V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Путешествие на Марс
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Планета огненного смерча
Жара повсюду и кругом,
И космонавты как младенцы,
Застыли тут с открытым ртом.
А. Молодцов [8]
Марс - четвертая планета от Солнца и самая похожая на Землю. Мы знаем нашего соседа также по второму наименованию – «Красная планета». Свое имя получил в честь бога войны у римлян. Дело в его красном цвете, созданном оксидом железа. Каждые несколько лет планета располагается ближе всего к нам и ее можно отыскать в ночном небе. Вид Марса в одно и то же время пугает и завораживает людей. Мне хотелось бы выяснить, возможна ли жизнь на Красной планете? Смогут ли люди отправиться на Марс и своими усилиями создать благоприятные условия для проживания на нем? С такой актуальной темой хочу ознакомить учащихся моей школы, изобразив жизнь на Марсе.
Цель работы: Выяснить, есть ли жизнь на Марсе.
Задачи:
1. Собрать материал о Красной планете.
2. Изучить использованные интернет -ресурсы.
2. Сделать анализ собранной информации.
3. Изобразить мое представление проживания на Марсе.
Объект исследования: литература и другие ресурсы о планете.
Предмет исследования: научные теории, подтверждающие жизнь на Марсе.
Методы: использование интернет- ресурсов.
Практическая значимость данной работы заключается в том, чтобы собранный материал использовать в учебных целях на уроках физики и астрономии и во внеклассных занятиях по этим предметам.
История изучения планеты Марс
Земляне давно следят за красным соседом, потому что планету можно отыскать без использования инструментов. Первые записи сделаны еще в Древнем Египте в 1534 г. до н.э. Они уже тогда были знакомы с эффектом ретроградности. Правда для них Марс был причудливой звездой, чье движение отличалось от остальных.
Еще до появления неовавилонской империи (539 г. до н.э.) делались регулярные записи планетарных позиций. Люди отмечали перемены в движении, уровнях яркости и даже пытались предсказать, куда они направятся.
В 4 веке до н.э. Аристотель заметил, что Марс спрятался за земным спутником в период окклюзии, а это говорило о том, что планета расположена дальше Луны (Рис. 1).
Рисунок 1. Геоцентрическая концепция Птолемея, отображенная в 1568 году Бартоломеу Вельо.
Птолемей решил создать модель всей Вселенной, чтобы разобраться в планетарном движении. Он предположил, что внутри планет есть сферы, которые и гарантируют ретроградность. Диаметр оценили индийские исследователи в 5-м веке до н.э. Модель Птолемея создавала много проблем, но она оставалась главной до 16-го века, когда пришел Коперник со своей схемой, где в центре располагалось Солнце. Его идеи подкрепили наблюдения Галилео Галилея. Все это помогло вычислить суточный параллакс Марса и удаленность к нему. В 1672 году первые замеры сделал Джованни Кассини, но его оборудование было слабым. В 17-м веке параллаксом пользуется Тихо Браге, после чего его корректирует Иоганн Кеплер. Первую марсианскую карту представил Кристиан Гюйгенс (Рис. 2).
Рисунок 2. Марсианская карта Скиапарелли демонстрирует каналы (1877)
В 19 веке удалось повысить разрешение приборов и рассмотреть поверхностные особенности. Благодаря этому Джованни Скиапарелли создал первую детализированную карту Красной планеты в 1877 году. На них отобразились также каналы – длинные прямые линии. Позже поняли, что это всего лишь оптическая иллюзия.
Карта вдохновила Персиваля Лоуэлла на создание обсерватории с двумя мощнейшими телескопами (30 и 45 см). Он написал много статей и книг на тему Марса. Каналы и сезонные перемены (сокращение полярных шапок) натолкнули на мысли о марсианах. Причем даже в 1960-х гг. продолжали писать исследования на эту тему. [5]
Открытие Марса
Планета яркая, поэтому ее можно заметить в ночном небе без использования увеличительных приборов. И записи о ее появлении мелькают минимум 4000 лет. Но нужно узнать, кто понял, что перед нами планета. Эта честь досталась Николаю Копернику. Все дело в его гелиоцентрической модели, которая утверждала, что в центре нашей системы расположено Солнце, а планеты совершают обороты вокруг него.
