Гравитация на марсе и на земле: Проблемы марсианских долгостроев |

Содержание

На Марсе когда-то были ледники, но гравитация сделала их страннее всего, что нам известно

Палеонтологам удалось смоделировать и изучить движение ледниковых масс на Красной планете и влияние на них гравитации.

Пустые миры: что можно увидеть во время прогулки по Луне, Марсу и Венере

Впрочем, у ученых еще теплится надежда найти жизнь на Марсе и Венере и обосноваться на Луне.

Фото: Bruce Rolff / Shutterstock / Fotodom.ru

Земные пустыни кажутся невообразимо огромными. Одна только Сахара занимает почти треть Африки, а в Каракумах легко уместилась бы Великобритания. Но совсем рядом с нашей планетой есть небесные тела, представляющие собой практически одну сплошную пустыню. Прогуляемся мысленно по Луне, Марсу и Венере.

Лики Дианы

Луна — ближайшее к Земле и потому самое изученное небесное тело. Ее исследованием занимались десятки автоматических зондов и девять пилотируемых экспедиций, в том числе шесть — с высадкой астронавтов.

С орбиты были составлены подробные карты нашего спутника. Американские астронавты, советские межпланетные станции и один китайский космический зонд доставили на Землю более двух тысяч образцов лунного грунта общей массой почти 400 кг.

Суперлуние происходит, когда полная Луна находится в ближайшей к Земле точке орбиты

Фото: NASA / Bill Ingalls

На Луне есть горные цепи, но большая часть ее поверхности — бескрайняя пустынная равнина. Здесь есть возвышенности и обширные низины. При взгляде с Земли низменности выглядят темными, поэтому астрономы XVII века сочли их морями. Это название и закрепилось, хотя никакой воды там, конечно, нет. Происхождение этих впадин неясно. Возможно, это следы ударов крупных астероидов.

Откуда бы ни взялись лунные моря, более 3 млрд лет назад они были затоплены базальтовой лавой. Она-то и придает им их темный цвет. На Луне более 20 морей, и большая часть из них расположена на обращенной к Земле стороне нашего спутника. Дело в том, что тяготение нашей планеты вызывало в толще молодой Луны мощные приливы и отливы. Из-за этого лунная кора в видимом с Земли полушарии вдвое тоньше, чем с обратной стороны, и магме было проще ее прорвать.

Метеоритное происхождение лунных морей под вопросом, но некоторые крупные впадины однозначно образовались при ударах астероидов. Это так называемые ударные бассейны, которых известно более сорока.

Крупнейший из них — бассейн Южный Полюс-Эйткен. Его диаметр превышает две трети лунного, а глубина достигает 12 км. Если бы тело, оставившее такую вмятину, было еще немного крупнее, оно могло бы просто разрушить наш спутник!

Фотография миссии «Аполлон-11»: обратная сторона Луны неподалеку от кратера Дедал

Фото: FRED DEATON / NASA

Представим себе, что мы оказались на поверхности Луны. Оглядимся. Если сейчас день, лунная равнина залита солнечным светом. А если ночь? Тогда все зависит от фазы Земли (если, конечно, мы на обращенной к ней стороне спутника). Когда на нашей планете новолуние, на Луне «полноземние».

Но полная Земля дает в 40 с лишним раз больше света, чем полная Луна. Еще бы: наша планета намного больше, да и свет она отражает лучше. Впрочем, даже в полдень на Луне видно не так уж далеко. Местный горизонт примерно в двух километрах, в два с лишним раза ближе, чем на Земле. Поэтому даже на плоской как стол равнине легко потерять друг друга из виду.

Если нам повезет, мы увидим кратер. Это самая распространенная деталь местного рельефа. Почти все эти кратеры образовались при ударах астероидов и комет, хотя изредка встречаются и вулканические. Крупнейшие кратеры имеют диаметр в сотни километров и глубину в несколько километров, но это редкость. Большинство таких великанов образовалось 1–3 млрд лет назад, когда в околоземном пространстве еще роился «строительный мусор», оставшийся от образования Солнечной системы.

