§ Общие сведения о Марсе, его характеристики и исследование

Вид материала

Исследование

Содержание Химический состав, физические условия и строение Марса Космические исследования Марса Около 23:00 были сделаны зарисовки и цветовая схема изображения марса. Наблюдение №2. Наблюдение №3 Наблюдение №5.

Подобный материал:

• Планирование перевозок Общие сведения о работе станции Морской транспорт, его особенности, 69.04kb.
• Можно ли жить на Марсе. Цель, 55.96kb.
• Примерная схема изучения и составления психологической характеристики учащегося, 61.16kb.
• Энергетика общие сведения, 117.17kb.
• Качество сырья и продукции химико-технологических процессов и общие сведения о методах, 203.84kb.
• Оливер Сакс Антрополог на Марсе, 3618.15kb.
• Сведения об, 162.04kb.
• Бёрд Киви Марсианские хроники, или Какого цвета Красная планета?, 137.22kb.
• Общие сведения об эмитенте, 515.32kb.
• План экономико-географической характеристики страны. Общие сведения о стране ( тип, 80.58kb.

Бритавский Евгений,

Бритавский Николай


НАБЛЮДЕНИЯ МАРСА
ВО ВРЕМЯ ПРОТИВОСТОЯНИЯ.


Работу выполнили:

Бритавский Евгений Викторович,

ученик 11 класса

Бритавский Николай Едуардович

ученик 10 класса

Ришельевского лицея г. Одессы

Научный руководитель

научный сотрудник

НИИ «Астрономическая обсерватория» ОНУ

кандидат физико-математических наук

Марсакова В.И.

2003 р.

СОДЕРЖАНИЕ


Введение

§ 1. Общие сведения о Марсе, его характеристики и исследование.

§ 2. Подробное описание наблюдений противостояния Марса 2003 г.

Заключение

Список литературы

Введение


Предполагается, что планеты возникли одновременно (или почти одновременно) 4,6 млрд. лет назад из газово-пылевой туманности, имевшей форму диска, в центре которого было расположено молодое Солнце. Эта протопланетная туманность образовалась, по-видимому, вместе с Солнцем из межзвездного вещества, плотность которого превысила критический предел. По некоторым данным (присутствие специфических изотопов в метеоритах), такое уплотнение произошло в результате относительно близкого взрыва сверхновой звезды.

Классификация планет по расположению относительно Солнца: Внутренние планеты - Меркурий, Венера, Земля и Марс. Внешние планеты - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Пояс астероидов между Марсом и Юпитером образует границу между внутренней и внешней Солнечной системой. Представители обеих групп имеют сходные черты друг с другом (за исключением Плутона) – похожий химический состав, физические характеристики. По-этому детальное изучение одной планеты может дать некоторое представление обо всей группе.

Однако более интересны различия между планетами одной группы. Например, Земля и Венера сходны по размерам, массе, рельефу, внутренней геологии, сформированы в одной области Солнечной системы. Но как объяснить их различие? Или почему, к примеру, жизнь проявилась только на Земле, а не, скажем, на Марсе.

На эти и многие другие вопросы ещё предстоит ответить. А помогут нам в этом постоянные наблюдения, наземные и космические исследования. Может показаться, что непрофессионалам здесь делать нечего. Данная работа касается именно этой темы: любительские наблюдения планет и их практическое значение.

Работа проведена по наблюдениям Марса в период противостояния 2003 г. с использованием визуальных методов изучения поверхности планет с помощью телескопа, ведением зарисовок общего вида Марса и созданием схем, показывающих распределение яркости и цветовой характер поверхности планеты.

Главная цель работы – составить карту Марса, опробовать методику наблюдений планет любительскими способами с целью получения общих научных данных и выводов по поводу характеристики видимой поверхности изучаемой планеты, определить степень точности любительских наблюдений, оценить их практическое значение и возможность дальнейшего использования

научных данных и выводов по поводу характеристики видимой поверхности изучаемой планеты, определить степень точности любительских наблюдений,

§ 1. Общие сведения о Марсе.


Ближайший сосед Земли со стороны, противоположной Солнцу, замечателен своим красным цветом, напоминающим огонь. Вероятно, за этот цвет древние римляне дали планете имя бога войны Марса.