В 1576 году Тихо Браге сумел вычислить точное положение. Об эллиптической орбите говорил Иоганн Кеплер, который позже перенес это на все планеты. В 1659 году появилась первая марсианская карта от Христиана Гюйгенса.
Первый снимки добыли в 1965 году при запуске Маринер-4. Мы увидели множество кратерных формирований, а некоторые даже замерзли.
Сейчас на орбите и на самой планете расположено много аппаратов, которые постоянно сообщают новые интересные данные о Марсе. Это сведения об атмосфере, давлении, радиации, воде и, конечно, прошлой жизни (Рис. 3).
Рисунок 3. Полный обзор панорамной камеры на ровере Spirit, демонтирующий местность, где приземлился аппарат в 2009 году. [4]
Атмосфера Красной планеты
Атмосфера Марса составляет всего 1% земной, поэтому на Красной планете нет никакой защиты от солнечного излучения, а также нормального температурного режима. Она представлена углекислым газом (95%), азотом (3%), аргоном (1.6%) и небольшими примесями кислорода, водяного пара и прочих газов. Также она переполнена мелкими пылевыми частичками, из-за которых планета кажется красной (Рис. 4).
Рисунок 4. Состав атмосферы Марса.
Исследователи полагают, что ранее атмосферный слой был плотным, но 4 млрд. лет назад разрушился. Без магнитосферы солнечный ветер врезается в ионосферу и снижает атмосферную плотность.
Это привело к низкому показателю давления – 30 Па. Атмосфера простирается на 10.8 км. В ней присутствует много метана. Причем заметны сильные выбросы в конкретных областях (Рис. 5).
Рисунок 5. Распределение метана в атмосфере Марса.
В год выходит 270 тонн метана. А значит, речь идет о каком-то активном подповерхностном процессе. Скорее всего, это вулканическая активность, кометные удары или серпентинизация. Наиболее привлекательный вариант – метаногенная микробная жизнь.
Марсианская атмосфера настроена на истребление колонистов. Она не дает скопиться жидкой воде, открыта для радиации и чрезвычайно холодная. Но в ближайшие 30 лет мы все равно нацелены на освоение. [1]
Состав Марса
С показателем плотности в 3.93 г/см3 Марс уступает Земле и имеет лишь 15% нашего объема. Мы уже упоминали, что красный цвет образуется из-за присутствия оксида железа (ржавчина). Но из-за присутствия других минералов он бывает коричневым, золотым, зеленым и т.д. (Рис. 6).
Рисунок 6. Внутреннее строение Марса.
Марс относится к планетам земного типа, а значит обладает высоким уровнем минералов, вмещающих кислород, кремний и металлы. Грунт слабощелочный и располагает магнием, калием, натрием и хлором.
В таких условиях поверхность не способна похвастаться водой. Но тонкий атмосферный слой позволил сохранить лед в полярных областях. Можно заметить, что эти шапки охватывают приличную территорию. Существует еще гипотеза о наличии подземной воды на средних широтах.
В структуре Марса присутствует плотное металлическое ядро с силикатной мантией. Оно представлено сульфидом железа и вдвое богаче на легкие элементы, чем земное. Кора простирается на 50-125 км.
Ядро охватывает 1700-1850 км и представлено железом, никелем и 16-17% серой. Небольшие размер и масса приводят к тому, что гравитация достигает лишь до 37.6% земной. Объект на поверхности будет падать с ускорением в 3.711 м/с2.
Стоит отметить, что марсианский пейзаж похож на пустыню. Поверхность пыльная и сухая. Есть горные хребты, равнины и крупнейшие в системе песчаные дюны. Также Марс может похвастаться наибольшей горой – Олимп, и самой глубокой пропастью – Долина Маринер.
