Astronomija

Mars je četvrti planet od Sunca. Udaljen je od Sunca 227 990 000 km i prvi je vanjski u odnosu na Zemlju. Zbog svoje crvene boje površine i atmosfere zovemo ga i Crveni Planet.

Mars ima primjetno izduženu putanju (e = 0.093, gdje je e oznaka za ekscentricitet), pa mu se udaljenost od Sunca znatno mijenja tijekom marsove godine, što bitno utječe na klimu.

Marsov siderički period revolucije (sidericka godina) traje 687 dana, a period rotacija (sidericki dan) 24h 37min 23s. Os rotacije nagnuta je, slično kao i kod Zemlje, 25° prema ravnini revolucije.

Mars je dvostruko manjeg promjera (6794 km) od Zemlje, a gravitacija na površini (g) je 3.8 m/s2 (39% Zemljine gravitacije) zbog čega je kretanje na Marsu mehanički jednostavnije.

Prosječna gustoća tvrdog tijela (od središta planeta do površine) je 3.94 g/m3. Masa planeta Marsa je 6.419 x 1023 kg (10.7% Zemljine mase).

Grčko ime za Mars je Ares, pa za pojmove vezane uz Mars koristimo prefiks areo- umjesto geo-, npr. umjesto geografska širina koristimo pojam areografska širina.

Mars ima dva prirodna satelita: Fobos i Deimos.

Prije astronautičke ere smatralo se da je Mars najvjerojatniji planet na kojem bi mogao postojati život. Talijanski astronom Schiaparelli je 1877. godine otkrio uzdužne i poprečne tanke niti koje je nazvao "canali" i za koje se smatralo da ih je izgradila vanzemaljska civilizacija.

Dokazano je da je to bila optička varka, kao i sezonske promjene površine koje su viđene u modrozelenkastim nijansama i za koje se pretpostavljalo da su uzrokovane bujanjem vegetacije. Ta iluzija uzrokvana je komplementarnošću modrozelene i narančastocrvene (realne) nijanse pa se za mjesta manjeg sjaja čini da su modrozelenkasta.

Poznato je kakav je šok i paniku izazvao Orson Welles emitiranjem radio drame bazirane na ZF romanu H.G.Wellsa "Rat svjetova" ("The War of The Worlds"). Većina slušatelja povjerovala je priči o invaziji "Marsovaca".

Tokom kratke astronautske ere spoznato je o Marsu mnogo više nego kroz sva stoljeća prije. Mariner 4 poslao je u srpnju 1965. seriju od 22 fotografije koje su otkrile mnoge kratere i prirodno nastale kanjone, ali ništa što bi navodilo na postojanje umjetnih kanala i tekuće vode.

U srpnju i listopadu 1976. na površinu Marsa sletjele su letjelice Viking Lander 1 i 2 i provele tri biološka eksperimenta kojima je otkrivena neobična kemijska aktivnost, ali ni traga živim mikrobiološkim organizmima.

Prema tumačenju biologa koji su sudjelovali u misijama, Mars se samo-sterilizira kombinacijom smrtonosnog ultraljubičastog zračenja, ekstremne sušnosti i oksidirajuće naravi tla.

Osim dvaju Viking Lander-a, na Marsovu površinu su uspješno sletjeli samo još Mars Pathfinder 4. srpnja 1997. te roveri-blizanci Spirit i Opportunity (Mars Exploration Rovers ili MER), u siječnju 2004. godine.

Oba MERa, koji se nalaze na suprotnim stranama Marsa, pronašla su dokaze da je Mars nekad imao oceane tekuće vode. Roveri su još uvijek aktivni i u potrazi za novim zanimljivim otkrićima.

Vodu na Marsu otkrile su i svemirske sonde Mars Odyssey i Mars Express. Mars Express, europska sonda koja je do Marsa donijela i lander Beagle 2 (s kojim je izgubljen kontakt pri pruštanju na Mars), u Marsovoj je orbiti od prosinca 2003.

Osim dokaza o postojanju vodenog leda na sjevernoj i južnoj polarnoj kapi, sonda je otkrila i prisutstvo metana u atmosferi, koji se obično oslobađa u zrak erupcijama vulkana i biološkim procesima.

