Udforskning og undersøgelse af Mars er en videnskabelig proces med indsamling, systematisering og sammenligning af data om den fjerde planet i solsystemet . Læringsprocessen dækker forskellige vidensområder, herunder astronomi , biologi , planetologi og andre.
Udforskningen af Mars begyndte for længe siden, endda for 3,5 tusind år siden, i det gamle Egypten . De første detaljerede beretninger om Mars' position blev lavet af babylonske astronomer , som udviklede en række matematiske metoder til at forudsige planetens position. Ved hjælp af data fra egypterne og babylonierne udviklede oldgræske (hellenistiske) filosoffer og astronomer en detaljeret geocentrisk model til at forklare planeternes bevægelse. Et par århundreder senere estimerede indiske og islamiske astronomer størrelsen af Mars og dens afstand fra Jorden . I det 16. århundrede foreslog Nicolaus Copernicus den heliocentriske modelat beskrive solsystemet med cirkulære planetbaner. Hans resultater blev revideret af Johannes Kepler , som introducerede en mere præcis elliptisk bane for Mars, så den matcher den observerede.
De første teleskopiske observationer af Mars blev foretaget af Galileo Galilei i 1610. I det 17. århundrede opdagede astronomer på planeten forskellige overfladeområder, der adskiller sig fra dem omkring dem i deres lysstyrke (mere præcist, reflektivitet, albedo ), herunder den mørke plet af Syrthavet og lyse polare iskapper. Planetens rotationsperiode og hældningen af dens akse blev også bestemt. Teleskopiske observationer af Mars blev hovedsageligt udført, da planeten nåede opposition til Solen , det vil sige i den mindste afstand mellem Mars og Jorden.
Forbedringer i den optiske kvalitet af teleskoper i begyndelsen af det 19. århundrede gjorde det muligt at kortlægge overfladen. Det første kort over Mars blev offentliggjort i 1840, og mere præcis kortlægning begyndte i 1877. Senere opdagede astronomer spektrallinjerne af vandmolekyler i Mars atmosfære; på grund af denne opdagelse bliver ideen om muligheden for liv på Mars populær blandt den almindelige befolkning. Percival Lowell mente, at han så et netværk af kunstige kanaler på Mars. Disse observationer, som det senere viste sig, var optiske illusioner, og Mars atmosfære viste sig at være for sjælden og tør til at understøtte et jordlignende klima.
I 1920'erne blev der målt et område af Mars overfladetemperaturer, der blev vurderet til at være tæt på de ekstreme forhold i de antarktiske ørkener. I 1947 fastslog Gerard Kuiper , at Mars fordærvede atmosfære indeholdt store mængder kuldioxid. Den første liste over navne og koordinater for 128 store overfladetræk ( albedo-detaljer ) på Mars, der adskiller sig i lysstyrke fra de omkringliggende områder, blev vedtaget i 1958 på X Generalforsamlingen i Den Internationale Astronomiske Union . I 1969 blev International Planetary Patrol organiseret som en del af syv observatorier placeret relativt jævnt i længdegrad og ikke langt fra ækvator. Patruljeobservatorier er udstyret med samme type teleskoper og kameraer med elektronisk udstyr. De overvåger skyer og støvstorme, såvel som sæsonbestemte ændringer i Mars' overflade.
Siden 1960 begyndte opsendelser af automatiske interplanetariske stationer at studere planeten, først fra en forbiflyvningsbane og derefter fra en kunstig satellitbane og direkte på overfladen. De mest berømte af dem: Vikings , Mariners , Mars (en række sovjetiske rumfartøjer), Mars Global Surveyor , Sojoner- rovere (1997), Spirit (fra 4. januar 2004 til 22. marts 2010), Opportunity (fra 25. januar 2004 ) til 15. februar 2019), Curiosity (siden 6. august 2012) osv. De amerikanske stationer Mars Odyssey (2001), MER-B Opportunity (2004), MRO (2006), MSL Curiosity (2012), MAVEN (Mars Atmosphere). og Volatile Evolution, 2014) og den europæiske station ExoMars-2016 , som nåede den røde planet den 19. oktober 2016.
Opdagelsen af meteoritter af Mars oprindelse på Jorden gjorde det muligt at studere den kemiske sammensætning af planetens overflade. I øjeblikket er Mars stadig under observation af jordbaserede teleskoper og radioteleskoper, som gør det muligt at udforske planetens overflade i en lang række elektromagnetiske bølger. Yderligere fremskridt i udforskningen af Mars er forbundet med fortsættelsen af studiet af planeten med fjernstyrede rumfartøjer og gennemførelsen af en bemandet flyvning til Mars .
De første observationer af Mars blev foretaget før opfindelsen af teleskopet. Det var positionsobservationer for at bestemme planetens position i forhold til stjernerne.
Eksistensen af Mars som et omvandrende objekt på nattehimlen blev dokumenteret af gamle egyptiske astronomer i 1534 f.Kr. e. De etablerede også planetens retrograde (omvendte) bevægelse og beregnede bevægelsesbanen sammen med det punkt, hvor planeten ændrer sin bevægelse i forhold til Jorden fra direkte til baglæns [1] . Blandt betegnelserne på Mars er navnet "Den bevæger sig i den modsatte retning", der markerer intervallet for baglæns bevægelse. Et andet navn for Mars, "Red Chorus", indikerer med sikkerhed, at navnene er baseret på observationer. Mars blev afbildet på loftet af Seti I's grav og Ramesseum , men det blev udeladt fra stjernekortet skabt af den gamle egyptiske videnskabsmand og arkitekt Senmut . Sidstnævnte kan skyldes sammenhængen mellem Mars og Solen på det tidspunkt [2] .
I perioden med det nybabylonske rige udførte babylonske astronomer systematiske observationer af planeternes position og bevægelse. De fandt ud af, at Mars laver 37 synodiske perioder , eller 42 stjernetegnscirkler , hvert 79. år. De udviklede også aritmetiske metoder med små korrektioner til at forudsige planetens position. I den babylonske planetteori blev der for første gang opnået tidsmålinger af Mars' planetbevægelse, og planetens position på nattehimlen blev forfinet [3] [4] .
