1.              Теоретическая часть

Исторические предпосылки. Раннее изучение Марса

Исследование Марса началось давно, ещё 3,5 тысячи лет назад, в Древнем Египте.

Первые телескопические наблюдения Марса были проведены Галилео Галилеем в 1610 году

Первая карта Марса была опубликована в 1840 году, а более точное картографирование началось с 1877 года.

Первые подробные отчёты о положении Марса были составлены вавилонскими астрономами, которые разработали ряд математических методов для предсказания положения планеты.

В XVII веке голландский астроном Христиан Гюйгенс первым составил карту поверхности Марса, отразив на ней множество деталей местности.

В 1920 ­ е годы был измерен диапазон температур марсианской поверхности, и установлено, что поверхность Марса находится в экстремальных условиях похожих на земные арктические пустыни.

 С 1960­х годов начались запуски автоматических межпланетных станций для изучения планеты.

Между 1960 и 1969 годами СССР запустил сразу девять зондов в направлении Марса, но ни один из них не достиг своей цели.

Первая советская программа по исследованию Марса называлась «Марсник». После неудачи с первыми двумя зондами, в 1962 году советские ученые отправили на планету межпланетную станцию Марс-1. Уже через год исследовательский аппарат прошел рядом с Марсом на расстоянии 193 тысяч километров, но миссия все равно потерпела неудачу, потому что еще до подлета к планете, связь со станцией была потеряна.

Исследовательский аппарат Марс-1

 Автоматическая межпланетная станция Марс-2

В 1965 году до Красной планеты добрался американский исследовательский зонд «Маринер-4». Зонд пролетел мимо планеты, но отравил на Землю первые детальные фотографии Марса.

Межпланетная станция Mariner 4

В 2003 году к Марсу отправились ещё два ровера - Spirit и Opportunity. В ходе своей миссии, рассчитанной на 90 марсианских суток, оба марсохода должны были исследовать осадочные породы на поверхности планеты и поискать следы существования воды в прошлом.

Также с 2010 года Исследовательским центром имени Эймса разрабатывается проект «Столетний космический корабль».

Основная идея проекта состоит в том, чтобы отправлять людей на Марс безвозвратно.

Проектом под названием «Марс 1», планируется высадить четырех астронавтов на Марсе в апреле 2023 года. После этого, новые члены зарождающейся колонии будут прибывать каждые два года.

Орбитальные аппараты для изучения Марса

Со стороны России на орбите Марса работает созданный совместно с европейскими коллегами спутник ЭкзоМарс-2016. Конечно же, не стоит забывать про недавно достигший Красной планеты китайский аппарат Тяньвэнь-1.

Исследование и изучение Марса — это научный процесс сбора, систематизации и сопоставления данных о четвёртой планете Солнечной системы. Процесс изучения охватывает различные области знания, в том числе астрономию, биологию, планетологию и другие.

Марс является четвертой по счету планетой Солнечной системы и с давних времен привлекает внимание ученых. Дело в том, что среди всех других космических объектов он больше всего похож на Землю — сутки там длятся 24,5 часов, происходит смена времен года, а в полярных шапках есть замерзшая вода. Несмотря на в три раза слабую силу притяжения, относительно малое количество кислорода и резкие перепады температуры от -90 до +20 градусов Цельсия, исследователи надеются, что когда-нибудь на этой планете можно будет построить человеческое поселение. Первый исследовательский аппарат был отправлен на Марс в 1960 году, причем их было сразу два — речь идет о советских зондах Марс 1969А и Марс 1969Б. Однако, они не достигли назначенной точки из-за аварии ракеты-носителя Молния. 

Марс - единственная планета схожая с Землей. Первая планета после Земли предполагает наличие жизни. Имеются предположительные следы древних цивилизаций Марс – планета загадка.

 Нас интересуют вопросы о самой планете, о возможной жизни на ней, прошлое Марса так же загадочно, как и будущее. Этим проектом мы хотим привлечь внимание к самой загадочной планете Солнечной системы.

В общем было отправлено более 38 исследовательских экспедиций на Марс, но по разным техническим причинам только 19 из них достигли своей цели.

