Что мы знаем о Марсе?

Вулкан Олимп — самый большой в Солнечной системе. Долина Маринера — самый большой в Солнечной системе каньон, который в сотни раз превышает самый большой каньон на Земле.

Глобальные пылевые бури. Разреженная углекислотная атмосфера. Рыжий цвет, обусловленный оксидами железа, покрывающими поверхность. Этим минимумом знаний о соседней планете владеет большинство населения планеты Земля.
Изучение Марса продолжается, новые факты и открытия объявляются практически на каждой планетологической научной конференции.
Начнем с атмосферы. Несмотря на ее разреженность, это самая «живая» часть Марса, в которой происходит множество интересных процессов. Плотность атмосферы Марса составляет в среднем 1/125-ю от плотности атмосферы Земли, при этом ее толщина лишь немногим уступает земной из-за меньшей силы притяжения. Исследовательские спутники поэтому летают на высотах больше 250 км, чтобы атмосфера не оказывала существенного влияния на орбиту.
Глобальные марсианские пылевые бури нерегулярны и наблюдаются примерно раз в 6 земных лет. Каждый марсианский год происходит масштабное испарение углекислотной полярной шапки в летнем полушарии и намерзание такой же шапки на зимнем полюсе, в перекачке углекислого газа участвует до четверти всей массы атмосферы планеты.

Такая динамика порождает локальные бури, частые у полюсов, но довольно редко добирающиеся до экватора. Марсоход Curiosity, работающий в 5 градусах южнее экватора, лишь однажды на два дня оказался в пыли, ограничившей видимость десятью километрами. Обычно видимость бывает до 40 км, а в отдельные спокойные зимние недели можно рассмотреть вершины гор на расстоянии 80 км.
Практически в любое время года в атмосфере Марса висит рыжая пыль, самые «пыльные» времена — осень и весна, когда происходит переток атмосферы от одного полюса к другому. Небо становится оранжево-бежевым вплоть до коричневого во время бурь. В спокойные месяцы пыль оседает, зенит чернеет, и бежевый цвет неба спускается к горизонту. Тогда можно увидеть и голубоватые оттенки, при Солнце, находящемся у горизонта, атмосферные газы немного рассеивают голубую составляющую солнечного спектра.

Кроме масштабных пылевых бурь, покрывающих всю планету или существенные ее части, на Марсе можно наблюдать деятельность малых вихрей, которые американские ученые называют "Dust Devil", а по-нашему "пылевые чёртики". Чаще всего они выглядят как пыльный хобот, поднимающийся на высоту от нескольких метров до нескольких сот метров.

Из-за пылевых бурь может сформироваться впечатление, что Марс завален пылью, из-за чего невозможно изучение его геологии непосредственно на месте. Пыль, конечно, покрывает на Марсе всё пространство, куда может достать ветер, но толщина пылевого слоя подчас не превышает долей миллиметра. Процесс атмосферной эрозии на Марсе еще идет, он способствует увеличению объемов пыли, но участки поверхности, подвергающиеся эрозии, голые. В одном из таких мест и работает Curiosity.
Низкую интенсивность отложения пыли может показать пример парашютов посадочных модулей автоматических космических станций прошлого века. В 2012 году удалось обнаружить парашют «Марса-3» (1971 год посадки), а затем и сам аппарат. Документированы парашюты станций Viking-1 (1976 год) и Mars Pathfnder (1997 год).

Скрытым под слоями пыли можно признать парашют Viking-2, и никак не удается обнаружить признаки парашюта «Марса-6», хотя предпринимались неоднократные попытки.
Пыль в атмосфере может распределяться в нескольких слоях, формировать облака, в том числе высотные, и подниматься до высот 50 км или даже выше на несколько десятков километров.
Зачастую в публикациях СМИ путают пыль и песок. Это на Земле возможны песчаные бури и перенос песка на сотни километров. Для Марса такое актуально только для пыли, размер частичек которой не превышает 0,1 мм. Более крупный песок ветром тоже перемещается, но на считанные сантиметры — до метра в течение года.

Полярные ледяные шапки, пожалуй, первые объекты на Марсе, которые были определены людьми. Когда увидели сходство полюсов Земли и Марса, а затем различили темные пятна на рыжих боках планеты, Марс показался полной копией Земли, и идея о местных жителях была вполне логична.
Поначалу полярные шапки Марса считались водяными, и их ежегодная переменчивость породила гипотезы о наводнениях талой воды, которые наложились на ошибочные наблюдения марсианских «каналов». Однако уже в середине ХХ века установили, что основную площадь зимних полюсов закрывает углекислотный лед, а вода остается в небольших по площади летних полярных шапках. Радаром MARSIS спутника Mars Express установлена мощность полярных водяных отложений: на севере — 1,7 км, на юге — до 3 км. Если растопить полярные льды, то гладкий шар размером с Марс получится целиком залить водой на 21 м, то есть на маленький океанчик или несколько небольших морей Марса вполне хватит.