Kinesiske optegnelser om Mars' udseende og bevægelse vises allerede før grundlæggelsen af Zhou-dynastiet (1045 f.v.t.), også under Qin-dynastiet (221 f.v.t.). Kinesiske astronomer har registreret planetariske konjunktioner, herunder konjunktioner med Mars. I 375 e.Kr. e. okkultation af Mars af Venus. Mere detaljeret blev planetens periode og kredsløb beregnet under Tang-dynastiet (618 e.Kr.) [5] [6] [7] [8] .
Astronomi i det antikke Grækenland udviklede sig under indflydelse af mesopotamisk kultur og viden. På grund af det faktum, at babylonierne identificerede planeten Mars med Nergal , krigens og epidemiers gud, identificerede grækerne planeten med deres krigsgud, Ares ( Mars blandt romerne ) [9] . I perioden med dannelsen af græsk astronomi var planeternes bevægelse ikke af stor interesse for grækerne, og i Hesiods lærebog for oldgræske skoler, Værker og Dage (ca. 650 f.Kr.) nævnes planeterne ikke. [10] .
Grækerne brugte ordet planēton til at henvise til de syv himmellegemer , der ændrer deres position i forhold til fiksstjernerne . De troede, at sådanne kroppe bevæger sig i en geocentrisk bane rundt om Jorden . Den græske filosof Platon skrev den ældste kendte optegnelse over den græske astronomiske tradition i planeternes område i sit værk Republikken (380-360 f.Kr.). Hans liste, i rækkefølge fra fjernest til nærmest centrum, var: Saturn , Jupiter , Mars , Merkur , Venus , Solen , Månen og i midten Jorden . I sine dialoger foreslog Timaeus Platon, at planeternes rotation på himmelsfæren afhænger af afstanden, så det fjerne objekt bevæger sig langsomst [11] .
Aristoteles , elev af Platon, i 365 f.Kr. e. observerede Månens okkultation af Mars. Ud fra observationer konkluderede han, at Mars må være længere fra Jorden end Månen. Han pegede også på andre lignende fænomener: formørkelser af stjerner og planeter, som blev bemærket af egyptiske og babylonske astronomer [12] [13] [14] . Aristoteles brugte disse data til at understøtte den græske sekvens af planeterne i den geocentriske model af universet [15] . I sit værk On the Sky foreslog Aristoteles en model af universet , hvor solen, månen og planeterne bevæger sig i cirkler rundt om jorden i en fast afstand fra hinanden. En mere kompleks version af den geocentriske model blev udviklet af den græske astronom Hipparchus . Han foreslog en model, hvor Mars og andre planeter bevæger sig rundt om Jorden ikke langs en ensartet cirkel, men langs en bane, senere kaldet en epicykel [16] [17] .
Romerske Egypten i det andet århundrede e.Kr. e. Claudius Ptolemaios forsøgte at løse problemet med Mars' orbitale bevægelse. Ifølge observationer bevæger Mars sig 40% hurtigere i det ene halvplan af sin bane end det andet - dette faktum modbeviser fuldstændig den aristoteliske model for ensartet bevægelse. Ptolemæus færdiggjorde Aristoteles' model, lavede ændringer i den , og tilføjede til den ensartede bevægelse i en cirkulær bane en forskydning fra midten af denne bane. Ptolemæus' model og hans studier om astronomi blev detaljeret beskrevet i Almagest i flere bind , som blev den autoritative afhandling om astronomi i Vesteuropa i de næste fjorten århundreder [17] .
I det femte århundrede e.Kr. e. i den gamle indiske astronomiske afhandling Surya Siddhanta blev Mars' vinkelstørrelse anslået til to bueminutter , og afstanden fra den til Jorden til 10.433.000 km ( 1.296.600 yojanas ) . Derfor vil diameteren af Mars være lig med 6070 km (754,4 yojanas), og denne værdi har en fejl inden for 11% af den senere accepterede værdi på 6788 km. Dette skøn var dog baseret på et unøjagtigt gæt om planetens vinkeldiameter, som skulle være lig med inden for to bueminutter. Resultaterne kan have været påvirket af målingerne af Ptolemæus , som fik en værdi i området 1,57 bueminutter. Denne værdi er tæt på opløsningen af det menneskelige øje, meget større end de værdier, der senere blev opnået med et teleskop [18] .
I 1543 præsenterede den polske astronom Nicolaus Copernicus en heliocentrisk model af solsystemet i sit værk "On the Revolution of the Celestial Spheres" ( latin: De revolutionibus coelestium orbium ) . I hans tilgang kredsede Jorden om Solen i en cirkulær bane mellem Venus og Mars cirkulære baner. Hans model forklarede med succes, hvorfor Mars, Jupiter og Saturn var på den modsatte side af himmelkuglen i forhold til Solen midt i deres retrograde bevægelse . Copernicus var i stand til at arrangere planeternes position omkring Solen i den rigtige rækkefølge, udelukkende baseret på perioden for deres kredsløb omkring Solen [19] . Hans teori vandt efterhånden anerkendelse blandt europæiske astronomer, især blev dette i høj grad lettet af udgivelsen i 1551 af de " preussiske tabeller " af den tyske astronom Erasmus Rheingold , som blev beregnet ved hjælp af den kopernikanske model [20] .
Den 13. oktober 1590 registrerede den tyske astronom Michael Möstlin Venus' okkultation af Mars [21] . En af hans elever, Johannes Kepler , blev en tilhænger af det kopernikanske system. Efter endt uddannelse blev Kepler assistent for den danske adelsmand og astronom Tycho Brahe . Med adgang til Tycho Brahes data om detaljerede observationer af Mars, udførte Kepler arbejde med den matematiske systematisering og udskiftning af preussiske tabeller. Efter gentagne fejl i observationen af Mars' cirkulære kredsløb, lykkedes det Kepler, i overensstemmelse med kravene i den kopernikanske teori, teoretisk at underbygge Tycho Brahes observationer, idet det antages, at Mars ikke cirkulerer i en cirkulær, men i en elliptisk bane, i et af de fokuspunkter, som Solen er placeret i. Hans model blev grundlaget for de love, der beskriver planeternes bevægelser , som han udgav i sit flerbindsværk Copernicus Astronomy ( lat. Epitome astronomia Copernicanae ) i 1615-1621 [22] .
