Исследования Марса в космическую эру орбитальными станциями и марсоходами, по-настоящему осветили более глубокие загадки планеты. Много знаний ученые получили о строении планеты, ее поверхности, истории и многих сходствах с Землей. Нигде это не проявилось так явно, как в структуре самой планеты.
Формирование и эволюция планеты
Внутреннее строение планет формировалось из облака пыли и газа вокруг Солнца. Со временем произошло образование Марса и Земли, а также других небесных тел. Микроскопические частички тянулись друг к другу, слипались в комки, росли, уплотнялись, формировали зародыши миров — планетезимали. Их диаметр не превышал тысячи километров. Уплотнение сопровождалось ростом температуры в глубине объекта. Металлы, как самые тяжелые, собирались в центре и плавились. Среди них были радиоактивные, их распад также разогревал недра. Крупицы продолжали притягиваться к новому объекту под влиянием его гравитации. Так возникли тела покрупнее — протопланеты. В них металлы отделились от легких силикатов: получились ядро и мантия, обычные для объектов земного типа.
Ученые считают, что Марс первым завершил этап раннего развития среди соседей по внутренней части Солнечной системы. На это, по разным оценкам, ушли миллионы лет, от нескольких до 60. На растущей протопланете смещались тектонические плиты, через жерла древних вулканов извергалась лава. Потом вещество начало остывать, шла его частичная кристаллизация. Строение планеты уже было заложено, кардинально оно не менялось.
Дальнейшую геологическую историю делят на три эры, названия которых образованы от наименований трех районов — земли Ноя, а также двух плато, Гесперид и Амазонии.
Каждому временному отрезку присущи черты этих регионов.
- Нойский период, с 3,8 до 3,5 млрд. лет назад. 100 млн. лет длилась поздняя тяжелая бомбардировка. Астероиды из главного пояса испещрили кратерами 60% марсианской поверхности. Кроме тел из пояса астероидов на реголите оставляли следы кометы из других систем. Многие отметины исчезли либо выглядят сильно потертыми из-за эрозии, водной и ветровой, которая тогда была очень быстрой. Скопились отложения осадочных пород.
- Гесперийский период, с 3,5 до 1,8 млрд. лет тому назад. Метеоритные атаки были редкими, зато горы дышали огнем. Застывшие лавовые потоки превратились в равнины, изменив ландшафт. Происходили наводнения, так появились каньоны и промоины.
- Эпоху называют промежуточной: в это время мир из влажного и теплого трансформировался в иссушенный, пыльный, холодный. Ослабла эрозия, темп которой все замедлялся.
- Амазонийский период начался за 1,8 миллиардов лет до наших дней, он продолжается сейчас. Вулканическая активность резко стихла, хотя поначалу была интенсивной. Столкновения с блуждающими телами почти сошли на нет. Намерзли полярные шапки. Периодически случаются обширные сухие оползни.
Внутреннее строение Марса
По строению Марс походит на колыбель человечества.
- Ядро, отвердевшее внутри и жидкое снаружи, составляет почти половину радиуса — от 1700 до 1850 км при среднем в 3389 км.
- Мантия делится на нижнюю, среднюю и верхнюю, их точные границы пока не определены. Прослойка твердая, но, вероятно, есть участки, которые так до конца и не кристаллизовались, похожие на нашу астеносферу.
- Кора, по заключению исследователей, оформилась раньше, чем в других мирах, всего спустя 20 миллионов лет после появления Солнечной системы. Усредненная толщина 50 км, максимум — 125. Это структурный компонент с наименьшей плотностью. В результате извержений покрытие состоит преимущественно из базальтовых пород. Разрез вдоль продемонстрировал бы, что наружный покров в северном полушарии намного тоньше. Полагают, это итог от удара глыбы крупнее Плутона.
Несмотря на сходные общие характеристики, особенности строения Марса отличаются от земных. При меньшем вдвое планетарном диаметре кора в 2—2,2 раза толще. Тяготение втрое ниже, масса Марса меньше почти в 10 раз, а поверхность Марса примерно равна по площади земной суши.
