Атмосфера планеты Марс¶

Атмосфера Марса — газовая оболочка, окружающая планету Марс. Она значительно разреженнее земной: давление у поверхности в среднем составляет около 600 Па (0,6 % земного), а масса всей атмосферы оценивается примерно в 2,5 × 10¹⁶ кг. Атмосфера Марса состоит преимущественно из углекислого газа и характеризуется экстремальной сухостью, низкими температурами и высокой динамичностью пылевых процессов.

¶Состав и строение

Основным компонентом марсианской атмосферы является углекислый газ (CO₂), доля которого составляет около 95 % по объёму. Прочие компоненты распределены следующим образом: азот (N₂) — 2,7 %, аргон (Ar) — 1,6 %, кислород (O₂) — 0,13 %, угарный газ (CO) — 0,08 %. В следовых количествах присутствуют водяной пар (0,03 %, содержание сильно варьирует), озон, метан и оксиды азота.

По вертикали атмосфера Марса делится на несколько слоёв. Нижний слой — тропосфера — простирается до высоты около 40–50 км, где расположена зона максимальной температурной инверсии. Выше находится мезосфера, а затем термосфера, начинающаяся примерно со 100 км. Экзосфера (зона рассеяния) начинается на высоте около 200 км. Из-за слабой гравитации и отсутствия магнитного поля планета теряет атмосферные газы в космическое пространство, особенно под воздействием солнечного ветра.

¶Климат и температура

Атмосфера Марса крайне холодная и сухая. Средняя температура у поверхности составляет около −63 °C, однако колебания значительны: от +20 °C на экваторе в полдень до −153 °C на полюсах зимой. Суточные перепады температуры на поверхности могут достигать 80–100 °C, что связано с низкой тепловой инерцией разреженного воздуха.

Из-за малой плотности атмосферы парниковый эффект на Марсе выражен слабо: он повышает температуру поверхности лишь на несколько градусов. При этом атмосферное давление у поверхности подвержено сезонным колебаниям, достигающим 25–30 %: зимой значительная часть CO₂ вымерзает в полярных шапках, а летом сублимирует обратно в атмосферу.

¶Ветер и пылевые бури

Несмотря на разреженность, атмосфера Марса отличается активной циркуляцией. Средние скорости ветра составляют 10–40 м/с, однако в отдельных регионах могут достигать 100 м/с. Ветер формирует характерные рельефные формы — дюны, ярданги и пылевые вихри (марсианские «дьяволы»).

Пылевые бури на Марсе — регулярное явление. Локальные бури возникают в южном полушарии весной и летом, а глобальные пылевые бури, охватывающие всю планету, случаются примерно раз в 3–5 марсианских лет. Последняя крупная глобальная буря наблюдалась в 2018 году и привела к завершению миссии марсохода Opportunity. Пыль, поднятая в атмосферу, может на несколько недель или месяцев скрывать поверхность планеты от наблюдений.

¶Облака и осадки

В атмосфере Марса формируются облака двух типов: водяные (из кристаллов льда) и углекислотные (из замёрзшего CO₂). Водяные облака чаще всего наблюдаются в экваториальных районах в утренние часы, тогда как углекислотные — на высоких широтах зимой. Высотные перистые облака могут простираться до 100 км.

Осадки на Марсе выпадают в виде снега. В 2008 году аппарат Phoenix зафиксировал снегопад из водяного льда, а в 2019 году орбитальный аппарат Mars Reconnaissance Orbiter обнаружил снег из углекислоты в районе южного полюса. Однако из-за сухости воздуха осадки испаряются, не достигая поверхности.

¶Водяной пар и метан

Содержание водяного пара в атмосфере Марса крайне низкое — в среднем около 10–20 микрометров осаждённой воды в столбе атмосферы. Вода сосредоточена преимущественно в северном полушарии летом и в приполярных областях. Запасы льда на поверхности и под ней значительно превышают количество пара в атмосфере.

Отдельный научный интерес представляет метан (CH₄), концентрация которого в атмосфере составляет порядка 0,5–1 части на миллиард. Метан нестабилен и должен разрушаться под действием ультрафиолета за несколько сотен лет, поэтому его обнаружение указывает на активный источник — геологический или биологический. Данные о колебаниях концентрации метана, полученные марсоходом Curiosity и орбитальными аппаратами, остаются предметом дискуссий.

¶Влияние на исследования

Атмосфера Марса существенно влияет на посадку космических аппаратов. Её плотности достаточно для аэродинамического торможения, но недостаточно для использования парашютов на финальном этапе — поэтому применяются реактивные посадочные двигатели и надувные амортизаторы. Разреженная атмосфера также не обеспечивает значительной защиты от радиации и микрометеоритов, что ограничивает возможности будущих пилотируемых миссий.

Изучение атмосферы Марса ведётся с помощью орбитальных аппаратов (Mars Reconnaissance Orbiter, MAVEN, Trace Gas Orbiter), посадочных станций и марсоходов (Curiosity, Perseverance, InSight), а также наземных телескопов. Ключевые вопросы — история утраты атмосферы, динамика пылевых бурь и возможное существование метановых источников — остаются открытыми.