Den italienske videnskabsmand Galileo Galilei var den første person, der brugte et teleskop til astronomiske observationer. Hans notater viser, at han begyndte teleskopobservationer af Mars i september 1610 med det formål at detektere formørkelsesfaser på planeten svarende til dem, der blev observeret på Venus og Månen . Selvom den nøjagtige succes af påvisningen ikke er kendt, bemærkede Galileo i december 1610, at Mars' vinkelstørrelse var faldet [23] . Ændringen i Mars' belysning blev kun bekræftet femogtredive år senere af den polske astronom Jan Hevelius [24] .
I 1644 rapporterede den italienske jesuit Daniello Bartoli at have set to mørke pletter på Mars. Da den i 1651, 1653 og 1655 observerede planeten i opposition, når den er tættest på Jorden, bemærkede den italienske astronom Giovanni Battista Riccioli , sammen med sin elev Francesco Maria Grimaldi , også pletter med forskellig reflektionsstyrke [25] .
Den hollandske astronom Christian Huygens var den første til at kortlægge Mars overflade, hvilket afspejlede mange detaljer i området. Den 28. november 1659 lavede han flere tegninger af Mars, som afbildede forskellige mørke områder, senere sammenlignet med Great Sirte plateauet og muligvis en af polarhætterne [26] . Samme år lykkedes det ham at måle planetens rotationsperiode, som ifølge hans beregninger er 24 jordtimer [24] . Han lavede også et groft skøn over Mars' diameter, idet han antog, at den er lig med omkring 60% af Jordens diameter (dette skøn kan sammenlignes med den moderne værdi på 53%) [27] .
Formentlig blev de første observationer af eksistensen af en indlandsis på Mars' sydpol lavet af den italienske astronom Giovanni Domenico Cassini i 1666. Samme år brugte han overflademarkeringer i observationer af Mars og bestemte en rotationsperiode på 24 timer 40 meter, hvilket afviger fra den korrekte værdi med mindre end 3 minutter. I 1672 bemærkede Christian Huygens også en uklar hvid kasket ved nordpolen [28] . Senere, i 1671, blev Cassini den første direktør for Paris Observatory , hvor han beskæftigede sig med problemet med solsystemets fysiske skala. For at gøre dette, fra forskellige punkter på Jorden, blev Mars' position på baggrund af stjerner målt - daglig parallakse . På grund af Mars' perihelionopposition til Solen var Mars i umiddelbar nærhed af Jorden i 1671. Cassini og Jean Picard observerede Mars' position i Paris , samtidig foretog den franske astronom Jean Richet en måling af positionen i Cayenne (Sydamerika). Selvom disse observationer ikke var nøjagtige på grund af kvaliteten af de astronomiske instrumenter , modtog Cassini-gruppen ifølge måleresultaterne en værdi, der ikke afveg fra den korrekte med mere end 10 % [29] [30] .
Den engelske astronom John Flamsteed udførte også eksperimenter for at måle solsystemets skala og opnåede lignende resultater [31] .
I 1704 lavede den fransk-italienske astronom Jacques Philippe Maraldi en systematisk undersøgelse af den sydlige hætte og bemærkede, at den undergår en forandring med planetens rotation. Dette indikerer, at midten af hætten ikke er placeret ved planetens pol. Han bemærkede også, at kasketter ændrer sig i størrelse over tid [25] [32] .
Den tysk-engelske astronom William Herschel begyndte at observere Mars i 1777. Han var især interesseret i planetens polarhætter. Fire år senere, i 1781, bemærkede han, at hætten i syd var "meget stor", hvilket han tilskrev tilstedeværelsen af polen på den mørke side af planeten i løbet af de sidste 12 måneder. I 1784 blev den sydlige hætte meget mindre, hvilket tyder på, at størrelsen af hætterne afhænger af årstiden på planeten, og derfor er hætterne selv lavet af is. I 1781 beregnede Herschel to vigtige parametre: Mars' rotationsperiode, som ifølge hans beregninger er 24 timer 39 minutter 21 sekunder, og hældningen af planetens akse fra polerne til kredsløbets plan, som er ca. 28,5°. Han bemærkede, at Mars er "stor, men med et tempereret klima, så dets indbyggere vil sandsynligvis finde sig selv i situationer, der ligner vores" [32] [33] [34] [35] .
Mellem 1796 og 1809 bemærkede den franske astronom Honoré Flougèrgue , at Mars skyggede, hvilket indikerer, at et "okrfarvet slør" dækkede overfladen. Dette kan være den første rapport om gule skyer og støvstorme på Mars [36] [37] .
I begyndelsen af det 19. århundrede påvirkede stigningen i størrelsen og kvaliteten af teleskopoptik betydeligt udviklingen af astronomi og andre videnskabelige discipliner. Mest bemærkelsesværdig blandt disse forbedringer var de to-komponent akromatiske linser med tysk optik af Josef Fraunhofer , som sammenlignet med deres forgængere betydeligt eliminerede coma , en optisk effekt, der forvrænger den ydre kant af billedet. I 1812 lykkedes det Fraunhofer at skabe en akromatisk linse med en diameter på 190 millimeter . Størrelsen af hovedlinsen er den vigtigste faktor, der bestemmer evnen til at fokusere lys ( lysstyrke ) og opløsningen af et teleskop [38] [39] .
I 1830, under oppositionen af Mars, brugte to tyske astronomer, Johann Heinrich von Medler og Wilhelm Beer , en 95 mm refraktor med et Fraunhofer optisk system til at studere planeten i detaljer . Som udgangspunkt valgte de et karakteristisk træk ved relieffet, 8° syd for ækvator (senere kaldet sinusmeridianen og valgt som nulmeridianen på Mars). Under deres observationer fandt de ud af, at de fleste af funktionerne på Mars' overflade er konstante eller rettere sagt ikke ændrer sig under planetens rotation. I 1840 kombinerede Maedler billeder fra 10 års observationer og lavede et mere nøjagtigt kort over overfladen. I stedet for at navngive de forskellige markører, henviste Beer og Maedler til dem med bogstaver; for eksempel blev Meridian Bay (Sinus Meridian) betegnet "A" [24] [39] [40] .