Мелкие кратеры куда более многочисленны. По последним подсчетам, на Луне более 1,3 млн кратеров диаметром от одного километра. Более миниатюрные отметины просто не поддаются подсчету. В образцах лунного грунта обнаружены даже микроскопические кратеры от удара межпланетных пылинок.

Космические гости достигают поверхности Луны невредимыми, поскольку у нее почти нет атмосферы. «Почти», потому что некоторое количество газа в межпланетном пространстве, конечно же, есть. И такое крупное тело, как Луна, этот газ притягивает и концентрирует. И все же в кубическом километре окололунного пространства не больше атомов, чем в литре земного воздуха. С практической точки зрения это, разумеется, просто вакуум.

Отсутствие атмосферы — главная причина огромных перепадов температуры на лунной поверхности. Масла в огонь подливают невероятно долгие дни и ночи. От восхода до восхода там проходит более 29 земных суток. В итоге за день поверхность Луны на экваторе успевает прогреться до +130 °С, а за ночь остыть до –170 °С.

В первой половине XX века некоторые астрономы считали, что метеориты должны превратить лунную поверхность в глубокое море мелкой пыли. Конструкторы первых лунных зондов опасались, что аппараты утонут в ней, как в зыбучих песках.

Наш спутник действительно покрыт слоем пыли, но довольно тонким: считанные миллиметры и сантиметры. Утонуть в ней нельзя, но астронавтам она доставила немало проблем. Лунная пыль очень мелкая и липкая. Ее прилипчивость объясняется, во-первых, неправильной формой пылинок, а во-вторых, статическим электричеством (пыль электризуется потоком космических лучей). Астронавтам было очень трудно полностью очистить приборы и скафандры, так что пыль попадала внутрь спускаемых модулей.

Вездеход возле лунного валуна сфотографировал командир миссии «Аполлон-17» Юджин Сернан

Фото: NASA / Johnson

У Харрисона Шмитта, побывавшего на Луне в 1972 году, даже развилась аллергическая реакция. Он страдал и жаловался, что зловредная пыль пахнет жженым порохом. В преддверии возвращения астронавтов на Луну, намеченного на середину 2020-х, инженеры разрабатывают специальные приспособления для защиты от вездесущей пыли.

Удивительно, но в вечно затененных полярных кратерах Селены есть водяной лед. По крайней мере, на это указывают наблюдения с орбиты. Правда, сияющих ледников ждать не стоит: лед составляет в лучшем случае 1–2% местного грунта. Но и такие запасы воды будут огромным подспорьем, если NASA сдержит свои громкие обещания и построит на Луне обитаемую базу.

Царство красной пыли

В списке лучше всего изученных небесных тел Марс занимает второе место после Луны. Да, на него не ступала нога человека, и марсианский грунт никогда не доставлялся на Землю. Но на поверхности Красной планеты работало больше десятка аппаратов, многие — по несколько лет. Марс детально изучен и с орбиты.

Лабиринт Ночи — крупнейший на Марсе комплекс пересекающихся каньонов. Он простирается на 1200 километров

Фото: ESA / DLR / FU Berlin (CC BY-SA 3.0)

Рельеф Красной планеты разнообразен и знаменит рекордами. Именно здесь находятся самые высокие на планетах Солнечной системы горы (более 20 км). Оговорка «на планетах» важна, так как где-нибудь на астероидах или спутниках могут прятаться и более высокие вершины. Здесь же находится впечатляющая долина Маринера — каньон длиной 4500 км и глубиной до 5–7 км. Западная оконечность каньона переходит в Лабиринт Ночи — целую паутину глубоких провалов.

Обширные равнины Марса вполне официально называются пустынями. Они не одинаковы по геологическому строению. Значительная часть северного полушария — низины, занятые древними лавовыми полями и напоминающие лунные моря.

Южное полушарие в основном представляет собой возвышенности, изрытые метеоритными кратерами. Марс покрыт кратерами даже гуще, чем Луна: сказывается близость пояса астероидов. Полюса планеты венчают полярные шапки, в которых водяной лед перемешан с углекислым.

