Zdjęcie w tle: NASA

Mars jest czwartą planetą Układu Słonecznego. Spośród pozostałych planet skalistych wyróżnia się czerwonawym zabarwieniem, na które zwrócili uwagę już starożytni Rzymianie. Ten rudy kolor skojarzył im się z wojną, więc nadali tej planecie imię boga wojny.

Nie licząc Ziemi, ze wszystkich planet w naszym układzie właśnie na Marsie panują najdogodniejsze warunki do kolonizacji i rozwoju życia. Z tego względu Mars jest niezwykle popularny w popkulturze – powstało wiele filmów oraz książek podejmujących temat wyzwań związanych z jego podbojem.

NASA

Mars okiem sondy Viking 1.

Charakterystyka planety

• Typ planety: skalista
• Masa: 6,4171 × 10²³ kg
• Promień: 3389,5 km
• Mimośród orbity: 0,093
• Półoś wielka: 2,2792 × 10¹¹ m
• Okres orbitalny: 687 dni
• Liczba księżyców: 2

Struktura wewnętrzna

W 2021 roku po badaniach sejsmicznych trwających cały rok marsjański (687 dni) misja InSight zebrała niezbędne dane do poznania struktury wewnętrznej Marsa. Ustalono, że promień jądra Marsa wynosi 1780-1810 km, a jego średnia gęstość mieści się w granicach 5,7-6,3 g/cm³. Najczęściej występującym ciężkim pierwiastkiem w jądrze jest żelazo. Obecne tam pierwiastki lekkie to siarka wraz z niewielkimi ilościami tlenu, węgla oraz wodoru. Stanowią one około 1/5 masy jądra Marsa, co sprawia, że jest ono płynne. Co więcej, jądro Marsa prawdopodobnie nie zawiera twardego rdzenia, co czyni je bardzo różnym od ziemskiego. Jądro naszej planety składa się niemal wyłącznie z żelaza i śladowych ilości niklu; stężenie pierwiastków lekkich jest w nim tak małe, że można je pominąć.

NASA/JPL-Caltech

Sonda kosmiczna InSight wraz z instrumentami.

Jądro Marsa otacza krzemianowy płaszcz, a jego z kolei pokrywa skorupa. Średnia grubość tej skorupy wynosi około 50 km. Dla porównania, w stosunku do rozmiaru planety skorupa ziemska, której grubość wynosi 40 km, jest trzy razy cieńsza niż skorupa Marsa.

Ze względu na budowę wewnętrzną, Mars nie posiada własnego pola magnetycznego. We wnętrzu jądra Marsa nie zachodzi jedno z nieodzownych zjawisk przyczyniających się do powstania pola magnetycznego – konwekcja. Jest to proces przenoszenia ciepła, kiedy to obszar podgrzewanego płynu staje się mniej gęsty i przenosi się ku górze, a tymczasem zimniejszy płyn przenosi się ku dołowi, tworząc cyrkulację konwekcyjną. Poza tym aktywność tektoniczna planety jest niska i dlatego też do jądra rzadko kiedy dostarczany jest nowy materiał, które mógłby pobudzić proces powstawania pola magnetycznego.

Badanie struktury wewnętrznej Marsa pozwala nam na poszerzenie wiedzy na temat procesu formowania się planet i początków Układu Słonecznego. Co więcej, te cenne informacje mogą nam pomóc w usprawnianiu i planowaniu przyszłych misji.

NASA

Wewnętrzna struktura Marsa.

Geologia Marsa

Mars to planeta skalista, która swą ekscentryczną barwę zawdzięcza tlenkom żelaza na jej powierzchni. Pierwiastki najczęściej występujące w składzie skorupy tego globu to: krzem, tlen, magnez, glin, wapń oraz potas. Są one głównym składnikiem minerałów tworzących skały magmowe. Rzadziej można natrafić na np. tytan, chrom, mangan, siarkę, fosfor, sód i chlor, które również są ważnymi składnikami skał i marsjańskiego regolitu.

Na podstawie badań gęstości kraterów na powierzchni wyróżniono cztery okresy historii geologicznej Marsa. Nazwano je od obszarów, które w szczególności ukształtowały się w tamtym okresie.

Wikipedia, Okres amazoński

Czas trwania okresów historii Marsa (w milionach lat).