Марс удален от Солнца в среднем на 228 млн. км. Весь свой путь вокруг Солнца Марс проходит за 687 дней, или за 1 год и 11 месяцев. Поскольку Марс и Земля движутся в одну и ту же сторону, Земля через каждые 2 года и 50 дней обгоняет Марс на целый оборот; в это время Марс и Земля находятся по одну сторону от Солнца, приблизительно на одной прямой линии. Такое положение Марса по отношению к Земле астрономы называют противостоянием.

Планеты движутся вокруг Солнца не по окружности, а по эллипсу. Поэтому расстояние между путями Марса и Земли не везде одинаково. Если противостояние случается там, где эти пути сходятся всего ближе, то от Земли до Марса бывает всего 55 млн. км. Такое противостояние называется великим: оно повторяется каждые 15 - 17 лет. Во время противостояния Марс сияет на небе всю ночь в виде очень яркой звезды огненного цвета. Тогда он наиболее удобен для наблюдений, так как виден всю ночь и поднимается высоко над горизонтом.

По удаленности от Земли Марс занимает третье место после Луны и Венеры.

Оттого, что Марс бывает от Земли сравнительно недалеко, его хорошо можно рассмотреть в телескоп. Правда, диаметр Марса невелик, почти вдвое меньше диаметра Земли, но в телескоп он выглядит довольно крупным диском, Большая часть поверхности Марса покрыта пятнами желтого или красноватого цвета. Такие пятна на Марсе называют материками. На фоне материков легко заметить узор из каких-то темных пятен, которые когда-то назвали морями. Правда, потом выяснилось, что на самом деле это совсем не моря: воды в них нет. Но названия «моря» и «заливы» на картах Марса остались, только их теперь понимают так же условно, как и «моря» на Луне.

Если следить за Марсом всю ночь, то будет видно, как темные пятна «морей» на одной стороне появляются из-за края, а на другой скрываются за краем. Это значит, что Марс вращается «округ своей оси, совсем как наш земной шар. Значит, там, как и у нас, бывает смена дня и ночи. Даже продолжительность суток на Марсе почти такая же, как и на Земле, - 24 часа 37 минут.

Наклон оси Марса такой же, как и у земной оси. Из-за наклона земной оси у нас бывает смена времен года. Значит, на Марсе тоже бывает весна, лето, осень, зима. На Марсе, как и на Земле, два полюса: северный и южный.

Если смотреть в телескоп на тот полюс Марса, на котором зима, то будет видно, что вся местность там занята каким-то ярко-белым покровом. Белая шапка покрывает зимнюю часть Марса, и эту полярную шапку легко заметить даже в небольшой телескоп.

Марс от Солнца дальше, и потому солнечные лучи там светят и греют в 2.5 раза слабее, чем на Земле. Поэтому даже на экваторе, в самой жаркой зоне Марса, в полдень почва нагревается только до 10 - 20° тепла, а по ночам там всегда бывают очень сильные морозы. Зимой на Марсе температура доходит до 60 - 70 ниже нуля. Но там, где Солнце летом совсем не заходит и царит непрерывный летний день, подолгу бывает тепло, температура колеблется от 0 до 10° тепла.

То, что на Марсе появляется и пропадает снег, очень важно. Из этого следует, что на нем есть вода и есть атмосфера. В ней водяные пары переносятся в разные стороны и осаждаются в виде снега. Воды на Марсе очень немного. И атмосфера на Марсе совсем не такая, как у нас. Воздух там очень разреженный, примерно такой, как в нашей атмосфере на высоте 15-20 км над земной поверхностью.

На Земле почти повсюду есть жизнь. С тех пор как Коперник доказал, что планеты - это далекие «земли», ученых не переставал волновать вопрос: есть ли там какая-нибудь жизнь? Ведь законы природы везде одни и те же. Поэтому раз на Земле возникли живые существа, то и на других планетах они тоже могли возникнуть, если только там имеются для этого подходящие условия.

Условия же эти следующие: нужна атмосфера, содержащая кислород, необходима вода, нужна подходящая температура, т. е. должно быть не слишком жарко и не слишком холодно.