На снимках можно заметить множество кратерных формирований, которые сохранились из-за медлительности эрозии. Эллада Планитиа – крупнейший кратер на планете, охватывающий в ширину 2300 км, а вглубь – 9 км.
Планета способна похвастаться оврагами и каналами, по которым ранее могла протекать вода. Некоторые тянутся на 2000 км в длину и на 100 км в ширину. [5]
Спутники Красной планеты
Рядом вращаются две его луны: Фобос и Деймос. В 1877 году их нашел Асаф-Холл, давший наименования в честь персонажей из греческой мифологии. Это сыновья бога войны Ареса: Фобос – страх, а Деймос – ужас (Рис. 7).
Рисунок 7. Фобос и Деймос, запечатленные MRO.
Диаметр Фобоса – 22 км, а отдаленность – 9234.42 – 9517.58 км. На орбитальный проход ему необходимо 7 часов. Исследователи считают, что через 10-50 млн. лет спутник врежется в Марс или же будет разрушен гравитацией планеты и образует кольцевую структуру.
Деймос в диаметре имеет 12 км и вращается на дистанции в 23455.5 – 23470.9 км. На орбитальный маршрут уходит 1.26 дней. Марс также может располагать дополнительными лунами с шириной в 50-100 м, а между двумя крупными способно сформироваться пылевое кольцо.
Есть мнение, что ранее луны были обычными астероидами, которые поддались планетарной гравитации. Но у них наблюдаются круговые орбиты, что необычно для пойманных тел. Они также могли сформироваться из материала, вырванного от планеты в начале создания. Но тогда их состав должен была напоминать планетарный. Также мог произойти сильный удар, повторяя сценарий с нашей Луной. [5]
6. Обнаружение гигантского объекта на Марсе
Недавно, появились сведения о том, что был обнаружен неопределенный объект на Марсе, который обладает вытянутой формой, гигантскими размерами и не совсем ясным назначением. Он имеет более двухсот метров в длину и почти пятьдесят метров в ширину. Данный объект имеет разные названия, среди ученых. Некоторые называют его «Кресло Астронавта», другие считают, что удлиненному строению больше подходит «Биостанция Альфа» (Рис. 8).
Рисунок 8. Белый вытянутой формы объект назвали Креслом Астронавта.
Кто раскроет тайну аномалии? К сожалению, слишком плохое качество снимков, не позволяет лучше рассмотреть то, что называют «Креслом Астронавта». НАСА не комментирует обстоятельство появления данного объекта, поэтому пока что понять что-либо довольно сложно. Кроме того, точно неизвестно, знает ли НАСА вообще о существовании этого неопознанного объекта на планете Марс.
Для обычного человека, аномалия покажется ничем иным, как белым нечетким пятном. Для ученых, это представляет невероятно интересную и ярко выраженную структуру, с неизвестным назначением. Поэтому, на данный момент выясняется, чем же на самом деле является «Биостанция Альфа», как ее называет ученый Мартинес.
Сегодня, даже те, кто не имеют ученой степени, могут посмотреть данный объект при помощи программы Google Mars. Неопознанную аномалию можно обнаружить по координатам широта: 71°49'19.53"С, Долгота: 29°32'59.31"З (Рис. 9).
Рисунок 9. С помощью программы Google Mars каждый может посмотреть на объекты на Марсе. [6]
7. Метеориты с Марса
На ноябрь 2009 года из более чем 24 000 метеоритов, найденных на Земле, марсианскими (то есть прилетевшими с Марса) считаются 34. Исследования , проведённые Космическим центром имени Линдона Джонсона показывают, что, по крайней мере, три из обнаруженных метеоритов содержат потенциальные доказательства прошлой жизни на Марсе в виде микроскопических структур, напоминающих окаменелые бактерии (так называемые биоморфы). На настоящее время ни одна теория космической биологии не опровергает высокую вероятность так называемой биогенной гипотезы происхождения обнаруженных образцов. Однако за последние десятилетия в научной среде установлено семь чётких критериев, соответствие которым однозначно говорит о признании обнаружения прошлых форм жизни во внеземных образцах. Ни один марсианский метеорит всем семи критериям не удовлетворяет (Рис. 10).