Marsova atmosfera je primjetno drugačija od Zemljine, a sastoji se uglavnom od ugljikova(4) oksida (95.32%), uz male primjese drugih elemenata: dušika (2.7%), argona (1.6%), kisika (0.13%) i neona (0.00025%). Također sadrži i vodenu paru (0.03%), a u polarnim krajevima je nađen ozon.

Marsov pejsaž sličan je Zemljinom i Mjesečevu, a ima i svojih posebnosti. Teren je prosječnog nagiba od 3°. Površinu Marsa, koja je crvene boja zbog velikih količina željeza koje sadrži, možemo podijeliti na sjevernu i južnu polutku granicom koja siječe ekvator pod kutem od 35°.

Južna je u prosjeku 2-3 kilometra viša od sjeverne, uglavnom zbog razlike u gustoći kore. Južna polutka puna je udarnih meteorskih kratera veličine od 3 do 120 km nastalih u doba bombardiranja planetoidima. Manji krateri su malobrojni.

Na sjevernom dijelu prevladava bazalt koji je gušći od granita i zato ima niži ravnotežni položaj. To bazaltno područje je zapravo kora prelivena lavom koja je uništila starije kratere pa je ravnija.

Za razliku od Mjesečevih kratera, Marsovi u pravilu nemaju središnju izbočinu i zasuti su izmrvljenim materijalom. Na Marsovoj površini razlikujemo nekoliko oblika reljefa.

Glatke kružne udubine okružene planinskim lancem na rubu nazivamo bazenima. Najveći su Planitia Argyre (Argirska ravnica) promjera je 1000 km i Planitia Hellas (Grčka ravnica) 1700 km.

Oba bazena su svijetle površine, a dno Planitiae Hellas prekriveno je pješčanim slojem tako da nema nikakvih vidljivih detalja, a od okoline (brdovitog područja Hellespontus - Dardaneli) niže je 6 kilometara.

Tlak u toj potolini dovoljan je za ukapljivanje vode (>6.1 mbar). Okružena je masivnim planinskim prstenom visokim oko 2 km, najvjerojatnije nastalim izbacivanjem materijala iz bazena tokom udara asteroida. Znatno doprinosi visokoj topografiji južne hemisfere. Manji bazeni promjera nekoliko stotina kilometara, veoma podsjećaju na veće kratere.

Među najspektakularnije pojave na Marsovoj površini zasigurno se ubraja i splet kanjona Valles Marineris (Marinerove doline), dug 4500 kilometara, širok između 100 i 200 km, a dubok 6-7 km.

Pješčane oluje dovode do zanimljivog efekta "anti-staklenika" - velike količine prašine u atmosferi ne dopuštaju sučevoj svjetlosti da neoslabljena prodre do površine, a propuštaju toplinsko zračenje Marsove površine koja se hladi, dok se viši dijelovi atmosfere zagrijavaju.

Iako atmosfera sadrži samo jednu tisućinu vodene pare koju nalazimo u Zemljinoj atmosferi, H2O se uspijeva kondenzirati i formirati oblake koji lebde na velikim visinama. Oblaci su redovita pojava na Marsu unatoč maloj količini vodene pare u atmosferi.

Promatrani su i sa Zemlje, a sa letjelica Mariner i Viking snimljeni su bezbrojni oblici koje možemo svrstati u nekoliko kategorija.

Zavjetrinski valovi oblaci su koji se formiraju u zavjetrini visokih dijelova reljefa poput vulkana, kratera i planina. Zrak u tim područjima kreće se u valovitim oscilacijama.

Valovski oblaci doimaju se poput redova paralelnih valova i redovito ih nalazimo nad rubovim polarnih kapa.

Oblačne ulice su linearni nizovi kuglastih oblaka sličnih kumulusima.

Trakasti oblaci najčešći su nad visoravnima jugozapadno od Syrtis Major.

Magla i jutarnja sumaglica mogu se formirati u dolinama, kanjonima i kraterima i vidljivi su sa Zemlje.

Paperjasti oblaci su izduženi oblaci koji nastaju podizanjem materijala i najčešće se sastoje od čestica prašine. Nalazimo ih prvenstveno u južnoj hemisferi, kod visoravni Syrtis major, ali i na sjeveru, u predjelu Tharsis Montes.

Prosječna izmjerena temperatura na Marsovoj površini je 210 K, sa maksimumom od 293 K i minimumom od 130 K. Najtoplija su područja oko ekvatora i u subsolarnoj točki zato što temperatura tla ovisi o kutu upada sunčevih zraka i često varira jer je rijetka atmosfera slab toplinski spremnik.