Углекислый газ составляет 95% марсианской атмосферы. Да и атмосфера эта очень тонкая: давление у поверхности в 160 раз меньше, чем на Земле. Хотя в глубочайших впадинах случаются туманы, Марс — очень сухая планета. Даже в самых засушливых регионах Земли водяного пара в сотни раз больше, чем в атмосфере Красной планеты.

Камеры американского автоматического зонда Mars Pathfinder сняли панораму планеты и марсоход Sojourner

Фото: NASA / JPL

Многие ученые полагают, что так было не всегда. Миллиарды лет назад атмосферное давление на Марсе было не меньше, а то и больше, чем на Земле. Тогда на месте Великой Северной равнины шумел океан, а в многочисленных кратерах плескались озера.

Однако со временем Марс утратил большую часть атмосферы. В этом виновата низкая гравитация (38% земной) и отсутствие магнитного поля, защищающего газовую оболочку от солнечного ветра. А может быть, свою роль сыграла и вода, растворявшая углекислый газ и осаждавшая его в карбонатах.

На Красной планете действительно много геологических структур, напоминающих древние береговые линии, русла рек и озерные отложения. Например, протянувшаяся на 400 км долина Нергал чрезвычайно похожа на речную. Однако не исключено, что она образовалась без участия воды. «Влажное» прошлое Марса с морями — это популярная гипотеза, а не установленный факт.

В глубине полярных шапок и сегодня могут существовать озера жидкой воды, по крайней мере, теоретически. В 2018 году радар орбитального аппарата «Марс Экспресс» обнаружил нечто похожее на такое подледное озеро. Три года спустя исследователи нашли еще десятки подобных объектов. Но нет никакой уверенности, что это действительно водоемы, а не, скажем, отложения осадочных пород.

Кратер с ледяным диском находится на Великой Северной равнине на Марсе. Кратер имеет ширину 35 км и глубину около 2 км. Изображение получено стереокамерой высокого разрешения с орбитального зонда ESA Mars Express

Фото: G. NEUKUM / ESA / DLR / FU BERLIN

На поверхности Марса вода присутствует только в виде льда и пара. Сколько-нибудь долгому существованию жидкости мешает не только низкое давление, но и холод. Летним полднем в тропических широтах поверхность может прогреться до минус 5 °С, крайне редко — до нуля. Среднегодовая же температура тропического «воздуха» ниже –40 °С. Что поделать: Марс дальше от Солнца, чем Земля.

Прогуляемся мысленно по холодной и сухой марсианской пустыне. Знаменитая особенность планеты — красноватый цвет. Этот оттенок грунту придают оксиды железа. Из-за огромного количества пыли в местном «воздухе» даже небо здесь желтовато-коричневатого цвета, а солнце выглядит голубым.

Правда, чтобы это выяснить, пришлось проводить исследование по атмосферной оптике. На Марс доставлено огромное количество фотокамер, но их задача — делать информативные снимки для ученых, а не пейзажи в естественных цветах для любопытствующих. Ночью здесь темно, а сутки длиннее земных всего на 40 минут.

Небольшая (0,4 км) гора с плоской вершиной — одна из нескольких, окруженных песчаными дюнами в Лабиринте Ночи

Фото: NASA / JPL-Caltech / UArizona

Марс — ветреная планета. Типичная скорость ветра 15–30 км/ч, а во время пыльной бури бывает и за 100 км/ч. Но эти свирепые штормы еще не сдвинули с места ни один марсоход. Из-за низкой плотности атмосферы напор ветра ничтожен. Правда, пыль запросто может затмить солнце и оставить ровер без энергии. По-видимому, именно масштабная буря 2018 года оборвала одиссею марсохода «Оппортьюнити», проработавшего на Марсе рекордные 14 с лишним лет.