I 1858, under en Mars-opposition, bemærkede den italienske astronom Angelo Secchi , mens han arbejdede ved Vatikanets observatorium , store trekantede træk med blå farve på Mars, som han kaldte "Blå Skorpion". Nogle af disse sæsonbetingede skylignende formationer blev opdaget i 1862 af den engelske astronom Joseph Norman Lockyer , og de blev efterfølgende opdaget ved andre observatorier [41] . I 1862 , under oppositionen af Mars, kortlagde den hollandske astronom Frederick Kaiser det . Ved at sammenligne hans illustrationer med Christian Huygens og Robert Hooke , var han i stand til at forfine rotationsperioden til 24h 37m 22,6s. nøjagtig til tiendedele af et sekund [39] [42] .
I 1863 skabte Angelo Secchi de første farveillustrationer af Mars. Til navnene på overfladedetaljer brugte han navnene på berømte rejsende. I 1869 lagde han mærke til to mørke lineære objekter på overfladen og kaldte dem "Canali", som på italiensk betyder "kanaler" eller "riller" [43] [44] [45] . I 1867, baseret på 1864-tegningerne af den engelske astronom William R. Dawes , skabte den engelske astronom Richard Proctor et mere detaljeret kort over Mars. Proctor opkaldte forskellige lyse og mørke træk på overfladen af Mars efter tidligere og nuværende astronomer, der har bidraget til observationer af planeten. I samme årti sammenlignede den franske astronom Camille Flammarion og den engelske astronom Nathaniel Green forskellige kort og nomenklaturer [45] .
På universitetet i Leipzig i 1862-1864 brugte den tyske astronom Johann Zollner et spektroskop designet til at måle reflektiviteten af Månen, solsystemets planeter og klare stjerner til at observere Mars , og opnåede en samlet albedo af Mars svarende til 0,27 . Mellem 1877 og 1893 observerede de tyske astronomer Gustav Müller og Paul Kempf Mars ved hjælp af Zollner-spektroskopet. De fandt en lille fasefaktor - en variation i reflektivitet afhængigt af vinklen, og konkluderede, at Mars overflade er relativt glat og uden store brud [46] .
I 1867 brugte den franske astronom Pierre Jansen og den britiske astronom William Huggins et spektroskop til at studere Mars atmosfære . De fandt ud af, at Mars' optiske spektrum næsten falder sammen med Månens spektrum. Der blev ikke fundet vandabsorptionslinjer i det resulterende spektrum, så Jansen og Huggins foreslog, at vanddamp er til stede i Mars-atmosfæren. Dette resultat blev bekræftet i 1872 af den tyske astronom Hermann Vogel og i 1875 af den engelske astronom Edward Maunder , men kom senere i tvivl [47] .
I 1877 var Mars' position, på grund af modstanden, særlig gunstig for observation. Den skotske astronom David Gill brugte denne lejlighed til at vurdere Mars ' daglige parallakse fra Ascension Island . Med disse målinger var han i stand til mere præcist at bestemme afstanden fra Jorden til Solen , baseret på den relative størrelse af Mars og Jordens baner [48] . Han bemærkede også, at på grund af tilstedeværelsen af en atmosfære nær Mars, som begrænser nøjagtigheden af observationer, er kanten af skiven ikke tydeligt synlig, hvilket gør det vanskeligt at bestemme den nøjagtige position af planeten [49] .
I august 1877 opdagede den amerikanske astronom Asaph Hall , ved hjælp af 660 mm-teleskopet fra US Naval Observatory , to satellitter nær Mars [50] . Navnene på månerne, Phobos og Deimos , blev valgt af Hall baseret på et forslag fra Henry Madan, en videnskabsinstruktør ved Eton College i England [51] .
I 1894 opdagede den amerikanske astronom William Campbell , at Mars ' spektrum var identisk med Månens spektrum, hvilket såede tvivl om udviklingen af teorier om ligheden mellem Mars og Jordens atmosfærer . Tidligere påvisninger af vand i Mars atmosfære er blevet tilskrevet ugunstige observationsforhold [52] . Imidlertid blev resultaterne opnået af Campbell betragtet som kontroversielle og blev kritiseret af nogle medlemmer af det astronomiske samfund, indtil de efterfølgende blev bekræftet af den amerikanske astronom Walter Adams i 1925 [53] .
Herman Struve brugte de observerede ændringer i kredsløbene for Mars-satellitterne til at bestemme planetens gravitationspåvirkning. I 1895 brugte han disse data til at estimere planetens diameter og fandt ud af, at den ækvatoriale diameter var 1/190 større end den polære diameter (i 1911 justerede han værdien til 1/192) [32] [54] . Dette resultat blev bekræftet af den amerikanske meteorolog Woolard i 1944 [55] .
Overfladen, skjult af gule skyer, blev bemærket i 1870 under observationerne af Schiaparelli. Et andet bevis på eksistensen af skyer blev opnået under oppositionen i 1892.
I 1877, under den store modstand mod Mars, brugte den italienske astronom Giovanni Schiaparelli et 22 cm teleskop til at lave detaljerede kort over planeten. Især på disse kort blev kanaler angivet i form af tynde linjer (som han gav navnene på berømte floder på Jorden), men senere blev det vist, at dette var en optisk illusion [56] [57] . I 1886 bemærkede den engelske astronom William F. Denning, at disse lineære objekter var uregelmæssige i naturen. I 1895 blev den engelske astronom Edward Monder overbevist om, at lineære objekter blot var summen af mange små detaljer [58] .
I 1892 skriver den franske videnskabsmand Camille Flammarion , at disse kanaler ligner menneskeskabte, som repræsentanter for en intelligent race kunne bruge til at omfordele vand i hele den døende Marsverden. Han går ind for eksistensen af sådanne indbyggere og foreslog, at de kan være mere avancerede end mennesker [59] .