Mjesec je jedini Zemljin satelit, tijelo prosječno samo 384,403 km udaljeno od Zemlje, pa je samim time o njemu najviše poznatih činjenica. Osim toga, Mjesec je zasad jedino nebesko tijelo na koje se spustila letjelica s ljudskom posadom.

Promjer Mjeseca je 3476 km, a masa 7,35 x 1022 kg odnosno 1/81 Zemljine mase. Gravitacija na površini je šest puta slabija nego gravitacija na Zemlji.

Period vrtnje Mjeseca oko svoje osi iznosi 27,3 dana, točno koliko i period rotacije oko Zemlje, tako da je sa Zemlje vidljiva uvijek ista polutka.

Starost Mjesečevih tla ustanovljena je radioaktivnom metodom i iznosi od 4,6 do 3,5 milijarde godina. Materijal iz kojeg je Mjesec nastao imao je manju gustoću nego materijal iz kojeg je nastala Zemlja.

Postoji mnogo teorija o nastanku Mjeseca, a trenutno najprihvaćenija tvrdi da je nastao iz kolizije planetoida veličine Marsa i mlade Zemlje. Ostaci planetoida ostali su u orbiti oko Zemlje zajedno sa dijelovima njene kore. S vremenom se taj prsten materijala okupio i formirao Mjesec.

Vanjski slojevi su bili tekući, da bi se postepeno stvorila kora skrućene stijene. Slijedećih pola milijarde godina, površinu Mjeseca bombardiraju asteroidi, koji otvaraju bazene, a potisnuti materijal tvori planinske prstenove.

Kora se hladi, a rastaljeni dio plašta probija se kroz raspukline do bazena i ispunjava ih. Hlađenjem magme nastaju mora. Lava u morima mlađa je milijardu do milijardu i pol godina od samog bazena.

Plašt se nastavlja hladiti, pa lava pri daljnjim udarcima više ne može prodrijeti na površinu. Postupno u prostoru među planetima preostaju sve sitnija tijela, pa kasnijim manjim udarima nastaju sve manji krateri.

Još od početka svemirske ere znanstvenici su razmišljali o mogućnosti postojanja vode na Mjesecu. Tek u posljednjih desetak godina se intezivnije istražuje o toj temi.

Dnevna temperatura na Mjesecu je veća od 100°C tako da voda ne može opstati na njemu. Ipak, u blizini polova, postoje krateri u kojima vlada vječni mrak, dakle i uvjeti za vodeni led.

Voda bi na Mjesecu uvelike olakšala istraživanje svemira i drugih planeta Sunčeva Sustava. Mnogo je lakše poslati letjelicu prema, na primjer, Marsu, s Mjeseca nego sa Zemlje. Uzrok tome su šest puta manja gravitacija i manjak atmosfere.

Dakle, potrebna je stalna ljudska nastamba (habitat) na jedinom Zemljinom prirodnom satelitu. Najveći problem za stvaranje habitata je njegova ovisnost o pošiljkama sa Zemlje (hrana, voda, zrak) koje su jako skupe i neisplative.

Postojanje vode na Mjesecu višestruko bi smanjilo te troškove, s obzirom da bi zadovoljilo većinu potreba stanovnika habitata. Iz vode se elektrolizom mogu dobiti vodik (gorivo) i kisik (zrak), a osim toga omogućava uzgajanje biljaka (hrana). Dušik potreban u zraku trebao bi biti doveden samo jednom (ne troši se), a s vremenom bi se dobio ekološki sistem čovjek-biljke (čovjek udiše kisik, a izdiše CO2, a biljke koriste CO2 u proizvodnji hranjivih tvari i kisika).

Svemirska letjelica Clementine prva je poslala podatke o postojanju vodenog leda 1994. godine. Odaslala je snop radio valova prema vječno zasjenjenim područjima, a odbijeni signal je primila Deep Space Network (DSN) antena. Karakteristike tog signala pokazivale su da je snop udario u vodeni led.

Ipak, radio teleskop Arecibo je ponovio eksperiment. Ali usmjerivši snop prema osvjetljenim područjima i dobio iste rezultate. Uzrok je vjerojatno grubi teren.