Okres przednoachijski trwał od uformowania się planety do ukształtowania się równiny Hellas Platina. Powstanie tej równiny jest skutkiem impaktu z okresu Wielkiego Bombardowania, czyli czasu, kiedy Układ Słoneczny jeszcze się formował  i nowopowstałe globy były szczególnie narażone na deszcze meteorów. W okresie przednoachijskim nastąpił podział powierzchni Marsa na niziny półkuli północnej i wyżyny półkuli południowej, prawdopodobnie w wyniku zderzenia z obiektem o promieniu od 1/10 do 2/3 promienia Księżyca.

Okres noachijski to najstarszy okres w historii Marsa, z którego zachowały się skały widoczne na powierzchni. W tym czasie wciąż trwało Wielkie Bombardowanie, a klimat planety mógł być ciepły i wilgotny. Wówczas uformowały się doliny rzeczne. Co ciekawe, spekuluje się, że równiny północy mógł wtedy pokrywać ocean.

Okres hesperyjski charakteryzował się wysoką aktywnością wulkaniczną, która wpłynęła na odmłodzenie 30% powierzchni planety. To właśnie w tym okresie na wyżynie Tharsis zaczął formować się Olympus Mons, najwyższy szczyt Układu Słonecznego. Obecnie wznosi się on na wysokość 25-27 km ponad otaczającą go równinę i 21 km ponad średnią powierzchnię planety.

NASA

Zdjęcie wulkanu Olympus Mons z lotu ptaka.

Szczureq, Wikimedia Commons

Porównanie powierzchni zajętej przez Olympus Mons do powierzchni Polski.

Okres amazoński rozpoczął się około 3 mld lat temu i trwa do dziś. W tym okresie aktywność wulkaniczna zmalała dziesięciokrotnie w porównaniu z okresem hesperyjskim, a średnia temperatura powietrza, wraz z tempem erozji i wietrzenia skał, spadła. Charakterystycznym wydarzeniem dla tego przedziału czasu jest utworzenie się czap lodowych na biegunach Marsa oraz osadów lodowcowych na marsjańskich wulkanach.

Atmosfera

Atmosfera Marsa składa się w 95% z dwutlenku węgla, w 3% z azotu, w 1,6% z argonu oraz w śladowych ilościach z tlenu i wody. Jest także silnie zapylona – charakterystyczną cechą Marsa jest występowanie burz piaskowych, które wpływają na stan marsjańskiego powietrza. Podczas takich burz prędkość wiatru dochodzi do 300 km/h.

Pomimo silnych wiatrów, warunki pogodowe na Marsie zazwyczaj nie mają aż tak destrukcyjnego wpływu na przedmioty na jego powierzchni, takie jak skały czy łaziki. Dzieje się tak z powodu rzadkiej atmosfery i niskiego ciśnienia – ma ono wartość 600 Pa, czyli stanowi mniej niż 1% ciśnienia przy powierzchni Ziemi.

Mars jest znacznie chłodniejszy niż Ziemia. Powodami są większa odległość od Słońca oraz dużo słabszy efekt cieplarniany. Temperatura na powierzchni Marsa waha się od −133 °C podczas zimy na biegunach do +27 °C w ciepłe dni na równiku.

Historia badań

Gdy w 2. połowie XIX wieku teleskopy były wystarczająco rozwinięte, by za ich pomocą dostrzec strukturę powierzchni planet, włoski astronom Giovanni Schiaparelli postanowił zmapować Marsa. Wydawało mu się, że zaobserwował kanały, co doprowadziło do wielu czczych spekulacji o istnieniu inteligentnych istot na tej planecie. Kanały, jak się okazało, były tylko złudzeniem optycznym.

Meyers Konversations-Lexikon via Wikimedia Commons

Mapa Marsa wykonana przez Giovanniego Schiaparellego w 1888 roku.

W połowie XX wieku skupiono się na bardziej bezpośrednich metodach badawczych – zaczęto wysyłać sondy, które miały za zadanie orbitować wokół Marsa bądź na nim lądować. Pierwszą była Mars 1, która straciła kontakt z Ziemią 3 miesiące przed dotarciem do celu. Dopiero po kolejnych czterech próbach radzieckich i jednej amerykańskiej, USA osiągnęło sukces i sondzie Mariner 4 udało się dolecieć do celu.