На Луне жить нельзя, потому что там нет ни воздуха, ни воды. По той же причине не может быть жизни и на Меркурии. Другое дело - Марс. Мы видим многое из того, что на нем делается, и нам известно, что на нем есть и вода, и воздух и временами бывает достаточно тепло. Правда, ни люди, ни наши звери не могли бы там жить: они задохнулись бы в разреженной атмосфере. Но это совсем не значит, что на Марсе нет жизни. Ведь живые существа всегда приспособляются к существующим условиям.

Вид и цвет тех темных пространств на Марсе, которые когда-то по ошибке называли «морями», значительно меняется по временам года. Весной они темнеют и из серо-коричневых становятся зеленоватыми или голубыми. Осенью они опять выцветают: светлеют, сереют. В этих изменениях окраски некоторые ученые видят появление и исчезновение растительности. Например, старейший российский исследователь Марса Г. А. Тихов говорил: «Прежде всего, это должна быть растительность низкорослая, жмущаяся к почве. В основном это должны быть травы и стелющиеся кустарники зеленого или голубого цвета».

На Марсе видны какие-то узкие длинные полосы, они очень ровные и правильные. Поэтому прежде некоторые ученые высказывали предположение, что это какие-то искусственные сооружения, нечто вроде тех грандиозных оросительных каналов, которые построены у нас на Земле; или же это широкие полосы растительности, которые тянутся по берегам невидимого нам узкого канала.

Однако в настоящее время ученые считают, что никаких разумных существ на Марсе нет, а каналы, если они существуют, вовсе не являются искусственными сооружениями.

Существует мнение, что никаких каналов на Марсе вообще нет, а есть лишь цепочки из темных пятен, которые при наблюдении сливаются и производят впечатление прямолинейных каналов. Пока природа Марса и вопрос о возможности жизни на нем изучены недостаточно.

Мы знаем, что у Земли есть спутник - Луна. У Меркурия и Венеры спутников нет. Зато у Марса есть целых две «луны» - два крошечных спутника. Их назвали Фобос и Деймос, что по-гречески значит «Страх» и «Ужас». Один из них имеет поперечник 15 км, другой - всего 8 км. Расстояние от Фобоса до Марса составляет всего только 9500 км, а расстояние от Деймоса - 23 500 км. Время оборота Фобоса вокруг Марса составляет 7 часов 39 минут. Этот спутник наперекор всем другим светилам восходит на западе и движется по небосводу к востоку, подобно искусственным спутникам Земли.

Химический состав, физические условия и строение Марса

Атмосфера на Марсе разрежена, так как Марс не способен долго удерживать возле себя молекулы газов. В отдаленном будущем, атмосфера, видимо, совсем растворится в пространстве. А в настоящий момент ее давление у поверхности в лучшем случае составляет лишь один процент от нормального земного атмосферного давления. Однако втрое меньшая сила тяжести на поверхности Марса позволяет даже такому разреженному воздуху поднимать миллионы тонн пыли. Пылевые бури на красной планете - не редкость. Астрономы, стремящиеся что-либо с Земли разглядеть на Марсе, борются  уже с двумя атмосферами. Пылевые бури в марсианской атмосфере иногда могут бушевать месяцами. Состоит же эта марсианская воздушная накидка, в основном, из  углекислого газа, с незначительными примесями водяных паров и кислорода.

На Марсе, из-за низкого давления, не может быть жидкой  воды. Она там присутствует либо в газообразном состоянии, либо в виде льда. Замерзающие углекислый газ и водяной пар образуют полярные шапки, размер которых с движением Марса по орбите меняется. На Марсе происходит смена времен года, по тем же причинам, что и на Земле. Зимой в Северном полушарии полярная шапка растет, а в Южном почти исчезает: там лето. Через полгода полушария меняются местами. Однако, южная шапка зимой разрастается до половины расстояния полюс-экватор, а северная - только до трети. Почему же так неравноправно распределены роли? Так как орбита Марса весьма вытянута, то один и тот же сезон в разных полушариях Марса протекает по-разному. В южном полушарии планеты зима более холодная, а лето - более теплое. Летом Южного полушария Марс проходит ближайший к Солнцу участок своей  орбиты, а зимой - самый удаленный.  Из неравенства полярных шапок в зимнее время года ученые сделали вывод о том, что зимой Южного полушария в полярной шапке связано больше углекислого газа, и давление в атмосфере Марса падает. Весной южная шапка тает, начинает расти северная, но оставляет атмосфере больше углекислого газа, и ее давление растет. С движением Марса по орбите давление его атмосферы сильно меняется. 