Такой низкий процент (50%) успешных миссий заставил людей говорить о проклятии Марса.

"Земные" времена года

Во многом Марс и Земля очень похожи друг на друга. В частности, у них очень близкие наклоны осей вращения, и именно поэтому смена времен года на Марсе напоминает земную. На Марсе есть весна, лето, осень и зима, причем, когда в северном полушарии Марса наступает лето - в южном начинается зима, и наоборот. Марсианский год длится приблизительно два земных года, а один сезон - 167 дней. Зимы на Марсе долгие и холодные, а лета - теплые и короткие. Поскольку на Марсе отсутствует океан, погода повторяется из года в год.

Ураганы, как на Земле

27 апреля 1999 года группа астрономов сделала наблюдение сильнейшего циклонического шторма на Марсе с помощью телескопа "Хабл". За 20 лет до этого космическая программа НАСА "Викинг" наблюдала похожий шторм, но тогда он был в три раза слабее. С 2001 года приблизительно в той же области (в северной части Марса, близко к полюсу) было зарегистрировано по крайней мере три похожих циклона. Шторм 1999 года был необычным и по другой причине: Марс известен своими пылевыми бурями, но в тот день во время циклона астрономы наблюдали водно-ледяные облака. Эксперты говорят, что такие штормы образуются только марсианским летом и длятся несколько дней.

"Лицо на Марсе" из Кидонии

В 1975 году НАСА запустило "Викинг-1", первый космический аппарат, успешно приземлившийся на Марсе. Миссией "Викинга-1" было тщательно исследовать поверхность Марса и "подготовить почву" для приземления "Викинга-2". Выйдя на орбиту Марса, "Викинг-1" сделал в марсианской области Кидония снимок, поразивший ученых. То, что они увидели, напоминало человеческое лицо! Некоторые думали, что лицо является доказательством существования жизни на Марсе, а возможно, даже древний артефакт, оставленный загадочными марсианами, как и египетские Пирамиды. Однако вскоре ученые узнали настоящую природу "лица на Марсе" - оно оказалось простой иллюзией, вызванной игрой света и теней в марсианском рельефе.

Снег, обнаруженный марсоходом "Феникс"

В 2007 году Лаборатория реактивного движения, Аризонский университет и НАСА объединили свои усилия по исследованию Марса. Партнерство включало университеты США, Канады, Швейцарии, Дании, Германии, Великобритании и Финляндии. Оно было идеальным сочетанием науки, государственных вложений и промышленности. Его миссией было определение того, способен ли Марс поддерживать микроскопические формы жизни, и исследование истории воды на Марсе. 25 мая 2008 года марсоход "Феникс" начал исследование полярных регионов Марса. Через четыре месяца после своего триумфального приземления на Марсе "Феникс" зафиксировал снегопад из тонких белых облаков. Так ученые выяснили: на Марсе есть полярные облака, а также снег.

Обнаружение на Земле метеоритов марсианского происхождения позволило исследовать химический состав поверхности планеты. В настоящее время Марс по-прежнему находится под наблюдением наземных телескопов и радиотелескопов, позволяющих исследовать поверхность планеты в широком диапазоне электромагнитных волн. Дальнейший прогресс в исследовании Марса связан с продолжением исследования планеты дистанционно управляемыми космическими аппаратами и осуществлением пилотируемого полёта на Марс.

Строение Марса

Ядро Марса до 9% массы планеты. Имеет мощную кору толщиной 100 км.

На Марсе находятся невероятно огромные вулканы. Движение марсианской коры отличается от движения земной: магнитное поле Марса практически исчезло, поэтому она почти перестала двигаться. Именно поэтому крупнейшие вулканы, в том числе высочайший из них, Олимп, находятся на своих местах уже более 4 миллиардов лет. Вулканы Марса больше земных вулканов от 10 до 100 раз! Олимп же также является второй по высоте горе Солнечной системы - он в 2,5 раз выше Эвереста, а занимаемая им площадь равна площади Италии.