Påvirket af Schiaparellis observationer grundlagde orientalisten Percival Lowell et observatorium med 30 og 45 cm (12 og 18 tommer ) teleskoper. Han udgav flere bøger om Mars og om livet på planeten, som havde stor indflydelse på den offentlige mening [60] . Kanalerne blev også opdaget af andre astronomer som Henry Joseph Perrotin og Louis Tollon ved hjælp af en 38 cm refraktor , et af tidens største teleskoper [61] [62] .
Begyndende i 1901 gjorde A. E. Douglas bestræbelser på at fotografere Mars kanaler; disse bestræbelser blev kronet med succes, da Carl Otto Lampland offentliggjorde fotografier af kanalerne i 1905 [63] . Selvom disse resultater blev bredt accepteret af det videnskabelige samfund, blev de bestridt af nogle videnskabsmænd: den franske astronom Eugene Antoniadi , den engelske naturforsker Alfred Wallace og andre [58] [64] , da kanaler ikke blev observeret med "svage" teleskoper.
Under oppositionen i 1907 blev der opnået yderligere beviser for eksistensen af skyer. I 1909 bemærkede Antoniadi, at tilstedeværelsen af gule skyer skyldtes en dæmpning af albedoen . Han fandt ud af, at mere gult i opposition dukkede op på overfladen af Mars, når planeten var tættere på Solen, og derfor modtog mere energi. Som årsagen til, at disse skyer dukkede op, kaldte han sandet og støvet rejst af vinden [65] [66] .
Ved at bruge vakuum-termoelementer i det 254-centimeter (100-tommer) Hooker-teleskop ved Mount Wilson Observatory , var de amerikanske astronomer Seth Barnes Nicholson og Edison Pettit i 1924 i stand til at måle den termiske energi, der udsendes af Mars-overfladen. De fastslog, at temperaturerne varierede fra -68° C (-90° F ) ved polen til +7°C (+45°F) ved midten af skiven (svarende til ækvator) [67] . Samme år begyndte den amerikanske fysiker William Koblenz og den amerikanske astronom Carl Otto Lampland at måle Mars energi Resultaterne viste, at nattetemperaturen på Mars faldt til -85°C (-121°F), hvilket indikerer "store daglige udsving" i temperaturer [68] . Temperaturen på Mars-skyerne var op til -30 °C (-22 °F) [69] .
I 1926 var den amerikanske astronom Walter Sidney Adams i stand til direkte at måle mængden af ilt og vanddamp i Mars-atmosfæren ved at måle rødforskydningsspektrallinjerne i Mars og Jordens orbitale bevægelser . Han fastslog, at "ekstreme ørkenforhold" også var udbredt på Mars [70] . I 1934 fandt Adams og den amerikanske astronom Theodore Dunham, Jr. ud af, at mængden af ilt i Mars atmosfære er mindre end 1 % af den tilsvarende værdi for det tilsvarende volumen af Jordens atmosfære [71] .
I 1920'erne brugte den franske astronom Bernard Lyot et polarimeter til at studere Månens og planeternes overfladeegenskaber. I 1929 bemærkede han, at polariseret lys fra Mars-overfladen var meget lig Månens, selvom han foreslog, at nogle af hans observationer kunne forklares med kulde eller måske af vegetation. Baseret på mængden af sollys spredt i atmosfæren på Mars, anslog han tykkelsen af Mars atmosfære til at være 1/15 af tykkelsen af jordens atmosfære. Dette begrænsede overfladetrykket til ikke mere end 2,4 kPa (24 mbar ) [72] . Ved hjælp af et infrarødt spektrometer opdagede den hollandsk-amerikanske astronom Gerard Kuiper i 1947 kuldioxid i Mars atmosfære. Han var i stand til at vurdere, at mængden af kuldioxid i atmosfæren er dobbelt så stor som på Jorden. Men fordi han overvurderede trykket på Mars-overfladen, konkluderede Kuiper fejlagtigt, at iskapperne ikke kunne bestå af frossen kuldioxid [73] . I 1948 fandt den amerikanske meteorolog Seymour Hess ud af, at der kun var brug for 4 mm nedbør og et mætningsdamptryk på 0,1 kPa (1 mbar) for at danne sarte Marsskyer [69] .
I 1927 estimerede den hollandske mester Cyprianus Enius van der Bosch Mars masse ud fra bevægelsen af dens satellitter til en nøjagtighed på 0,2%. Dette resultat blev bekræftet af den hollandske astronom Willem De Sitter [74] . Baseret på observationer nær Jorden af asteroiden Eros fra 1926 til 1945 lavede den tysk-amerikanske astronom Evgeny Konstantinovich Rabe et uafhængigt estimat af Mars masse baseret på gravitationsforstyrrelser i asteroidens kredsløb. Selv vurderede han nøjagtigheden af sine målinger til 0,05 % [75] , men senere viste det sig, at den var meget lavere, især i sammenligning med andre metoder [76] .
I 1963, ved hjælp af 100-tommer-teleskopet ved Mount Wilson-observatoriet, registrerede forskere ledet af Hiron Spinrad absorptionslinjerne for vandmolekyler i spektret af Mars-atmosfæren (især 8189,27 Å -linjen ) [77] , hvilket var det første bevis. tilstedeværelsen af Mars hydrosfære. Efterfølgende indhentede de mere detaljerede data - ændringen i vandindhold afhængigt af breddegrad og årstid, især korrelationen med dynamikken i polarkapperne [78] [79] .
I videnskaben er systemet foreslået af Schiaparelli for navnene på store lyse og mørke områder og mindre detaljer af Mars overflade blevet vedtaget. Schiaparelli fremhævede følgende typer mørke detaljer: de egentlige have, betegnet med det latinske udtryk Mare, Sinus-bugter, Lacus-søer, Palus-moser, Depressio-lavlandet, Promontorium-kapper, Fretum-strædet, Fons-kilder, Regio-regioner. Den første standardiserede liste over navne (under hensyntagen til Antoniadi-kortet fra 1929) og koordinaterne for 128 hoveddetaljer af Mars' albedo blev vedtaget i 1958 på X-generalforsamlingen i Den Internationale Astronomiske Union .