Исследования Марса указывают, что ранее воды было больше. На планете наблюдаются пустые речные русла, дельты, остатки озер, и даже некоторые признаки бывшего океана, занимавшего от четверти до трети всей планеты. Вопрос, куда подевались запасы марсианской воды, пока не имеет точного ответа, но есть две гипотезы: первая — вода ушла в грунт, связалась с минералами и сформировала грунтовые ледники; вторая — вода диссипировала в космос. Вода на Марсе находится не только на полюсах и в приполярье. Подповерхностные ледники определяются в северном полушарии до 40-х параллелей к экватору — для Земли это широта Сочи. Имеются залежи льда к востоку от долины Эллада, и даже у экватора, содержание воды составляет от 5% до 10% в грунте.

Всё это время говорится о воде в твердой фазе или в связанном агрегатном состоянии. Атмосферное давление Марса не способствует поддержанию воды в жидкой фазе: даже в низменных регионах с самым высоким давлением вода выкипает уже при +10 °C, а учитывая сезонные колебания плотности атмосферы и температуру свыше +10 °С в летние дни, длительное сохранение воды на поверхности практически исключается. Но недавние исследования гиперспектрометра CRISM и камеры HiRise с орбиты показали, что в грунте Марса возможно поддержание воды в жидком состоянии при минусовой температуре в форме рассолов солей хлорной кислоты.

Первые данные о наличии органических соединений на Марсе появились при наземных наблюдениях, когда определили присутствие метана в его атмосфере. Для поиска органики на Красную планету отправился марсоход Curiosity. В конце 2013 года, когда аппарат накопил статистику исследования разных типов грунтов, удалось сказать уверенно — органика есть. Нашелся хлорбензол.

Подтвердилось и наличие метана в атмосфере Марса, хотя о процессах его выделения пока нет однозначного мнения.
Найденные соединения не являются прямым подтверждением биологической активности Марса в прошлом. Органические соединения известны на Меркурии, на кометах, астероидах, спутниках планет-гигантов, в атмосфере самих планет-гигантов и в других местах близкой и далекой Вселенной. Определить биомаркеры в органических соединениях Марса сможет миссия марсохода ExoMars, запуск которой планируется на 2020 год российским носителем "Протон-М".
Важная находка с точки зрения возможности жизни — нитраты в некоторых геологических слоях в кратере Гейла. Для Марса они означают, что в прошлом были условия, позволяющие развиваться известным нам формам жизни. Подобная находка открывает перспективы для будущего земледелия (точнее, марсоделия) и сельского хозяйства. Анализ грунта Марса при нагреве до +400°С, проведенный массспектрометром SAM на борту марсохода Curiosity, показал выделение углекислого газа, водяных паров, кислорода и азота, пригодных для будущей хозяйственной деятельности человека на Марсе.

В контексте пилотируемого полета на Марс в обязательном порядке поднимается вопрос о радиационной безопасности. Исследования радиационных условий во время перелета к Марсу и на его поверхности проводились и проводятся прибором RAD на борту марсохода Curiosity.
Облучение, получаемое на протяжении трёх лет полёта к Марсу, работы на поверхности и возвращения на Землю, приближается к установленным пределам безопасности для космонавтов. Воздействие ионизирующих частиц на поверхности Марса примерно втрое ниже, чем в условиях космического перелета, и при высокой активности Солнца составляет 64% от радиационного фона на борту Международной космической станции.

Обязательным этапом изучения Марса станет доставка на Землю образцов грунта. Эта задача является достаточно сложной, но остается в проектах NASA, SpaceX и Роскосмоса.
Пока есть возможность изучения метеоритов, которые, как считается, прилетели с Марса. В 1990-е годы сообщалось, что в одном из метеоритов обнаружили окаменелости, похожие на бактерии, однако большинство ученых оспорило эту гипотезу. Недавно любопытные окаменелые структуры были обнаружены в другом метеорите. Внешне находка напоминает клетку, в которой можно определить вакуоли и даже клеточные поры, однако это единичный случай и слишком мало фактических данных, чтобы заявлять о сенсации.

Остается надежда на более продуктивные находки нынешних и будущих исследовательских миссий.