Рисунок 10. Электронный микроскоп показывает вероятные структуры бактерий в метеорите ALH84001. [2]
8.Исследования на пригодность для жизни
В апреле 2012 года были опубликованы исследования учёных Германского Аэрокосмического центра (DLR), в ходе которых исследовалась возможность выживания земных организмов в марсианских условиях. Лишайники и сине-зелёные водоросли, собранные в Альпах (на высоте до 3500 метров) и Антарктиде, были помещены в атмосферу, имеющую марсианский состав. В специальной модельной камере ученые воспроизвели существующие на поверхности Марса состав атмосферы, грунт, давление, температуру, и солнечное излучение.
Эксперимент длился 34 дня, за это время лишайники и сине-зелёные водоросли не только выжили, но и продолжали фотосинтезировать. Эксперимент подтвердил, что у живых существ есть шанс выжить на Марсе в трещинах скал и маленьких пещерах (для защиты от ультрафиолетового излучения), даже пробыв там в течение длительного периода.
С одной стороны, это означает, что на Марсе могла бы существовать внеземная жизнь. С другой — подтверждает риск возможного загрязнения поверхности Марса организмами с Земли во время будущих контактов.
В конце 2012 года российские и американские биологи опубликовали результаты исследований штаммов бактерий-экстремофилов, найденных ими в 40-метровых скважинах на полуострове Таймыр. Анализ структуры рибосомной РНК бактерий показал, что все они относятся к так называемым карнобактериям. После их размножения учёные поместили их в искусственно воссозданные марсианские условия. Шесть штаммов бактерий выжили и продолжали расти и размножаться, хотя и с очень низкой скоростью. По словам биологов, данные бактерии способны расти при нулевых или отрицательных температурах, а также выносить давление, которое в 144 раза ниже нормального значения для атмосферы Земли. Один из видов микробов, условно названный WN 1359, лучше чувствовал себя в марсианских условиях, чем при земных температурах, давлении и количестве кислорода. Остальные пять штаммов бактерий, как и некоторые другие карнобактерии, способны переносить заморозку и низкое давление, однако не так хорошо как WN 1359.
В 2017 году учёными Эдинбургского университета Чарльзом Кокеллем и Джениффер Вадсворт были опубликованы сведения о непригодности Марса для существования микроорганизмов из-за наличия на поверхности планеты перхлоратов. [2]
9.Обнаружение возможных следов жизни
На фотографиях, сделанных марсоходом Curiosity, найдены объекты, обладающие существенным сходством с «постройками» цианобактериальных матов на Земле. Это может свидетельствовать о жизнедеятельности микроорганизмов на дне марсианских водоемов в далеком прошлом. Исследование в этой области провела геобиолог Нора Ноффке (Nora Noffke) из Университета Старого Доминиона (Old Dominion University). Она детально сравнила облик «поселений» цианобактериальных матов на Земле и удивительно похожие, по её словам, структуры на Марсе. Цианобактериальные маты — это многослойное сообщество бактерий, которое в результате своей жизнедеятельности формирует из твердых частиц два вида особых структур, или «построек»: строматолиты и MISS (Microbially Induced Sedimentary Structures). В новой работе Ноффке изучила снимки марсохода Curiosity, на которых запечатлены породы в Гиллеспи-Лейк ‒ месте, где когда-то, очень вероятно, существовало озеро. В результате проведенного анализа Ноффке пришла к выводу, что эти объекты по целому ряду признаков поразительно похожи по своим внешним свойствам на земные MISS, что может свидетельствовать об активности микроорганизмов в прошлом Красной планеты (Рис. 11).
Рисунок 11. Фото, сделанное марсоходом Curiosity. [2]
10. Жизнь на Марсе
Рисунок 12.
