Атмосфера Марса и условия на планете

Атмосфера состоит из 95,3% углекислого газа. Оставшиеся проценты делят между собой азот, аргон и следовые количества кислорода, угарного газа и водяного пара. Кислорода в марсианском воздухе всего 0,13–0,16% — для сравнения, на Земле его 21%.

В атмосфере Марса также присутствует метан. Его обнаруживают с сезонными вариациями, и это необычно: под действием ультрафиолета метан должен быстро разрушаться. Значит, существует постоянный источник. Вулканы и метеориты в качестве основных источников считаются маловероятными, но окончательно не исключены. Остаются две основные гипотезы: геохимические реакции между породой и водой или метаболизм микроорганизмов. Возможно, что присутствие метана — утечка из самих марсоходов. Этот вопрос пока остаётся открытым.

Атмосферное давление на поверхности Марса в среднем составляет около 600 паскалей. Для сравнения: стандартное давление на уровне моря на Земле — 101 325 паскалей. Марсианское давление сопоставимо с давлением на высоте около 35 километров над Землёй (там, где летают стратостаты). При таком давлении жидкости в организме начинают вести себя иначе: без скафандра кровь и межтканевая жидкость закипели бы прямо при температуре тела. Это явление называется эбуллизм, и вызывается оно резким падением внешнего давления, а не высокой температурой.

Средняя температура поверхности Марса составляет около −60 °C, но реальный диапазон шире. На экваторе перед рассветом столбик термометра опускается до −83 °C, днём поднимается до +5 °C, а в самые тёплые периоды — до +27 °C. На полюсах зимой фиксируются значения до −128 °C. Такие перепады — прямое следствие тонкой атмосферы: на Земле воздушный слой работает как одеяло, поглощая солнечное тепло днём и медленно отдавая его ночью. Марсианская атмосфера слишком разрежена для этого: тепло уходит в космос почти мгновенно после захода солнца. Марсианские сутки (сол) длятся чуть больше 24 земных часов, и за каждый сол планета проходит через полный температурный цикл.

Климат Марса определяется несколькими ключевыми явлениями, и главное из них — пылевые бури. Они бывают трёх масштабов: локальные, региональные и глобальные. Локальные вихри возникают из-за резкого нагрева поверхности днём: тёплый воздух у земли поднимается вверх, закручиваясь в столб пыли высотой до нескольких километров. Глобальные бури — явление другого порядка. Они способны охватить всю планету и длиться месяцами. Механизм запускается так: пыль, поднятая в воздух, поглощает солнечное излучение и нагревает атмосферу, что порождает новые ветры, поднимающие ещё больше пыли. Глобальные бури случаются не каждый год, с периодичностью в несколько лет.

Что касается осадков: дождей на Марсе нет и быть не может. При давлении менее 1% от земного жидкая вода на поверхности немедленно испаряется или замерзает. Зато на полюсах зимой выпадает твёрдый углекислый газ (сухой лёд) — точнее, образуются кристаллы замёрзшего CO₂. В отличие от земного снега, он не тает, а сублимирует (переходит сразу из твёрдого состояния в газ). Полярные шапки содержат как водяной лёд, так и твёрдый CO₂, и их размер меняется в зависимости от сезона. Эти ледяные шапки — один из самых заметных признаков того, что климат Марса подчиняется строгим закономерностям.

Вода на Марсе есть — но существует она только в виде льда или пара. Давление и температура поверхности не позволяют воде долго оставаться жидкой. Водяной лёд обнаружен прямо под верхним слоем грунта, в некоторых районах он залегает совсем неглубоко. Полярные шапки содержат значительные запасы водяного льда, перемежающегося со слоями замёрзшего CO₂.

Сезонно на склонах кратеров фиксируются тёмные потёки. Предположительно, это солёные рассолы, которые ненадолго остаются жидкими благодаря высокой концентрации солей, снижающей точку замерзания. Тем не менее основная масса воды на Марсе — это лёд под поверхностью и в полярных шапках, что принципиально важно для будущих экспедиций: лёд может стать источником воды и кислорода.

Дышать без скафандра невозможно. Концентрация кислорода в атмосфере составляет менее 0,2%, тогда как для нормального дыхания нужно минимум 16–17%. Даже если бы давление было земным, такого количества O₂ не хватило бы для поддержания сознания дольше нескольких секунд. При этом давление на Марсе — менее 1% от земного, что само по себе несовместимо с жизнью без защиты. При таком давлении жидкости в организме начнут закипать, потеря сознания наступит в течение примерно 15 секунд. Никакой адаптации у человека нет: только герметичный скафандр с автономной системой жизнеобеспечения решает эту задачу.

Тонкая атмосфера и отсутствие глобального магнитного поля делают планету гораздо более уязвимой к солнечному ветру и космическому излучению, чем Земля. По данным марсохода Curiosity, уровень радиации на поверхности Марса составляет около 230 мЗв в год — это в 20–30 раз выше типичного земного фона и превышает годовые лимиты для космонавтов на МКС. Конкретные дозы зависят от солнечной активности, рельефа и времени суток. Для будущих экспедиций защита от радиации остаётся одной из ключевых инженерных задач наравне со скафандром и системой жизнеобеспечения.

Главный аргумент в пользу возможной жизни — сезонные вариации метана. Метан нестабилен в условиях марсианской среды, и если он постоянно появляется, значит, существует активный источник.

Данные марсоходов и орбитальных аппаратов показывают, что миллиарды лет назад на Марсе была жидкая вода: сохранились русла древних рек, дельты и осадочные породы. Жидкая вода — главное условие для возникновения жизни в том виде, в каком мы её знаем. Это не доказывает, что жизнь там была, но делает такую возможность научно обоснованной гипотезой.

Терраформирование Марса — идея изменить атмосферу и климат планеты, чтобы сделать её пригодной для жизни без скафандра. В теории это предполагает увеличение давления, повышение температуры и насыщение воздуха кислородом. Концепция активно обсуждается в научном сообществе в контексте долгосрочных планов по колонизации. Конкретные методы и реалистичные сроки такого проекта пока не определены и остаются предметом дискуссий. Ни одна космическая экспедиция на сегодняшний день не ставила перед собой задачу терраформирования: речь идёт о горизонте в столетия, а не в десятилетия.

Атмосфера Марса на 95,3% состоит из углекислого газа, её давление менее 1% от земного, средняя температура около −60 °C. Без скафандра выжить невозможно: ни состав воздуха, ни давление, ни радиационный фон не оставляют шансов. Вода на планете есть, но только в виде льда под поверхностью и в полярных шапках. Глобальные пылевые бури случаются раз в несколько лет, а сезонные вариации метана остаются загадкой, которую ещё предстоит разгадать — при этом учёным предстоит убедиться, что измерения не содержат технических артефактов.