Изменения климата

Изменения климата на Земле обусловлены ее вращением: так как мы вращаемся со скоростью 1675 км/ч, то земная ось колеблется, что вызывает движение северного и южного полюсов. Марс - единственная планета в Солнечной системе, кроме Земли (и спутников Сатурна и Нептуна), на которой происходят изменения климата из-за колебаний оси. Благодаря этому возникают и тают ледяные массивы полюсов, исчезают и появляются океаны и глобальное потепление. Наклон у оси Марса - больше, чем у земной, поэтому изменения климата на Марсе происходят более резко; кроме того, два маленьких спутника Марса не могут стабилизировать климат так, как это делает Луна Земли.

Полярное сияние

Солнечный ветер - это поток мегаионизированных частиц из атмосферы Солнца, перемещающийся со скоростью от 300 до 1200 км/ч и встречающийся повсеместно в Солнечной системе. Земля защищена от солнечного ветра благодаря своему магнитному полю, а вот Марс - нет, и треть его атмосферы "стирается" солнечным ветром. Столкновения солнечного ветра с верхними слоями атмосферы Земли вызывают такое явление природы, как полярное сияние; на Марсе оно возникает по этим же причинам - только оно в несколько раз ярче.

Цвет марсианского неба

Небо на Марсе - обратная картина по отношению к тому, что мы видим на Земле. На Земле небо большей частью синее или фиолетовое, а во время закатов в непосредственной близости Солнца становится оранжевым или даже красным. На Марсе же, во время рассветов и закатов, напротив, само небо розовато-красное, а область вокруг Солнца воспринимается человеческим глазом как голубая или синяя. Днем цвет неба напоминает ириски - он желтовато-бурый. Ученые говорят, что такой цвет обусловлен большим количеством пыли в атмосфере.

Масштабные пылевые бури

В 1971 году автоматическая межпланетная станция "Маринер-9" приблизилась к Марсу, чтобы сделать лучшие для своего времени снимки планеты. Вместо этого станция оказалась посреди сильнейшего пылевого шторма. Единственное, что успели запечатлеть камеры на Марсе, - Олимп. Грандиозная пылевая буря бушевала до конца месяца. Так начались знания человечества о штормах на Марсе. Скорость ветра на Марсе во время шторма достигает 17-30 м/с. После шторма 1971 года ученые предсказывают, когда начнется очередная пылевая буря на Марсе, достаточно точно.

Спутники Марса

Модель исследовательского аппарата Фобос

10 интересных фактов о Марсе

1. Период вращения

2. Диаметр Марса

3. Температура на экваторе Марса

4. Наклон оси вращения Марса

5. Внешний вид планеты

6. Атмосфера Марса

7. Почему Марс красный

8. Полушария планеты

9. Марс обладает самой крупной горой в Солнечной системе

10. На Марсе в глубокой древности было достаточно много водных ресурсов.

Пригодность Марса для жизни в прошлом

И все же - есть ли жизнь на Марсе? Существовала ли она в прошлом? У нас нет явных доказательств этого. Зато мы знаем, что теоретически существовать она могла. Предполагается, что 3,8 миллиардов лет назад на Марсе был океан, который покрывал от 19 до 36% северного полушария планеты. Из этой гипотезы следует, что тогда на Марсе было тепло и влажно, и вполне возможно, что там могли возникать какие-то формы жизни. Однако, к сожалению, эта гипотеза почти ничем не подкреплена. Существуют также предположения, что жизнь на Марсе могла исчезнуть вследствие падения метеоритов или попросту уйти в толщу коры Марса в микроскопических формах. Одно мы знаем наверняка: раньше на Марсе точно было больше воды, чем сейчас.

Находки марсохода "Кьюриосити"

"Кьюриосити" - робот на колесах размером с автомобиль, отправленный на Марс в 2011 году. Его миссией было исследование органических соединений, биологических процессов и марсианской атмосферы. Он должен был помочь ученым приблизиться к ответам на важнейшие вопросы о Марсе. Он приземлился на Марсе в 2012 году, и его миссия продолжается. С тех пор "Кьюриосити" совершил множество находок, которые дали ученым важную информацию о пригодности Марса для обитания. Здесь были обнаружены почти все химические элементы, необходимые для жизни, включая серу, азот, водород, кислород, фосфор и, "возможно", углерод.

