Наскільки насправді холодно на Марсі

На перший погляд, наукові дані про Марс свідчать про те, що це настільки неймовірно холодна планета, що ми навіть уявити собі не можемо такі температури. Однак якщо розібратися детальніше, то все не так однозначно. Тож чи справді там так холодно?

Холод на Марсі

Марс — планета, на якій люди давно шукають життя, але умови на її поверхні виявилися вкрай негостинними. Атмосфера там приблизно у 100 разів розрідженіша, ніж на Землі, що спричиняє підвищений рівень радіації. Рідка вода на поверхні нестабільна, а життя досі не виявили. Вражає й те, що температура може опускатися до −153 °C.

Причин такого стану речей кілька. Перша — середня відстань від Сонця до Марса становить 228 млн км, і це приблизно у 1,52 раза більше, ніж від Сонця до Землі. Як наслідок, він отримує у 2,3 раза менше енергії, ніж наша планета, бо ця величина пропорційна не самій відстані, а її квадрату.

Друга причина полягає в тому, що сама орбіта цієї планети має більший екцентриситет, ніж у Землі. Якщо у нашої планети афелій (найвіддаленіша від Сонця точка орбіти) розташований на відстані 152,1 млн км від Сонця, а перигелій (найближча до Сонця точка) — 147,1 млн км, то для Марса ці цифри становлять 206,5 і 249,2 млн км, тобто орбіта сильніше витягнута.

При цьому відповідно до законів небесної механіки найповільніше Марс рухається саме поблизу від афелію, тобто період, коли він отримує найменше енергії протягом року непропорційно великий у порівнянні з тим, коли світла йому дістається найбільше.

А оскільки період обертання планети, відповідно до третього закону Кеплера, пропорційний до великої осі її орбіти, то і рік на Марсі триває цілих 687 земних діб, або ж 668 солів (періодів обертання планети навколо власної осі). Тобто за час проходження найвіддаленішої від Сонця ділянки орбіти він міг би промерзнути дуже сильно, якби мав атмосферу і гідросферу, подібні до земних.

Однак ні того, ні іншого там немає, і це є третьою причиною, чому там так холодно. Розріджена атмосфера Марса взагалі практично не утримує тепла, внаслідок чого через зміну дня і ночі поверхня встигає охолонути значно сильніше, ніж у земних пустелях. Внаслідок цього поблизу від афелію навіть на екваторі температура може змінюватися від −80°C до −125 °С.

Відсутність гідросфери також підсилює значний перепад висот, який на Марсі складає 29,75 км, тоді як на Землі від поверхні океану до вершини Джомолунгми він становить трохи менше ніж 9 км. І це є четвертим значним фактором.

П’ятий — відсутність тектонічної активності. На Землі внутрішнє тепло дає невеликий, але все ж відчутний внесок у загальний тепловий баланс планети. На Марсі ж його фактично немає.

Пори року на Марсі

Попри все вищенаведене, на Марсі не так вже й неймовірно холодно. Бо насправді температура −153 °C — це мінімальна температура, зафіксована на планеті над полярною шапкою. На Землі цей показник складає −89,2 °C.

Здавалося б, це достатньо велика різниця. Але насправді вказані температури спостерігаються саме над крижаними шапками взимку. А найвища температура, зафіксована на Червоній планеті, складає 35 °C. Тобто вона цілком на рівні спекотного дня в Європі.

Взагалі ж треба сказати, що великий ексцентриситет орбіти  відповідальний тільки за частину змін температури на Марсі. Значно більше на неї впливає нахил осі обертання планети відносно перпендикуляра до площини орбіти. На Марсі він приблизно такий самий, як і на Землі — 25°.

Тому на Марсі можна виділити чотири пори року. У північній півкулі весна триває 194 соли, літо — 178, осінь — 142, а зима — 154 соли. У південній півкулі сезони настають у протилежному порядку, але їхня тривалість залишається такою самою.

Як не важко помітити, навіть просто завдяки ексцентриситету планети кінець весни, літо та початок осені у північній півкулі відносно довгі, але прохолодніші, в той час як у південній — коротші, але спекотніші.

Крім того, півкулі Червоної планети суттєво відрізняються за рельєфом, що впливає на клімат. Хоча атмосфера Марса дуже розріджена, у низинах вона значно густіша, ніж на височинах. Це збільшує теплову інерцію атмосфери, наближаючи її до земної, а також посилює утримання тепла.

Спостерігається цікавий ефект: низини на Марсі прогріваються значно повільніше, ніж гори, але остигають все ще достатньо швидко. А більша частина північної півкулі планети — це переважно одна велика полярна улоговина, в центрі якої розташувалася крижана шапка. Тут також є вузькі каньйони та гігантські вулкани, але загалом ця півкуля значно холодніша.

Натомість південна півкуля — це переважно плоскі височини й помірної висоти хребти. Тут розташовані лише дві великі ударні улоговини — Еллада та Аргір. Їхня поверхня лежить на кілька кілометрів нижче рівня рівнин навколо, і з настанням весни вони залишаються острівцями справжнього холоду.