Марс в целом куда более гостеприимен, чем Луна. Температуры там вполне сравнимы с антарктическими и дают надежду на существование жизни, хотя бы в виде микробов. Пока никаких следов марсианских организмов не нашли, но их не очень-то и искали. Первым марсоходом, специально предназначенным для поиска жизни, стал «Персеверанс», достигший Красной планеты в 2021 году. Может быть, он все-таки ответит на сакраментальный вопрос, волновавший товарища Огурцова.

Горячая женщина

Венера ближе к Солнцу, чем Земля, но, как ни странно, получает в 1,5 раза меньше тепла. Все дело в сплошных светлых облаках, состоящих, между прочим, из концентрированной серной кислоты. Они отражают львиную долю солнечных лучей обратно в космос. Но если вы подумали, что на Венере холодно, нельзя было ошибиться сильнее. Поверхность планеты раскалена до 460 °С.

Ударные кратеры и следы вулканической активности на «Кратерной ферме» Венеры сняты аппаратом «Магеллан»

Фото: NASA / JPL

Что превращает Венеру в духовку? Ее атмосфера, на 97% состоящая из углекислого газа. В отличие от тонкой газовой оболочки Марса, она очень плотна. Плотность «воздуха» у поверхности всего в 14 раз меньше плотности воды в земных океанах, а давление превосходит земное атмосферное в 93 раза.

Одеяло углекислого газа создает на Венере парниковый эффект, о котором столько говорят в связи с глобальным потеплением. Углекислый газ прозрачен для просочившихся сквозь облака солнечных лучей, но не выпускает наружу инфракрасное излучение нагретой поверхности.

Единственной страной, чьи межпланетные станции успешно работали в этом аду, был СССР. Первые измерения провел зонд «Венера-4». Он, как и две последующие «Венеры», был просто раздавлен по пути к поверхности. Конструкторы сделали поправку на давление, и «Венеры» с седьмой по четырнадцатую совершили мягкую посадку. Они работали продуктивно, но недолго: местная жара добивает самую стойкую электронику.

Дольше всех (целых 127 минут) продержалась «Венера-13». Правда, аэростаты миссий «Вега-1» и «Вега-2» проработали около двух земных суток. Но они витали в облаках, где гораздо прохладнее. После 1985 года на планету не садилось вообще ничего. Исследователям Венеры остается довольствоваться орбитальными зондами и с завистью смотреть на марсоходы, годами ползающие по Марсу. Бог войны оказался куда гостеприимнее богини любви и красоты!

Межпланетная станция «Вега», предназначенная для изучения Венеры и кометы Галлея (макет в США)

Фото: DAVIDE GRASSO

Понятно, что при такой температуре на Венере не может быть жидкой воды и тем более льда. Но и водяного пара там почти нет. Осадив его из атмосферы на поверхность, мы получили бы слой воды толщиной в несколько сантиметров. Сравните это со средней глубиной Мирового океана (почти 4 км). Ученые спорят, была ли планета изначально безводной или растеряла влагу со временем.

На этом странности не заканчиваются. Венера вращается вокруг своей оси не с запада на восток, как Земля или Марс, а с востока на запад. Почему так получилось, неясно. Возможно, это последствия древнего столкновения с другой планетой. Притом это вращение невероятно медленное: один оборот за 243 земных суток. Венера — единственная в Солнечной системе планета, где сутки длиннее года (местный год длится 225 земных дней).

Атмосфера вращается гораздо быстрее поверхности, делая полный оборот за четыре земных дня. Это еще одна загадка планеты. Результат этого вращения — высотные ветры, несущиеся со скоростью 65–70 м/с. Поверхность Венеры — пустыня в классическом смысле слова: жаркая, сухая и почти везде равнинная. Горные районы занимают всего 8% поверхности планеты.

Многие равнины залиты застывшей лавой, словно лунные моря. И эта лава не такая уж древняя: не миллиарды лет, а всего лишь пятьсот миллионов. Есть косвенные свидетельства, что некоторые вулканы Венеры действуют до сих пор, хотя пока никто не застал их за извержением.