Небо на Марсе желтое или красноватое, из-за взвешенной в атмосфере пыли, рассеивающей свет. Это видно и на снимках, переданных спускаемыми аппаратами.

Температура на поверхности планеты может колебаться от +25°С до -125°С. Атмосфера Марса является плохим защитником от холодного космоса. Поверхность Марса имеет красноватый  цвет  из-за значительного количества примесей окислов железа. В целом, южное полушарие планеты в большей степени покрыто кратерами. Неведомая катастрофа, возможно, стерла почти все следы древних кратеров к северу от экватора.

На Марсе раньше текли реки, от которых остались лишь сухие русла. Кроме этих ископаемых рек, на поверхности Марса есть высокие вулканы,  один  из  которых - Олимп - высочайшая гора в Солнечной системе, его высота - 28  км. Планета изобилует именно щитовыми вулканами, образованными застывшими потоками лавы. Такие вулканы имеют очень пологие склоны и основания большой площади. В прошлом, Марс проявлял завидную вулканическую активность. 

На  Марсе также засняты песчаные дюны, гигантские каньоны и  разломы, метеоритные кратеры. Кроме воздействия ударов метеоритов, поверхность Красной планеты подвержена влиянию атмосферы и, пусть мало активной, гидросферы. На Марсе имеет место выветривание, пусть и не столь ощутимое, как на Земле. На Марсе присутствуют осадочные породы. Выветривание в прошлые времена, видимо, было заметнее, подкреплялось действием некогда существовавшей жидкой воды, более высокими температурами и атмосферным давлением. Некоторые разломы поверхности планеты - следствие тектонической активности Марса в далеком прошлом.

Космические исследования Марса


Началось освоение Красной планеты, когда первый советский аппарат «Марс-1» полетел в 1962 году, раньше американского «Маринера-4», однако связь с ним была утеряна. В даль­нейшем советские космические аппараты летали к Марсу в 1971-1974 го­дах (Марс-2, -4, -5, -6).

Однако первым зондом, достигшим Марса, стал американский «Маринер-4». В июле 1965 года он облетел планету на высоте 10 тыс. км . «Маринер-6» с высо­ты 3429 км. получил 75 фотографий южной полярной шапки. Американ­ский зонд «Маринер-9» обнаружил самую большую горную вершину в Солнечной системе гору Олимп, высотой в 27 км. В августе и сентябре 1976 года на две площадки поверхности планеты, разделенные расстоя­нием в 6 тыс.км, совершили посадку аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2».

Оба модуля были оборудованы телескопической подвижной «рукой» для захвата образцов грунта. В дальнейшем биохимические лаборатории на борту модулей проанализировали биохимический состав грунта, не обна­ружив никаких признаков жизни в пределах запланированных тестов. Оба зонда проработали на поверхности Марса более двух марсианских лет, по­лучив уникальную информацию о климатических условиях планеты. «Ви­кинг-2» закончил свою работу в 1980 году, а «Викинг-1» в 1982 году.

После большого перерыва, 4 июля 1997 года на поверхности Марса стал работать космический зонд «Марс Патфиндер», который с помо­щью небольшого подвижного робота «Соджорнер» провел 15 деталь­ных химических анализов проб марсианской почвы и горных пород и в течение 2.5 месяцев передал 16 тысяч изображений поверхности Марса. С сентября 1997 года на орбите Марса работает космический аппарат «Марс Глобал Сервейрор», передающий на Землю снимки поверхности «красной планеты».

24 октября 2001 года к Марсу прибыл космический аппарат «Марс Одиссей». Он оборудован приборами, способными определить состав по­род поверхности , пыли и газов в атмосфере. Первые совместные наблюде­ния «Марс Одиссей» и «Марс Глобал Сервейрор» показали наличие на Марсе обширных областей с большим количеством водяного льда под поверхностным слоем планеты.