Химический состав
Схожая с земной структура планеты не подразумевает, что идентичен и ее послойный состав. Это оттого, что в самом начале существования светила солнечный ветер отнес легкоплавкие атомы подальше от центральных областей. На четвертой орбите от Солнца тепла меньше, нежели на предыдущих, что сказывается на распространенности элементов.
Сердцевина из железа, его сульфида и небольшого количества никеля и кобальта. Причем легких элементов вдвое больше, чем в нашем ядре. Повышенная доля серы означает, что сплав, в основном, закристаллизовался.
В мантии преобладает кремний. Габариты и сила притяжения отличаются от земных в меньшую сторону, поэтому внутреннее магматическое давление ниже, а минералов формируется меньше. Глубочайший пласт содержит смесь окислов магния и двухвалентного железа. Второй — сложные оксиды алюминия и магния, последний также присутствует в форме силикатов. В третий помимо упомянутых соединений входят оксиды калия, натрия, кальция, хрома и фосфора.
Частицы грунта, состоящего из кремнезема и оксидов металлов, которые образуются на поверхности, позволили понять, из чего состоит планета. Найдены перхлораты, органика отсутствует. В коре много кремния, связанного кислорода и металлов. Алюминий и железо лидируют по содержанию. Имеются еще кальций, натрий, калий и магний. Геологи утверждают, что высока вероятность обнаружения металлических руд, содержащих как распространенные, так и редкие элементы. Выбросы диоксида серы и сероводорода привели к формированию залежей сульфатов. В поверхностной пыли и скалах найдены карбонаты, в южных нагорьях — хлориды. Окислы трехвалентного железа окрашивают почву в цвет ржавчины. Была жидкая вода, но теперь остался лед сверху, в приполярных широтах, и в областях вечной мерзлоты, что простираются вглубь на десятки и даже сотни метров.
Ученые сумели выявить особенности соотношения химических компонентов, изучив метеориты, анализируя сведения от наземных и космических телескопов, исследовав пробы, взятые спускаемыми аппаратами.
Магнетизм и геологическая деятельность
Ядро неподвижно, поэтому напряженность магнитного поля чрезвычайно низкая и непостоянная. В отдельных зонах — их немало в южном полушарии — обнаружен остаточный магнетизм. Это говорит о наличии стабильного поля в былые времена, может, в раннюю нойскую эпоху. Намагниченные территории напоминают полосовые аномалии вдоль горных хребтов на дне наших океанов. Предполагают, что очень давно полюса поменялись местами.
Мантия тоже неактивна: вулканизма и подвижек нет, хотя полосы намагниченности свидетельствуют о скольжении литосферных плит в прошлом. Присутствие воды делало блоки подвижнее, а из-за обезвоживания литосфера стала толще и прочнее, препятствуя смещениям.
Разработана теория, которая пытается объяснить перемены климата, снижение температуры в ядре с последующей остановкой движения вещества и смену полярности. Возможно, в этом повинен гигантский астероид в сотни километров в поперечнике. Он приблизился и вначале своим гравитационным воздействием мешал центру остыть и затвердеть. Гравитация провоцировала приливы металлического расплава, за счет этого планетарное динамо работало и создавало поле. Мантия при этом охлаждает восходящие горячие потоки, помогая перемешиванию материи. Подойдя чересчур близко, каменный пришелец разрушился, обломки упали, кинетическая энергия от столкновения вызвала перегрев магмы, а взаимное перемещение слоев разной степени нагрева прекратилось. Железная сердцевина частично отвердела, глубинные процессы замедлились. По другой гипотезе, для остывания не требовалось внешних причин: хватило малых линейных размеров.
Для детального изучения планеты в мае 2018 года отправлен аппарат InSight, способный уловить малейшие колебания магмы и магнитного поля.
Знать устройство соседнего мира нужно для прогресса науки. Это пригодится, если мы отправим людей на Марс. Сравнение Марса и Земли придает нам уверенность и обеспечивает надежный старт для покорения межзвездного пространства: Вселенная становится понятнее, мечты о — реальнее.