Метеоритные кратеры на планете тоже есть, но их меньше, чем на Луне и Марсе. В плотной венерианской атмосфере не сгорают лишь самые крупные тела, а такие встречаются редко.

Вообразим себе прогулку по Венере. Несмотря на сплошной облачный слой, здесь довольно светло: как на Земле в пасмурный день. Небо оранжевого или желто-зеленого цвета. Тому виной не пыль, которой на этой планете вообще не обнаружено. Сама атмосфера рассеивает свет куда сильнее земной.

Прогулка по Венере — это постоянная борьба с ветром. Конечно, у поверхности он не так быстр, как на высоте: всего 0,5–1,5 м/с. Но из-за высокой плотности местного «воздуха» он дает такой же напор, как ветер в 4–10 м/с на Земле.

На поверхности Венеры бесполезно искать что-то живое. Но в ее облаках, где давление и температура почти как на Земле, могут обитать микробы. Если, конечно, они умеют выживать в концентрированной серной кислоте (задача сложная, но, скорее всего, решаемая).

Даже самые суровые земные пустыни кажутся оазисами по сравнению с бесплодными пространствами ближайших планет. Нам достался исключительно удачный уголок посреди огромной неприветливой Вселенной. Стоит помнить об этом и беречь нашу планету.

_{Фото: BRUCE ROLFF / SHUTTERSTOCK / FOTODOM; FRED DEATON, EUGENE CERNAN, BILL INGALLS / NASA; G. NEUKUM / ESA / DLR / FU BERLIN; NASA / JPL-CALTECH / UARIZONA; NASA / JPL; NASA / JPL; DAVIDE GRASSO}

_{Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 8, ноябрь 2022}

Анатолий Глянцев

Теги

космос
астрономия
наука

Гравитация на Марсе по сравнению с Землей и Луной

Опубликовано 19 апреля 2021 от John

Сейчас много говорят о Марсе, и это понятно. Полет Ingenuity сегодня был потрясающим. Как указал Даниэль Оберхаус в Твиттере,

… атмосфера на поверхности Марса настолько тонкая, что это эквивалентно полету на высоте около 100 тысяч футов на Земле.
Ни один винтокрыл, пилотируемый или неуправляемый, никогда не преодолевал 50 км на Земле.

Когда я услышал, что гравитация на Марсе составляет примерно 1/3 от земной, это показалось мне слишком незначительным. Я думал, что гравитация на Луне составляет примерно 1/6 от земной, а Марс намного больше, чем Луна, поэтому гравитация на Марсе должна быть ближе к гравитации на Земле

Где я ошибся, так это в моей оценке, что Марс « намного больше, чем Луна. Радиус Марса примерно в два раза больше радиуса нашей Луны; Я бы предположил выше.

Поверхностная гравитация пропорциональна массе в квадрате радиуса. Если плотность двух шаров одинакова, то масса увеличивается пропорционально кубу радиуса, и поэтому гравитация будет увеличиваться пропорционально радиусу. Плотность Марса и Луны примерно одинакова, поэтому объект с удвоенным радиусом имеет примерно вдвое большую поверхностную гравитацию.

Давайте пронумеруем вещи. Пусть m и r обозначают массу и средний радиус. И пусть индексы E , M и L обозначают Землю, Марс и Луну (нашу Луну).

R _E = 6371 км
R _M = 3390 км
R _L R _L R _L aRIDINGEN ° С 9002 9003 of 9002. радиусы Земли и Луны.

( R _E R _L) ^½ = 3327 ≈ 3390 = R _{M 290 = R _{M 290 = R _{M 290 = R _{M 9} 888 8888888888 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 . .}}}

m _E = 5.972 × 10 ²⁴ kg
m _M = 6. 417 × 10 ²³ kg
m _L = 7.342 × 10 ²² кг

Масса Марса также приблизительно равна среднему геометрическому масс Земли и Луны [2].