Звучит фантастически. Однако когда-то, на Красной планете действительно существовали живые организмы и растительность. Марс обладал атмосферой схожей с атмосферой Земли, а главное - на Марсе был кислород. Как уже известно, на Марсе обнаружены каньоны, где когда-то были реки и моря, но это не дает нам уверенности утверждать, что жизнь на красной планете существовала (Рис. 12).
В 1975 году были запущены космические аппараты: Викинг-1 и Викинг-2. Спустя год, они достигли Марса и начали осуществлять программу исследования. Были получены снимки поверхности красной планеты и марсианский грунт.
Как в следствии выяснилось, поверхность на Марсе покрыта толстым слоем ржавчины. Но, вернемся к этому чуть позже, а пока, поговорим о том, что же случилось на Красной планете.
Один из спутников Марса ‒ Фобос, оказывается обречен на гибель. Гравитация красной планету постепенно притягивает Фобос к себе и в конечном результате спутник попросту врежется в поверхность Марса.
Не удивительно, но с Марсом такое уже случалось! Изначально у планеты было три спутника. Третьим был Танатос, так его назвал Российский геолог Александр Портнов. Именно Танатос и стал причиной гибели всего живого на Марсе и образованием такого громадного количества ржавчины. Современные лучшие фильмы катастрофы подробно рассматривают такого рода сценарии, хотя, если подобное произошло бы на нашей планете, шансов у человечества не осталось бы.
Именно в период катастрофы, от поверхности Марса (марсианской коры), оторвался кусок и обрушился на Землю в районе Антарктиды, где его и нашли американские геологи. Более того, на осколке марсианской коры, были обнаружены останки марсианских бактерий (Рис. 13).
Рисунок 13.
После столкновения с Танатосом, поверхность Марса раскалилась до огромных температур, плазменные потоки выбросили в космическое пространство насыщенную кислородом атмосферу и Марс - стал беззащитен перед солнечными лучами. Они выжгли всю уцелевшую растительность, не осталось ничего.
Недавно стало известно, что на Красной планете найдены следы марсианской цивилизации. Это были камни, чьи формы напоминали лица, странные предметы, которым нет названий и даже место, где когда-то находился жилой комплекс.
Возможно, что более подробно об этом мы сможем узнать, лишь когда человек посетит Марс и непосредственно исследует планету. Он ближайший к нам сосед, на котором мы бы могли выжить в случае катастрофы на нашей планете, поэтому такая миссия крайне важна.
11. «Билет в один конец»
Напомним: Джеймстаун – это первое постоянное поселение в Америке британских колонистов, основанное в 1607 году в местности, которая теперь входит в штат Вирджиния. Именно там и пустила свои первые «ростки» страна Соединенные Штаты Америки. И, похоже, что некоторые ученые и предприниматели всерьез намерены перенести американский опыт на другие небесные тела.
Среди них – основатель и руководитель компании SpaceX Илон Маск. SpaceX – серьезное и успешное космическое предприятие, которое уже доказало свою состоятельность собственными силами разработав, построив и запустив к МКС первый частный корабль «Дракон». Но что еще более важно, эту компанию отличает инновационность и амбициозность проектов. Один из них – полет на Марс.
В 2011-2012 годах Маск заговорил о возможности осуществления пилотируемой экспедиции на Красную планету в течение ближайших 10-20 лет, что, по меньшей мере, на 15 лет раньше, чем это планирует сделать НАСА. Первоначально Маск намеревался осуществить это с помощью техники созданной его компанией – тяжелого варианта ракеты-носителя «Фалькон» и космического корабля «Дракон», модифицированного для посадки на Марс. При этом он полагал, что сможет продавать «билеты» на полет по маршруту Земля-Марс-Земля за сумму, не превышающую 500 000 долларов (Рис. 14).
Рисунок 14.
Однако дальнейшая проработка этого проекта внесла в него некоторые коррективы. Маск по-прежнему считает, что может доставить людей на Марс по цене 500 000 долларов за человека, но скорее всего лишь по маршруту Земля-Марс. По его мнению, в ходе первой фазы колонизации Марса, полеты «туда и обратно» придется исключить, ограничившись полетами лишь «туда». Сделать это придется для того, чтобы удержать цену «билета» в районе полумиллиона долларов.