Также "Кьюриосити" обнаружил доказательства того, что на Марсе были озера или реки, не слишком соленые для того, чтобы там могли существовать разные формы жизни. В 2013 году "Кьюриосити" определила, что на Марсе имеются почвы с нейтральной кислотностью, пригодные для жизни микроорганизмов.

Жидкая соленая вода?

В августе 2011 года, всего за 3 месяца до запуска "Кьюриосити", непальски астроном Лухендра Ойха нашел убедительные доказательства существования на Марсе жидкой соленой воды. В частности, он обнаружил сезонные изменения марсианского рельефа, которые могли быть вызваны водяными потоками. Похоже было, что потоки усиливались марсианским летом и становились скудными зимой. Ученые до сих пор знают о существовании жидкой воды на Марсе крайне мало. В настоящий момент поддерживается гипотеза о сезонных потоках соленой воды, но, даже если это вода, откуда она появляется - мы не знаем.

Будущие перспективы изучения Марса

За всю историю изучения Марса, к ней было отправлено более 40 исследовательских аппаратов. Но успешные миссии можно сосчитать по пальцам — частично успешных и проваленных программ гораздо больше. Вы могли заметить, что во второй половине XX века запуски марсианских аппаратов производились гораздо чаще, чем сегодня. Да, после 2000-х годов таких событий стало меньше, но зато у ученых есть гораздо больше времени для создания выносливых аппаратов. Нынешние марсоходы и орбитальные станции работают не по несколько месяцев, а на протяжении многих лет. И, в большинстве случаев, они без особых проблем переживают песчаные бури и другие капризы Красной планеты.

Покорение Марса: история и будущее космических программ

В 1962 году СССР впервые запустил летательный аппарат к Марсу, а сегодня Илон Маск уже тестирует ракету для полетов с экипажем. Какой путь мы прошли за эти 60 лет и почему все еще не живем на Марсе?

Первые марсианские программы

Первой страной, решившей отправить свои космические аппараты к Марсу, стал Советский Союз.

Программы СССР

С 1960 по 1973 год была проведена колоссальная работа по реализации программы по изучению планеты. Однако первые летательные аппараты «Марс 160А» и «Марс 160Б» даже не были выведены на околоземную орбиту из-за аварий ракет-носителей;

В 1963 году советская автоматическая межпланетная станция (АМС) «Марс-1» подобралась к «красной планете» на расстояние 200 тыс. км, но связь с аппаратом была утеряна;

Следующая АМС «Марс-2», состоявшая из искусственного спутника и спускаемого аппарата, все-таки добралась до Марса в 1971-м. Спускаемый аппарат разбился, зато спутник проработал около восьми месяцев;

Самой удачной попыткой был запуск АМС «Марс-3» в декабре 1971 года. Спускаемый аппарат мягко приземлился на планету и проработал 14,5 секунд. Для советской космонавтики это было большим достижением.

Программы США

Летательный аппарат «Маринер-4» в 1965 году сделал 21 фотографию Марса с расстояния 10 тыс. км;

«Маринер-7» в 1969 году передал на Землю сотни снимков Марса и собрал с помощью дистанционных датчиков данные об атмосфере планеты;

«Маринер-9» смог сфотографировать около 85% поверхности Марса, на которых были видны русла рек, горы, вулканы. Также аппарат смог запечатлеть крупным планом естественные спутники планеты — Фобос и Деймос.

В 1975 году стартовала программа «Викинг». Аппараты смогли в целости и сохранности приземлиться на Марс и проработать более четырех лет. По итогам программы были сделаны цветные фотографии высокого качества с поверхности Марса и собраны данные о почве. Основными элементами, как выяснилось, являются кремний, железо, алюминий и титан. Однако следов жизни обнаружено не было.

Существует несколько биомаркеров, по которым можно определить, есть ли потенциально на планете жизнь или нет. Это кислород, озон, метан, вода и углекислый газ. Если планета похожа на Землю по массе и радиусу и находится в зоне обитаемости, то есть на таком расстоянии от Солнца, что вода может оставаться в жидком виде, а в ее атмосфере присутствуют и взаимодействуют друг с другом пять биомаркеров, то вероятность наличия жизни (в настоящем или в прошлом) очень высока.