( m _E m _L ) ^½ = 6.6 × 10 ²³ ≈ 6.4× 10 ²³ = m _M

The ratio марсианской гравитации к лунной равна

( m _M / r _M ²) / ( m _L / r _L ²) = 2.2968

The ratio of Earth gravity to Martin gravity is

( m _E / r _E ²) / ( m _M / r _M ²) = 2,6140

, так что говоря, немного гравитации на поверхности Марса, что на Марсе меньше, чем на треть гравитации на поверхности Марса перебор.

Полет на Марс за три дня
Расстояние до Марса
Марс, магические квадраты и музыка

[1] Я предполагаю, что масса равномерно распределена для каждого тела. Это не совсем так, и это имеет значение, если вы планируете траектории спутников, но здесь это не имеет большого значения.

[2] Это не является следствием соотношения между радиусами, потому что тела имеют разную плотность. Луна и Марс имеют одинаковую плотность, но оба значительно менее плотны, чем Земля.

Категории: Наука

Добавить в закладки постоянную ссылку

Гравитация

Гравитация

Что такое гравитация

Гравитация — самая слабая из четырех универсальных сил, которые
также включают ядерную силу, слабую радиационную силу и
электромагнетизм. Гравитация — это сила, действующая на любой объект с
массы на любой другой объект с массой. Гравитация вездесуща,
вездесущ и заставляет объекты ускоряться по направлению к центрам
другие объекты, оказывающие гравитационное притяжение (например, центр
Земля). Когда астронавты шаттла находятся в космосе, они испытывают
сила тяжести составляет примерно 80% силы тяжести на поверхности Земли.
недостающие 20% позволяют космонавтам парить, «кажусь невесомыми».
Объекты вне гравитационного поля Земли удерживаются в
Гравитационное поле Солнца. Объекты вне Солнечной системы
удерживается гравитацией других звезд и галактики.

Груз – это масса, притягиваемая под действием силы тяжести к центру
ближайший объект, оказывающий гравитационное притяжение. Следовательно, вес
варьируется от места к месту. На Земле разница незначительна.
Но в космосе объекты постоянно входят в состав другого объекта.
гравитационный колодец (например, Земля, Солнце или Луна) и опыт бесплатно
Осень. В этом случае объекты невесомы. На другом
планет объекты испытывают разную силу гравитации,
и поэтому имеют разный вес.

Гравитационный стол
ОБЪЕКТ	УСКОРЕНИЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ	ТЯЖЕСТИ
Земля	9,8 м/с ² или 32 фут/с ²	1 г

Луна	1,6 м/с ² или 5,3 фут/с ²	. 16 Г

Марс	3,7 м/с ² или 12,2 фут/с ²	.38 Г

Венера	8,87 м/с ² или 29 фут/с ²	0,9 г

Юпитер	24,5 м/с ² или 80 фут/с ²	2,54

Солнце	275 м/с ² или 896 футов/с ²	28 Г

Закон всемирного тяготения Ньютона

Ньютон описал гравитационное притяжение в своем Законе
Всемирная гравитация, в которой говорится, что сила гравитации между
двух тел прямо пропорциональна произведению двух тел.
массы и обратно пропорциональна произведению квадрата
расстояние между ними. По сути, притяжение между двумя
объекты напрямую связаны с тем, насколько массивен каждый объект.

Два больших объекта тянут сильнее, чем два маленьких.
Кроме того, обратный квадрат означает, что каждый раз, когда расстояние
(R) увеличивается, притяжение уменьшается более чем вдвое. Если
расстояние между двумя телами в пространстве удваивается, сила притяжения
сила тяжести будет только на четверть меньше. Закон Ньютона просто
описывает в терминах, которые люди могут использовать, то, что существует в природе. Если
отношение расстояния отличалось от обратного квадрата, например
обратного куба, не было бы ни Солнечной системы, ни Земли, ни
жизнь. Люди существуют во вселенной, которая почти полностью враждебна
к жизни, какой мы ее знаем.

Понимание гравитации

Гравитация влияет на свет, время, материю и биологию различными способами.
способы. Однако остается много вопросов о гравитации.
без ответа. Создавая искусственную гравитацию, люди могут
лучше понять силу.