В период очередного великого противостояния Марса в 2003 году вблизи Марса будет работать целая флотилия космических зондов

Европейское космическое агентство запустит космический аппарат «Марс-Экспресс». Американское космическое агентство ПАСА готовит к полету на Марс миссию «Магs Ехрloration rovег mission», задачей которой является по­садка на Марс двух роботов-исследователей. Запуск запланирован в ин­тервале 30 мая ~ 12 июля 2003 года, а прибытие к Марсу в январе 2004 года. Основная задача экспедиции поиск запасов воды или наличие ее прошлых следов на поверхности Марса. В ходе 90 дневных эксперимен­тов роботы будут перемещаться по поверхности «красной планеты», передавая стереоскопические изображения, проводить фотографирова­ние, изучать минералогию и магнитные свойства поверхности. Переме­щаясь с места на место, «роверы» используют робототехничекие руки, в которых будут размещаться миниатюрные видеокамеры. Они будут сво­еобразными геологами, детально изучающими всю информацию об ок­ружающей местности.

Ну и конечно Великое противостояние Марса не обошлось без всеобщего интереса. Тысячи астрономов наблюдали за этим редким событием.

В настоящее время разрабатываются проекты полета к Марсу экспе­диций с участием человека. Такие экспедиции могут быть осуществлены в 2017-2020 годах. Предполагается, что серия подготовительных полетов будет связана с работой астронавтов на орбите и управлением ими мно­гочисленных роботов, работающих на поверхности. Все исследования Красной планеты направлены на успешное проведение этой миссии.

§ 2. Наблюдения Марса





Техника

зарисовок
Наблюдение №1.

2003. (J.D. 2452875)
      

Солнце: T(восход)-06:05; Т(заход)-19:54;

Луна: T(восход)-0:52; Т(заход)-17:41;


Место наблюдений: с. Кошары Одесская область.

Состояние атмосферы: хорошее, легкий туман (виден при свете фонаря), предельная звездная величина +6m.

Оборудование:

подзорная труба ТУРИСТ-3 ( 50 мм.,20 крат)

телескоп «АЛЬКОР» (увеличение 133 крат)

Время: местное (поправка 5 минут).


22:00­ начало визуальных и телескопических наблюдений Марса (Т(восход)-19:37).

Марс в созвездии Водолея, западней звезд и водолея, очень яркий, светло-розового цвета.

Наблюдения в телескоп «АЛЬКОР» проводились с 22:40 до 23:30 и показали некоторые общие детали поверхности планеты. Наиболее заметной деталью была Южная полярная шапка, четко видимая на краю диска планеты.

Второй особенностью поверхности стало разделение её на светлые и темные(материки и моря) области. Темные области занимали около 20% поверхности и представляли собой две широкие дуги, касающиеся друг друга в центре диска планеты. Четыре светлые области, разделенные темными различались по яркости, что свидетельствует о том, что эти области различаются по рельефу и геологическому строению.


Техника измерения углового диаметра диска Марса: Марс отводился к краю поля зрения окуляра, затем измерялось время между первым и последним касанием диска планеты края окуляра Т. Т=; d=(15*T) [угловые секунды].Это время составило 2 секунды тогда d=30секунд (поправка 5 секунд.)(ошибка в 20%)

Около 23:00 были сделаны зарисовки и цветовая схема изображения марса.

Наблюдения 24.08.2003. практически не отличались от наблюдений 23.08.2003. Это связано с тем, что периоды обращений Земли и Марса вокруг своей оси очень близки. Решено проводить наблюдения раз в три дня.

Наблюдение №2.

2003. (J.D.:2452878)

Солнце восход 06:09; заход 19:48;

Луна восход 04:01; заход 19:42;


Место наблюдений: г. Одесса.

Состояние атмосферы: среднее, дымка, подсветка в восточной части неба, предельная звёздная величина +4,5m.

Наблюдения проводились с 22:20 до 23:00 (чем раньше, тем больше будет отличий от наблюдения №1)

За три дня Марс заметно повернулся отпосительно Земли, показав новую часть своей поверхности. На этот раз темная широкая область ноходиласьна приэкваториалбной паралели Марса и разделяло его на две части-северную(более светлую) и южную(более тюмную).

Можно отждествить нижнее развлетвление при наблюдении №1 с развилкой наблюдаемой на планете при даном наблюдении.