Как полагает Маск, к тому времени, когда население Земли достигнет численности 8 миллиардов человек (а это по прогнозу ООН случится к 2025 году), как минимум 100 000 из них будут готовы сменить постоянное место жительства с Земли на Красную планету. Но вначале речь будет идти лишь о 10 переселенцах, которые создадут ядро будущей колонии на Марсе. Вот им-то, марсианским «пионерам», и придется выстраивать свою жизнь с расчетом на то, что на Землю им, скорее всего, вернуться не удастся, по крайней мере, в обозримом будущем.
Первопроходцы привезут с собой строительные материалы, из которых будут построены не только обитаемые жилища, но и оранжереи, где они станут выращивать свежие овощи и фрукты. Маск настаивает на том, чтобы «пионеры» были вегетарианцами, но делает это не столько из-за личных гастрономических предпочтений, сколько по вполне рациональной причине: выращивать салат и свеклу на другой планете значительно легче, чем коров и баранов. [7]
Заключение
Ученые, изучающие Марс и его ресурсы, как опровергают, так и признают жизнь на Красной планете. Одни утверждают, что жизнь на Марсе сохранилась до сих пор. Предположения этому следующие: наличие подземной воды на средних широтах, обнаружение метеоритов, содержащих окаменелые бактерии, помещение в камеру с марсианским составом лишайников и сине-зеленых водорослей, которые смогли выжить в таких условиях и фотосинтезировать.
Другая группа ученых напротив считает жизнь на Марсе невозможной. Доказательства могут быть такими: истребление колонистов под влиянием марсианской атмосферы, не имеющей жидкой воды и обладающей очень холодной поверхностью, присутствие высокого уровня минералов, вмещающих кислород, кремний и металлы, незащищенность от ультрафиолетового излучения.
Но я больше склоняюсь к мнению ученых первой группы. Их доказательства могут быть вполне реальными. На мой взгляд, жизнь на Красной планете существует. Я постаралась изобразить мое представление проживания на Марсе после заселения колонистов.
Список использованных источников и литературы
Атмосфера Марса. – Режим доступа // http://v-kosmose.com/mars-planeta-solnechnoy-sistemyi/atmosfera/ (дата обращения: 30.03.2018).
Жизнь на Марсе. ‒ Режим доступа // https://ru.wikipedia.org/wiki/Жизнь_на_Марсе#%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D1%8B_%D1%81_%D0%9C%D0%B0%D1%80%D1%81%D0%B0 (дата обращения: 02.04.2018).
Жизнь на Марсе. Путешествие на Марс. Мир невидимого. – Режим доступа // http://www.objectiv-x.ru/missiya-na-mars/zhizn-na-marse.html (дата обращения: 30.03.2018).
Когда открыли Марс? – Режим доступа // http://v-kosmose.com/mars-planeta-solnechnoy-sistemyi/kogda-otkryili-mars/ (дата обращения: 02.04.2018).
Марс – размер, масса, орбита, спутники планеты, поверхность Марса, фото и интересные факты. - Режим доступа // http://v-kosmose.com/mars-planeta-solnechnoy-sistemyi/ (дата обращения: 02.04.2018).
Объекты на Марсе. ‒ Режим доступа // http://www.iksinfo.ru/stati/nauka-i-tehnika/item/973-obyekty-na-marse.html (дата обращения: 02.04.2018).
Путешествие на Марс: билет в один конец. ‒ Режим доступа // http://interesnosti.info/puteshestvie-na-mars/ (дата обращения: 02.04.2018).
Стихи про Марс. – Режим доступа // http://stihi-pro.pp.ua/sid_0_cid_1_tid_0/stihi_pro_Mars.html (дата обращения: 02.04.2018).
Приложение
Рисунок Корепановой Ксении
«Заселение Марса»