного измерения разности потенциалов электрического поля. Сам Владимир сравнивает их с клеммами автомобильного аккумулятора.

Image caption

Владимир Красносельских ждал запуска 17 лет — но с еще большим нетерпением ждет первых результатов миссии

Владимир рассказывает, что изначально параллельно с «Паркером» планировалось запустить аналогичный зонд Европейского космического агентства. Аппараты должны были проводить измерения на расстоянии 10 и 60 радиусов от Солнца, но европейскую миссию пришлось отложить на 2020 год.

Работу над проектом FIELDS Владимир начал ещё в 2001 году — так что этого запуска НАСА он ждал 17 лет. Ученому особенно обидно, что стартовал «Паркер» только тогда, когда ему уже пора на пенсию и он уже не сможет набрать собственную команду для анализа собранной прибором информации.

«Запуск для нас не самое интересное, мы ждём первых данных, — говорит Красносельских. — Ведь до настоящего времени никто ничего подобного не делал. Уникальна не только сама миссия, но и наш эксперимент на ней».

При этом собранные на Солнце данные замеров аппарат сможет передать учёным, только когда вернётся к Земле — точнее, приблизится к ней на минимальное расстояние. А этот «тур» составляет 88 дней — ещё почти три месяца мучительного ожидания после запуска.

При этом пока никто точно не знает, какие именно результаты принесёт миссия — и когда им удастся найти практическое применение.

Владимир грустно шутит, что наука, которой он занимается, с одной стороны, недостаточно фундаментальная, чтобы получать за неё Нобелевские премии (её не удостоился даже сам Юджин Паркер, несмотря на все свои открытия), а с другой — недостаточно прикладная, чтобы на неё охотно выделяли деньги.

Ссылка на основную публикацию