28.08.2003-день великого противостояния Марса. Наблюдение в этот день не показали новой поверхности диска Марса,была лишь замечена койма вокруг полярной шапки, которая была немного темнее окружающей поверхности. Возможно, это оптический обман. Кроме того были сделаны две фотографии Марса.

Наблюдение №3

2003. (J.D.:2452884)
      

Солнце восход 06:16; заход 19:37;

Луна восход 11:49; заход 21:58;

Состояние атмосферы: хорошее, воздух чистый, предельная звёздная величина +5,5m.

Однако наблюдению мешают сильные конвекционные потоки.

Наблюдения проводились с 22:20 до 22:50. Особенностью этого вечера была очень чистая атмосфера, поэтому Марс был очень яркий и блеск его диска при наблюдениях в телескоп затмевал все детали поверхности. Поэтому в наблюдениях были применены светофильтры. Так слабо выраженная полярная шапка хорошо просматривалась в оранжевый светофильтр; а темные области лучше просматривались в плотный красный светофильтр. Наблюдениям мешали сильные конвекционные потоки (изображение дрожит).


4.09.2003.

Время наблюдений: 21:30 – 22:00.

Состояние атмосферы: средние, дымка, Луна(1 четверть).

Общий вид и детали поверхности Марса не изменились. Полярная шапка практически не просматривается. Поверхность стала тусклее, чем 1.09.2003.(Скорее всего это связано с состоянием атмосферы).


(В период времени с 4.09 по 12.09 наблюдения Марса не проводились)


Наблюдение №4.

Солнце восход 06:30; заход 19:16;

Луна восход 20:15; заход 08:00;

Состояние атмосферы: Плохое, прерывистые перисто-слоистые облака, Луна (2 четверть)


Наблюдения проводились с22:45 до 23:00, пока Марс не был окончательно закрыт облаками. Марс в дымке, не яркий, цвета поверхности тусклые, однако некоторые детали видны: полярная шапка бежевая, южная часть планеты темнее северной, видна темная полоса проходящая на разном удалении от полюса. Большую четкость даёт оранжевый светофильтр.


Наблюдение №5.

2003. (J.D.:2452901);
      

Солнце восход 06:38; заход 19:04;

Луна восход 22:43; заход 14:33;


Состояние атмосферы: удовлетворительное (сильные конвекционные потоки).

Марс наблюдался после 23:00. цвета поверхности очень бледные, Марс бежево-оранжевый; полярная шапка почти белая. Видны некоторые цветовые неоднородности в темных областях поверхности. Эти области просматриваются только в светофильтре.

По наблюдениям построена следующая карта Марса:





Т(земли)=23ч 56мин = 1436мин. 1мин.=0,2507

Т(марса)=24ч 37мин.= 1477мин. 1мин.=0,24374

Т(марса) - Т(земли)=41мин. ~ 9,993 градусов. 1сутки ~ 10 градусов.


Наблюдаемая поверхность: 259,8 градусов + поправка из-за смещения планет за время наблюдений (≈12°).




Слева-направо: Фотография и зарисовка авторов и фотография телескопа им. Хаббла планеты Марс в противостоянии (23.08.03).


Таким образом, из проведенной работы можно сделать некоторые основные выводы:


1. Даже любительские наблюдения планет в небольшие телескопы могут предоставить информацию и научные данные об изучаемой планете;


2. Наиболее благоприятным временем для изучения Марса любительскими методами является период противостояния (около двух месяцев);


3. Любительским наблюдениям доступны видимая поверхность планеты (или её атмосфера), яркие спутники;


4. Полученные результаты (зарисовки, цветовые схемы, фотографии) можно обработать и систематизировать в домашних условиях;


5. Разработана схема рациональности наблюдений (оптимальное время проведения наблюдений), техника составления цветовых схем и схем яркости поверхности, измерения углового диаметра диска планеты;


6. Точность любительских наблюдений недостаточна для детального изучения планеты, однако, с их помощью можно отождествлять крупные области поверхности (моря, материки); составлять общие карты поверхности, наблюдать вращение планеты, и, возможно, какие-либо глобальные общепланетарные явления (пылевые бури, таяние полярных шапок, изменение облачного покрова);