I 1970 blev en arbejdsgruppe om navne til Mars oprettet. I 1973 blev navnegrupperne omorganiseret og udvidet, og Working Group for Planetary System Nomenclature (WGPSN) blev etableret for at standardisere navne for Mars og andre rumobjekter [80] .
I 1969 blev det internationale planetariske patruljeprogram organiseret, bestående af syv observatorier placeret relativt jævnt i længdegrad og ikke langt fra ækvator. Formålet med patruljen er at observere storstilede atmosfæriske fænomener og detaljer af planeternes overflade, samt at opnå en kontinuerlig billedserie. Patruljens observatorier er udstyret med samme type teleskoper og kameraer med elektronisk udstyr, der giver en given varighed af eksponeringer, registrering af dato og klokkeslæt for billedet og andre karakteristika ved billedet. Patruljens observatorier overvåger skyer og støvstorme samt sæsonbestemte ændringer i Mars' overflade. Der er foretaget detaljerede observationer af Mars støvstorme i 1971 og 1973. De resulterende billeder afspejler Mars sæsonmæssige ændringer og viser, at de fleste Mars støvstorme opstår, når planeten er tættest på Solen [81] .
Undersøgelsen af Mars' karakteristika ved hjælp af teleskoper - både jordbaserede og orbitale - fortsatte i anden halvdel af det 20. århundrede ved forskellige frekvenser: i det infrarøde område - bestemmelse af overfladens sammensætning [82] , ultraviolet og submillimeter - bestemmelse af atmosfærens sammensætning [83] [84] , radiobånd - måling af vindhastigheder [85] .
Billeder taget med jordbaserede teleskoper udstyret med CCD'er tillader regelmæssige observationer af vejret på Mars under oppositioner [86] . Hubble-teleskopet er også blevet brugt til at studere Mars systematisk [87] ; han tog billeder med den bedste opløsning blandt dem, der blev opnået fra Jorden og kredsløb nær Jorden [88] . Når Mars er i en vinkelafstand på 50° eller mere fra Solen, kan Hubble tage detaljerede billeder af Mars, inklusive hele halvkuglen, hvilket gør det muligt fuldt ud at vurdere vejret.
Røntgenstråling fra Mars blev første gang registreret i 2001 af Chandra-teleskopet [89] . I 2003 blev det vist, at røntgenstråling fra Solen, spredt i den øvre atmosfære af Mars, og interaktionen af ioner, der fører til udveksling af ladninger, bidrager til det. Strålingen genereret af den anden kilde blev observeret i en afstand på op til 8 planetariske radier med XMM-Newton- teleskopet [90] .
Siden 1960 begyndte opsendelser af automatiske interplanetære stationer (AMS) at studere Mars. Først blev planeten undersøgt fra en forbiflyvningsbane ( Mariner-4 , Mariner-6 , Mariner-7 ), og derefter fra en kunstig satellitbane og direkte på overfladen. Det første rumfartøj, der udforskede Mars fra en forbiflyvningsbane, var den amerikanske Mariner 4 . Mars' første kunstige satellit var den amerikanske Mariner 9 . Indtil 1971 var der 14 opsendelser af automatiske interplanetariske stationer til Mars, hvoraf 10 var mislykkede. Den første til at lande på Mars var nedstigningsmodulet af den sovjetiske AMS Mars-3 i 1971 . Overførslen af data fra den automatiske Mars-station begyndte kort efter dens landing på Mars' overflade, men stoppede efter 14,5 sekunder. Forsøg på at blødlande en automatisk Mars-station ved nedstigningskøretøjer fra den sovjetiske AMS Mars-2 i 1971 og Mars-6 , Mars-7 i 1973 var mislykkede. Den første automatiske Martian-station var en del af den amerikanske AMS Viking-1 . Stationen, efter en blød landing i 1976, transmitterede de første billeder fra overfladen af Mars, udførte de første direkte undersøgelser af atmosfæren og jorden.
Hovedopgaverne med at studere Mars fra kunstige satellitters kredsløb i 1970'erne var at bestemme atmosfærens karakteristika og fotografere overfladen. Det var forudset at studere planetens magnetiske og tyngdefelter, dens termiske egenskaber, relief og andre ting, for hvilke de sovjetiske automatiske interplanetariske stationer " Mars-2 " og " Mars-3 " blev opsendt [91] . I landingsområdet for stationen skulle det bestemme jordens fysiske egenskaber, bestemme overfladeklippens beskaffenhed, eksperimentelt kontrollere muligheden for at opnå tv-billeder af det omkringliggende område og så videre [91] [ 91] . Mars-3 nedstigningskøretøjet lavede en blød landing på overfladen af den "røde planet" mellem regionerne Elektris og Phaethontis i området med koordinaterne 45 ° S. sh. og 158° V. e. En vimpel med USSR's emblem blev installeret på dens bord . 1 minut og 30 sekunder efter landing blev AMS bragt i funktionsdygtig stand, og 16 timer 50 minutter. 35 sek. begyndte at sende videosignaler fra planetens overflade. De blev modtaget og optaget om bord på den kunstige satellit "Mars-3" og derefter sendt til Jorden i radiokommunikationssessioner. Videosignalerne modtaget fra Mars overflade var kortvarige (ca. 20 sekunder) og stoppede brat [92] . I komplekset af eksperimenter udført på satellitterne "Mars"-2 og 3, fik fotografering af planeten en hjælperolle, hovedsagelig forbundet med at sikre binding af måleresultater i andre spektrale intervaller [93] . Udviklerne af foto-tv-installationen (FTU) brugte den forkerte model af Mars, på grund af hvilken de forkerte eksponeringer af PTU'en blev valgt. Billederne viste sig overeksponerede, næsten helt ubrugelige. Efter flere serier af billeder (hver med 12 billeder) blev foto-tv-installationen ikke brugt [94] . Samtidig gjorde billederne taget på Mars-3 fra store afstande det muligt at forfine den optiske komprimering af planeten (som adskiller sig fra dynamisk), bygge reliefprofiler baseret på billedet af diskens kant i store områder, og få farvebilleder af Mars-skiven ved at syntetisere fotografiske billeder taget med forskellige lysfiltre [95] . Når man studerede Mars, blev de sovjetiske automatiske interplanetariske stationer " Mars-2 ", " Mars-3 " og " Mars-5 " kunstige satellitter på planeten.