Современные миссии

На сегодняшний день на орбите Марса работают несколько орбитальных аппаратов, которые изучают атмосферу и геологическое строение планеты.

Среди них:

Mars Odyssey (США);

Trace Gas Orbiter (Европейское космическое агентство, совместно с Россией);

Mars Orbiter Mission (Индия);

MAVEN-1 (США);

MRO (США);

Mars Express (Европейское космическое агентство).

Летом 2020-го на Марс отправились сразу несколько миссий из разных стран: США, Китая и ОАЭ.

10 февраля 2021 года на орбиту Марса вышел космический аппарат Объединенных Арабских Эмиратов «Аль-Амаль», что в переводе означает «Надежда». Зонд будет изучать атмосферу, изменение погоды в течение дня и года в разных регионах планеты, метеорологию в нижних частях атмосферы, пылевые бури, попытается найти взаимосвязь нынешнего и древнего климата Марса.

Социальная экономика

Звуковые соцсети и арабский спутник Марса: дайджест РБК Трендов № 13

Спустя несколько часов после «Аль-Амаль» 10 февраля орбиты достигла станция еще одной страны — Китая. Спускаемый аппарат межпланетной станции «Тяньвэнь-1» должен совершить посадку на Марс в мае-июне 2021-го. Марсоход будет изучать планету сразу по нескольким направлениям. Благодаря специальному прибору, который может проникать на глубину до 100 метров, вездеход будет изучать геологическое строение и химический состав почвы. Также он будет исследовать климат, электромагнитные и гравитационные поля Марса.

19 февраля на Марс высадился ровер NASA Perseverance. Он будет искать признаки жизни, изучать грунт, исследовать климатические условия и пытаться получить кислород. Вместе с марсоходом на «красную планету» попал беспилотный вертолет Ingenuity. Он протестирует возможность летать подобным ему аппаратам на Марсе, и в случае успеха проведет съемку местности.

На Марсе с 2012 года проводит исследования еще один марсоход — Curiosity. Он уже обнаружил серу, азот, водород, кислород, фосфор и углерод, определил примерный состав почвы в районе залива Йеллоунайф, конца древней речной системы или дна озера. В этом регионе устройство проанализировало состав найденного глинистого материала, и выяснило, что он является результатом реакции пресной воды и магматических материалов. Одним словом, Curiosity доказал, что на Марсе могла быть жизнь.

Первая частная марсианская миссия

В 2016 году на международном космическом форуме в Мексике основатель SpaceX Илон Маск представил систему межпланетного транспорта, на которой люди смогут отправиться на Марс.

Система состоит из возвращаемой ракеты-носителя, самого космического корабля и танкера для дозаправки на орбите Земли. После запуска многоразовой ракеты с космическим кораблем с людьми и грузом на орбиту, ракета возвратится обратно на Землю за топливом, которое затем доставит обратно на корабль. Такая процедура будет проделана несколько раз, пока на корабле не будет достаточно топлива.

По мнению Маска, для колонизации нужен 1 млн добровольцев. Изначально планировалось, что одна ракета в течение нескольких десятков лет доставит на Марс необходимое количество людей. Но в 2020 году планы изменились: теперь Маск планирует построить 1 тыс. ракет. По плану предпринимателя, они и займутся доставкой колонизаторов и груза.

В одной ракете помещается 100 человек и 100 т груза. План по заселению Марса Маск планирует реализовать к 2050 году. Добровольцы, по словам главы SpaceX, должны быть готовы умереть, потому что эта миссия крайне опасна.

Стоимость отправки одного человека составляет $10 млрд. Маск понимает, что это очень дорого, поэтому стоимость билета будет $200 тыс. В феврале 2021-го SpaceX привлекла $850 млн в результате долевого финансирования. Месяцем ранее, став ненадолго самым богатым человеком планеты, бизнесмен сказал, что продает все свое имущество, чтобы иметь больше средств для реализации проекта.