Niestety, około połowa wszystkich misji na Czerwony Glob zakończyła się niepowodzeniem, zazwyczaj z powodu błędów technicznych, różnorakich awarii bądź utraty łączności z niewyjaśnionych przyczyn. Większość nieudanych lotów należało do Rosjan, ale najsłynniejszym była misja NASA. Lockheed Martin Astronautics, firma odpowiedzialna za budowę sondy Mars Climate Orbiter, używała jednostek imperialnych, podczas gdy NASA JPL stosowało system metryczny. Przez ten błąd wleciała ona zbyt głęboko w atmosferę Marsa i po wejściu na orbitę została zniszczona. Koszt straconej misji wynosił 125 milionów dolarów.

4 lipca 1997 roku wraz z sondą Mars Pathfinder wylądował pierwszy łazik Soyourner. Napędzany był silnikiem elektrycznym zasilanym bateriami słonecznymi. Codziennie oddalał się o 5-10 metrów od lądownika. Jego zadaniem było dotarcie do skał, które uznano za interesujące na podstawie obrazów transmitowanych przez lądownik i zbadanie ich składu chemicznego.

NASA

Łazik Sojourner.

Od roku 2003 do badań Marsa włączyła się również ESA, wysyłając sondę Mars Express Orbiter. Zadaniem misji było sfotografowanie powierzchni planety i zbadanie cyrkulacji w jej atmosferze.

Niedługo potem i Chiny dołączyły do podboju Marsa – tamtejsi inżynierowie zbudowali łazika Tianwen-1, który z powodzeniem w 2021 roku wylądował na powierzchni Czerwonej Planety. Wtedy to Chiny stały się drugim po USA państwem, któremu udało się wysłać łazik na Marsa.

Poza łazikami i sondami na Marsie znajduje się jeden helikopter – Ingenuity. Stworzenie marsjańskiego helikoptera było nie lada wyzwaniem, biorąc pod uwagę znikome ciśnienie i rzadką atmosferę na Czerwonym Globie. Jego pierwszy udany lot na Marsie odbył się 3 kwietnia 2021 roku i został okrzyknięty „momentem braci Wright”.

NASA

Ingenuity podczas lotu; zdjęcie wykonane przez łazik Perserverance.

Obecnie na powierzchni Marsa znajdują się dwa działające łaziki: Curiosity oraz Perserverance. Są one wyposażone w różnorodne naukowe instrumenty; ich zadaniem jest badanie skał, regolitu oraz składu atmosfery.

Planowane misje

Obecnie głównym planem NASA co do eksploracji Marsa jest misja Mars Sample Return. Agencja kosmiczna chce odzyskać próbki skał od łazika Perserverance i przetransportować je na Ziemię w celu dalszych badań. NASA zamierza wystrzelić orbiter w 2027 roku i lądownik w 2028. Lądownik wraz z małą rakietą (MAV) i dwoma niewielkimi helikopterami ma wylądować w pobliżu Perserverance, by przejąć od niego próbki regolitu. Następnie MAV ma wystartować z powierzchni Czerwonej Planety i przetransportować ładunek do orbitera. Po udanej operacji próbki wróciłyby na Ziemię w 2033 roku, gdzie byłyby badane w specjalnie przeznaczonym do tego budynku. Misja ta może pomóc w odpowiedzi na nurtujące nas pytanie: czy na Marsie kiedykolwiek istniało życie?

NASA/JPL-Caltech

Artystyczna wizja lądownika Sample Retrieval Lander.

Konkurencją dla NASA i ESA w wyścigu o przywiezienie regolitu z Marsa są Chiny – dostarczenie próbek planują na 2031 rok. Koncept Chin jest dużo prostszy niż pomysł konkurencji – zakłada on tylko dwa starty bez użycia łazików. Zamiast łazika prawdopodobnie zostanie zastosowany czworonożny robot.

Najbardziej wyczekiwaną misją na Marsa jest ta, w której to pierwszy człowiek postawi stopę na Czerwonej Planecie. Choć Elon Musk kiedyś śmiało twierdził, że człowiek postawi stopę na Marsie już w 2024 roku, od tamtego momentu niewiele zbliżyliśmy się do osiągnięcia tego celu. Póki co konkretnych planów i terminów brak, a agencje kosmiczne skupiają się raczej na wysyłaniu satelitów okołoziemskich czy podboju Księżyca. Owe podejście jest odpowiednie, biorąc pod uwagę fakt, że załogowa misja na Marsa jest niebotycznie wymagająca, patrząc z każdej możliwej perspektywy: ekonomicznej, psychologicznej czy technicznej. Taka misja byłaby niewątpliwie jak dotąd najbardziej niebezpiecznym i wymagającym przedsięwzięciem ludzkości.

Korekta – Maks Celiński, Matylda Kołomyjec