Det amerikanske Viking-rumfartøj har studeret Mars i flere år (siden 1976) både fra kredsløb og direkte på overfladen. Der blev især udført forsøg med at påvise mikroorganismer i jorden, hvilket ikke gav et positivt resultat. For første gang blev der lavet en kemisk analyse af jorden, og fotografier af overfladen blev transmitteret. Automatiske Mars-stationer har observeret Mars-vejret i lang tid, og ifølge data fra orbiterne er der blevet udarbejdet et detaljeret kort over Mars. Den 6. november 1976, på den 80. arbejdsdag på Mars , registrerede Viking-2- seismometeret et sandsynligt Mars-skælv med en styrke på 2,8 på Richter-skalaen [96] .
Den kunstige satellit Mars Odysseus opdagede, at der er aflejringer af vandis under overfladen af den røde planet. Senere blev dette bekræftet af andre enheder.Ved brug af THEMIS-kameraet (Thermal Emission Imaging System - et kamera, der skaber et billede baseret på analysen af termisk stråling), blev et nøjagtigt kort over Mars opnået (den rumlige opløsning af kortet er 100 meter for hele overfladen af den røde planet). For at kompilere den brugte videnskabsmænd 21.000 fotografier taget af en kunstig satellit over otte år [97] .
Spørgsmålet om tilstedeværelsen af vand på Mars blev endelig løst i 2008, da den automatiske Mars-station "Phoenix" , som landede i planetens polarområde, modtog vand fra Mars-jorden [98] [99] .
Den kunstige satellit Mars Express har givet beviser til fordel for hypotesen om, at Mars' måne Phobos ikke blev dannet af hovedbælte-asteroider, men af materiale fra den røde planet. Forskere studerede sammensætningen af Phobos ved hjælp af et Fourier-spektrometer placeret om bord. Ud over at studere sammensætningen af Phobos har forskere foretaget den mest nøjagtige bestemmelse af massen af Mars-satellitten og dens tæthed til dato [100] .
MARSIS-radaren , installeret på Mars Express -apparatet , viste tilstedeværelsen af en subglacial sø på Mars , beliggende i en dybde på 1,5 km under isen på den sydlige polarkappe (på Planum Australe ), omkring 20 km bred. Dette blev den første kendte permanente vandmasse på Mars [101] [102] .
Mars kunstige satellitter efter flyvetidspunktDen 9. februar 2013 foretog Curiosity- apparatet den første jordboring i 3-5 cm dybde.
Den 6. april 2019 registrerede SEIS -seismometeret installeret på overfladen af Mars nær InSight-sonden det første seismiske signal, formentlig fra et lille jordskælv [104] . De to kraftigste jordskælv registreret i 2019 havde størrelsesordenen 3,5 og 3,6 på Richter-skalaen. Den 7. og 18. marts 2021 registrerede SEIS-seismometeret to Mars-skælv med størrelsesordenen 3,3 og 3,1 på Richter-skalaen [105] . Næsten 50 jordskælv med en styrke på over 2 på Richter-skalaen, registreret af SEIS-seismometeret, gjorde det muligt for videnskabsmænd at konkludere, at den øvre kappe på Mars strækker sig til en dybde på cirka 700-800 km, og radius af Mars kerne varierer fra 1810 til 1860 km [106] .
Afsluttede missionerMission | År | Land (kunde/producent) | Årsag til fiasko |
---|---|---|---|
" Mars 1960A " | 1960 | USSR | Booster crash |
" Mars 1960B " | 1960 | USSR | Booster crash |
" Mars 1962A " | 1962 | USSR | Accelerator virkede ikke |
" Mars-1 " | 1962 | USSR | Fejl i orienteringssystem |
" Mars 1962B " | 1962 | USSR | Accelerator virkede ikke |
" Mariner 3 " | 1964 | USA | Hovedbeklædning ikke adskilt |
" Zond-2 " | 1964 | USSR | Nåede det ikke til Mars |
" Mars 1969A " | 1969 | USSR | Booster crash |
" Mars 1969B " | 1969 | USSR | Booster crash |
" Mariner 8 " | 1971 | USA | Booster crash |
" Cosmos-419 " | 1971 | USSR | Accelerator virkede ikke |
AMS "Phobos-1" | 1988 | USSR | Tabt forbindelse |
Mars Observer | 1992 | USA | Tabt forbindelse |
" Mars-96 " | 1996 | Rusland | Accelerator virkede ikke |
" Nozomi " | 1998 | Japan | Kunne ikke komme i kredsløb om Mars |
Mars Climate Orbiter | 1999 | USA | Crash, mens du forsøger at komme i kredsløb om Mars |
Mars Polar Lander | 1999 | USA/Rusland | landingsulykke |
Deep Space 2 | 1999 | USA | Mistet kontakt efter genindtræden |
Beagle 2 ( Mars Express lander ) | 2003 | ESA | Ufuldstændig installation af solpaneler efter landing |
" Phobos-Grunt " | 2011 | Rusland | Fejl i det indbyggede computersystem; Accelerator ikke tændt |
" Inho-1 " | 2011 | Kina | Skulle have været leveret til Phobos-Grunt missionen |
" Schiaparelli " | 2016 | ESA / Rusland | landingsulykke |
Der er otte kunstige satellitter i kredsløb om Mars:
Automatiske stationer fungerer på planetens overflade:
I 1983 analyserede meteoritter Shergott, Nakhlit og Chassini (forkortet SNC - ifølge de første bogstaver i navnene på bosættelserne Shergotty (Shergotti) i Indien , Nakhia (Nakla) i Egypten og Chassigny (Chassigny) i Frankrig , nær hvilke meteoritter der blev fundet i henholdsvis 1865, 1911 og 1815) viste, at de stammede fra Mars [108] [109] [110] . Fundet i Antarktis i 1984, ALH84001-meteoritten er betydeligt ældre end resten og indeholder polycykliske aromatiske kulbrinter , muligvis af biologisk oprindelse. Det menes, at det kom til Jorden fra Mars, da forholdet mellem iltisotoper i det ikke er det samme som i terrestriske klipper eller ikke-SNC-meteoritter, men det samme som i EETA79001-meteoritten, der indeholder glas med indeslutninger af bobler i som sammensætningen af ædelgasser er forskellig fra jorden, men svarer til Mars atmosfære [111] . I 1996 blev det annonceret, at denne meteorit kunne indeholde bevis på mikroskopiske fossiler af Mars-bakterier. Denne konklusion er dog stadig kontroversiel [112] . Kemisk analyse af Mars-meteoritter indikerer, at overfladetemperaturen på Mars højst sandsynligt har været under frysepunktet for vand (0 °C) i det meste af de sidste 4 milliarder år [113] .