Де на Марсі найтепліше

Завдяки такому розташуванню у багатьох районах Марса спостерігається цікавий ефект, особливо сильно виражений у приекваторіальній зоні. Протягом довгого екваторіального року там спочатку спостерігається один максимум температур наприкінці осені, потім настає холодна зима, навесні тепло повертається, але ненадовго, адже літо у північній півкулі тривале й холодне, а на початок весни припадає афелій. На півночі й півдні зміни температури більш традиційні, але й там на них впливає рельєф.

Найвища температура на Марсі спостерігалася на місці посадки марсохода Spirit у кратері Гусєва. Цей регіон розташований на межі рівнини Елізій і вулканічної області Земля Кіммерія, тож не дивно, що саме тут повітря над поверхнею ґрунту прогрівається найсильніше.

Інше місце на Марсі, де стабільно спостерігаються високі температури, — так зване «око Ночі», або ж рівнина Сонця. Ця височина розташована практично на екваторі планети й була добре відома астрономам ще до початку дослідження космічними апаратами. Надто вже примітною є ця невелика темна пляма.

Колір їй забезпечують темні гірські породи. Саме вони поглинають багато сонячного тепла і забезпечують розігрів температури шару повітря біля поверхні до 15–22 °С. Фактично влітку більша частина південної півкулі, за винятком полярної шапки та улоговин Еллада й Аргір, прогрівається до температури вище 0 °C.

Однак тут треба зробити два важливих уточнення. Перше — це те, що настільки сильно прогрівається тільки шар повітря на висоту в кілька десятків сантиметрів, а вище воно так і залишається значно холоднішим. Друге — із заходом Сонця температура дуже швидко падає до –70, а то і –80 °С.

Чи було на Марсі тепліше раніше

Загалом за своїми умовами Марс дуже нагадує суху Антарктиду. Людина у теплому одязі цілком могла б перенести такі умови принаймні короткочасно, якби атмосфера була придатною для дихання.

При цьому  цілком можливо, що в минулому клімат на червоній планеті був значно привітнішим, ніж зараз. Причому це було не мільярди років тому, коли планета тільки сформувалася. Дослідження показують, що кут нахилу осі обертання Марса до перпендикуляра до площини його орбіти в минулому міг змінюватися від 10 до 50°. Науковці припускають, що між 1 млн і 400 тис. років тому нахил осі Марса становив близько 45°. Унаслідок цього полярні шапки отримували значно більше сонячного світла й сильніше танули влітку. Через це атмосфера ставала щільнішою, посилюючи парниковий ефект.

Хмари на Марсі є й сьогодні. Іноді з них випадають дощ і сніг, однак опади зазвичай випаровуються, не досягаючи поверхні. Лише в окремих місцях сніговий покрив може зберігатися по кілька місяців.

У часи, коли кут нахилу осі був більшим, ці процеси протікали інтенсивніше. Сніг випадав на більшій території. Марс був скоріше білою планетою, ніж червоною. На Землі велика кількість снігу означає холод. Однак на Марсі активне перенесення снігу мало б згладжувати добові коливання температури. Вони були б меншими, а загалом планета — трохи теплішою.

Чи можна зробити Марс теплішим у майбутньому

Уже кілька десятиліть письменники-фантасти й науковці говорять про тераформування. Це гіпотетичний процес, який дозволяє зробити клімат іншої планети більш придатним для життя людей. 

Способи для цього пропонуються дуже різні, включно з виробництвом парникових газів, скиданням на поверхню крижаних астероїдів та комет, висаджуванням рослинності й завезенням мікроорганізмів. Зрозуміти, що це таке, можна, наприклад, погравши у гру Plan B: Terraform.

Більшість проєктів тераформування, які бодай трохи наближені до реальності, стосуються саме Марса. І це не дивно: серед добре вивчених небесних тіл він найбільше схожий на Землю. До того ж серед великих небесних тіл ближче до нас розташовані лише Місяць, Венера та Меркурій.

Вже сама історія Марса підказує варіанти, як можна зробити його клімат приємнішим для нас. Наприклад, можна було б спробувати змінити нахил його осі обертання, зіткнувши Марс з великим небесним тілом або спричинивши потужний вибух. Проте ми, схоже, сильно переоцінюємо свої енергетичні можливості в цьому плані, таке вдасться реалізувати хіба що за кілька століть.

Значно ефективніше  використовувати крижані тіла, що літають у зовнішніх частинах Сонячної системи, щоб передати планеті більше тепла і води під час зіткнень із ними. Адже чим більше на планеті води, нехай і у замороженому стані, тим більше водяної пари в атмосфері. А саме вона насправді є одним із найпотужніших парникових газів. Крім того, можна збудувати фабрики, що випускатимуть, наприклад,  вуглекислий газ, вивільняючи його з гірських порід.

Насправді Марсу для того, аби  перейти зі стану непридатного до життя до придатного, але неприємного, треба підвищити температуру не так вже й сильно. Що щільнішою ставатиме атмосфера, то меншими будуть добові коливання температури. Поступово умови можуть стати придатними для виживання деяких рослин. Вони не лише наповнять атмосферу киснем, а й збільшать поглинання тепла, адже темне листя або гілки хвойних рослин роблять це краще, ніж пісок зараз.

Багато в чому Марсу бракує щільної атмосфери, насиченої киснем і здатної ефективно утримувати водяну пару. Щойно така атмосфера утвориться, умови на планеті стануть цілком придатними для життя людей.