Лететь планируется на ракетах Starship, двигатель для которой был успешно протестирован в июле 2019 года. Следом начались испытания самого аппарата. Все попытки были неудачными. Ракеты взрывались или разбивались. 4 марта 2021 года прошли очередные испытания. Аппарат смог подняться на высоту 10 км и вернуться на посадочную стойку. Через несколько минут он взорвался.

Почему так сложно долететь до Марса?

Несмотря на многочисленные программы по изучению Марса, которые проводятся уже более 60 лет, полет на планету остается опасным, сложным и непредсказуемым. Почему?

Одним из самых критичных этапов является запуск. До сих пор возникают проблемы с выходом за околоземную орбиту. В 2012 году у российской межпланетной станции «Фобос-Грунт» отказал бортовой компьютер, и аппарат сгорел в атмосфере, не выйдя за пределы Земли;

Другая проблема — составление траектории полета. Расстояние между Землей и Марсом — 55 млн км, и современные космические аппараты вполне могут его преодолеть. Однако из-за разной скорости и траектории движения планет на пути реальная дистанция может достигать 450 млн км, а иногда и больше. При этом во время полета курс тоже может корректироваться. Если что-то пойдет не так, аппарат может улететь совсем в другую сторону или вовсе исчезнуть в космосе. Так произошло с японским космическим аппаратом «Нодзоми», отправленным в 1998 году. Ему не хватило мощности, чтобы сразу долететь до Марса, поэтому пришлось сделать несколько гравитационных маневров. По прошествии пяти лет, в 2003 году, «Нодзоми» прошел на высоте 1000 км от Марса, не выйдя на его орбиту;

Если выйти на орбиту удалось, это еще не значит, что посадка пройдет успешно. Из-за большой задержки радиосигналов во времени — около 12 минут — дистанционное управление посадкой будет недоступно. Это значит, что необходим автономный бортовой компьютер, который «приземлит» аппарат самостоятельно. Посадка, как правило, занимает шесть-семь минут: их называют «семь минут ужаса», потому что именно в этот момент крушение ровера может привести к провалу всей миссии.

Посадка марсохода Curiosity в 2012 году

При приземлении марсохода Curiosity использовалась новая технология посадки, так называемый «Небесный кран», который за счет реактивных двигателей мягко опускает аппарат на поверхность планеты.

Технология «Небесный кран»

Что касается высадки людей на Марсе, то тут проблем еще больше. Во-первых, время в пути составляет около девяти месяцев только в одну сторону. Это значит, что космонавтам придется сидеть в замкнутом пространстве без гравитации с прерывающейся связью с Землей. Для этого нужна особая физическая и психологическая подготовка. Во-вторых, пока нет достаточно мощной ракеты, чтобы отправить на Марс хотя бы одного человека. В-третьих, на «красной планете» высокий уровень радиации, который может привести к болезни Паркинсона, онкологическим заболеваниям, кратковременной потери памяти и прочим болезням. Авторы книги «Пилотируемая экспедиция на Марс» приводят следующий список недугов, которые могут возникнуть у космонавтов в процессе полета и по приземлении: космическая болезнь движения, заложенность носовых пазух, запоры, головная боль, раздражение кожи и ее сухость, абсцессы, небольшие ссадины и ушибы, воспаление роговицы или ее ссадины, инфекция верхних дыхательных путей, бессонница, отит.

Футурология

Колонизация Марса: почему до сих пор ничего не вышло

NASA уже разрабатывает специальные костюмы, которые обеспечивают атмосферное давление не воздухом, как раньше, а сдавливанием кожи материалами, плотно прилегающими к телу. Такие скафандры весят вдвое меньше обычных и обладают высокой мобильностью.

В декабре 2020-го на вручении премии Axel Springer Award, которая присуждается выдающимся инноваторам, Илон Маск заявил, что через шесть лет у людей появится возможность высадиться на Марсе.

Кроме Илона Маска о колонизации Марса мечтает и NASA. В 2015 году агентство представило программу путешествия на «красную планету». Ее итогом должна стать высадка первого человека на Марс в 2030-х годах. Однако до этого предстоит проделать много работы: изучить поверхность Марса, разработать специальные костюмы, спроектировать ракеты и станции, в которых будет возможна безопасная посадка и многое другое.