Yderligere undersøgelse af Mars er forbundet med to hovedområder: fortsættelsen af studiet af planeten med automatiske rumfartøjer og gennemførelsen af en bemandet flyvning til Mars (og mulig kolonisering i fremtiden).
For nylig har NASAs ledelse engageret flere forskningsorganisationer, der har til opgave at udvikle en "sværm" af fremtidige robotudforskere af den røde planet . Forskning udført af hold af videnskabsmænd fra Japan og University of Alabama har vist, at små robotter kopieret fra terrestriske insekter er ganske i stand til at overleve under ugunstige forhold på mars. Vingerne på disse letvægtsrobotter kan give nok skub til at flyve gennem Mars' sjældne atmosfære, som er hundrede gange tyndere end Jordens. Marsbees-robotterne vil blive opsendt fra en lille rover , som vil fungere som en mobil base for dem. Denne base vil genoplade batterierne til Marsbees-robotterne og give dem al den nødvendige kommunikation og sende al den information, de indsamler gennem kæden, til Jorden. I princippet udføres det samme arbejde af roverne selv nu på den røde planet, men brugen af flyvende assistenter vil hjælpe dem med at dække større områder og indsamle mere videnskabelig information [114] .
I 2030 planlægger Folkerepublikken Kina at opsende en anden (efter Tianwen-1 ) AMS for at udforske Mars [117] .
En bemandet mission til Mars er en planlagt menneskelig flyvning til Mars med et bemandet rumfartøj.
Udviklingen af dette program har stået på i lang tid, siden 1950'erne. I USSR blev forskellige muligheder for rumfartøjer til en bemandet flyvning til Mars overvejet. Først blev der udviklet et projekt for Mars bemandede kompleks (MPC) med en affyringsvægt på 1630 tons . Det var meningen, at den skulle samles i lav kredsløb om jorden til 20-25 opsendelser af N-1 løfteraket . Den returnerede del af IPC ville have en masse på 15 tons. Ekspeditionens varighed skulle være 2,5 år [118] . Dette blev efterfulgt af udviklingen af et tungt interplanetarisk skib (TMK) i OKB-1 i afdelingen under ledelse af Mikhail Tikhonravov . To grupper af ingeniører var involveret i projektet: den ene blev ledet af Gleb Maksimov , og den anden af Konstantin Feoktistov [118] . Den 23. juni 1960 udpegede CPSU's centralkomité opsendelsesdatoen til den 8. juni 1971 med en tilbagevenden til Jorden den 10. juni 1974 , men derefter fulgte et " månekapløb ", hvor flyveprojektet til Mars blev lukket. [119] [120] .
Roskosmos planlægger at gennemføre en bemandet flyvning til Mars efter 2030. Denne dato blev annonceret i november 2010 af lederen af Roscosmos Anatoly Perminov [121] [122] . Inden for rammerne af det nationale rumprogram indtil 2015 blev der i 2007-2011 udført en efterligning af en Mars-flyvning kaldet " Mars-500 " på Jorden
Den daværende amerikanske præsident, George Walker Bush , præsenterede en langtrækkende plan for NASA i begyndelsen af 2004 , der fokuserede på bemandede missioner til Månen og Mars, der startede Constellation -programmet. Inden for rammerne af dette program var det første skridt at være skabelsen af Orion-rumfartøjet i 2010 , hvorpå astronauter kunne flyve først til Månen og derefter til Mars. Yderligere, fra 2024, ifølge NASA-planer, skulle en permanent beboet månebase dukke op , som ville blive forberedelse til en flyvning til Mars, og en eventuel tur til Mars kunne finde sted, ifølge NASA, i 2037. Den 2. februar 2010 blev det kendt, at den amerikanske månebemandede flyvning ikke ville finde sted på grund af budgetnedskæringer. Da udviklingen af det nødvendige rumfartøj stoppede som et resultat, blev Mars bemandede mission også påvirket. Disse programmer blev ikke udskudt, men fuldstændig slettet uden erstatning [123] . Men senere vendte NASA tilbage til revisionen af Constellation-programmet og udelukker ikke dets genoptagelse.
Også siden 2010 har Ames Research Center udviklet Hundred-Year Starship - projektet . Hovedidéen med projektet er at sende folk til Mars for altid. Dette vil føre til en betydelig reduktion i omkostningerne ved flyvningen, det vil være muligt at tage mere last og besætning. Ifølge beregninger vil det koste det samme at sende fire astronauter til Mars og returnere dem tilbage som at sende 20 mennesker dertil og efterlade dem der. Hele ekspeditionen vil koste 750 milliarder dollars.Den kan halveres, hvis astronauterne ikke skal returneres til Jorden [124] .
Ordbøger og encyklopædier | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
Udforskning af Mars med rumfartøj | |
---|---|
Flyvende | |
Orbital | |
Landing | |
rovere | |
Marshalls | |
Planlagt |
|
Foreslået |
|
Mislykket | |
Annulleret |
|
se også | |
Aktive rumfartøjer er fremhævet med fed skrift |
Rumudforskning af solsystemet | |
---|---|
Udforskning af andre planeter | |
Lister |
|
Objekter på andre planeter |
|