Prvi pravi dokaz dobili smo tek 2001. godine kad je Lunar Prospector s dva svoja instrumenta pronašao vodu na oba pola. Obrada dobivenih podataka je još uvijek u tijeku, ali znanstvenici smatraju da se radi između 10 i 300 milijuna tona vode.

Prisutnost slobodnog kisika vrlo je neobična, jer je kisik jako reaktivan plin koji bi, bez života na Zemlji, brzo reagirao s drugim kemijskim elementima.

Zemljina se atmosfera može podijeliti u nekoliko slojeva:

Troposfera je najdonji dio atmosfere, te stoga i najgušći. Na ovaj sloj otpada 80% mase atmosfere. Troposfera je najtanja u polarnim krajevima (oko 8 km), a najdeblja na ekvatoru (oko 16 km). U ovom sloju temperatura s visinom opada, a vjetrovi jačaju. Ovaj sloj sadrži i znatne količine vlage, i u njemu se zbivaju sve pojave vezane uz vrijeme. Troposferu od stratosfere odvaja tropopauza.

Stratosfera sadrži male, ali značajne količine ozona koji nas štiti od štetnih zračenja iz svemira. U donjem dijelu stratosfere temperatura je uglavnom stalna. U ovom sloju vladaju snažni vjetrovi koji pušu brzinama od nekoliko stotina km/h. U gornjim slojevima stratosfere s porastom visine temperatura postepeno raste do maksimuma u stropopauzi.

Mezosfera donosi nagli pad temperature s visinom do minimuma koji se nalazi na visini od 85 km. Iznad te visine, koja se naziva mezopauza, počinje ionosfera.

Ionosfera (ili termosfera) sadrži ione, električki nabijene čestice. U ovom sloju temperatura opet raste do visine od 400 km, tj. do termopauze. U ovom se sloju stvara polarna svjetlost.

Egzosfera je rijedak sloj iznad 400 km visine u kojem tlak opada do pravog vakuuma. Ovaj se sloj može smatrati prijelazom između Zemljine i Sunčeve atmosfere.

Zemlja ima skromno magnetsko polje koje nastaje usljed električnih struja u vanjskoj jezgri. Međudjelovanje sunčevog vjetra, Zemljinog magnetskog polja i Zemljine ionosfere stvara se polarna svjetlost ili aurora.

Međudjelovanje Zemljinog magnetskog polja i sunčevog vjetra također stvara i Van Allenove pojaseve, par prstenova od ioniziranog plina zarobljenog u orbiti oko Zemlje. Vanjski se prsten proteže između visina od 19 000 i 41 000 km, dok se unutrašnji nalazi između visina od 7 600 i 13 000 km. Van Allenove je pojaseve otkrio američki satelit Explorer 1. Druga istraživanja uz pomoć satelita pokazala su da je Zemljino magnetsko polje, pod utjecajem sunčevog, izobličeno u oblik kapljice.

Zemlja je treći planet od Sunca. Udaljena je od Sunca oko 149 600 000 km. Zemljin promjer iznosi 12756 km, a masa joj je 5.972 x 1024 kg. Gravitacija na površini je 9.81 m/s2. Zemlja je sa svojih 5.5 g/cm3 najgušća od svih planeta Sunčevog sistema.

Jedan Zemljin obilazak oko Sunca traje oko 365 dana i 6 sati, a za jedna okret oko svoje osi Zemlji je potrebno 23 sata 56 minuta i 4 sekunde.

Zemljin jedini prirodni satelit je Mjesec. Interakcija Zemlje i Mjeseca usporava Zemljinu rotaciju za oko 2 milisekunde po stoljeću. Prije 900 milijuna godina godina je bila podijeljena u 481 dan po 18 sati.

Naučnici su, uz pomoć izučavanja seizmičkih valova, koji nastaju nakon potresa, došli do zaključka da se naša planeta sastoji od nekoliko slojeva različitih seizmičkih i hemijskih svojstava.

Unutrašnja jezgra (1.7%, 5150 - 6370 km)
Unutarnja jezgra je, usljed velikog pritiska kojem je izložena, u krutom stanju. Temperatura u samom središtu Zemlje procjenjuje se na 7500 K, što je toplije od površine Sunce.

Vanjska jezgra (30.8%, 2890 - 5150 km)
Vanjska jezgra je građena od vruće, električki vodljive tekućine. Ovaj vodljivi sloj, zajedno sa brzom Zemljinom rotacijom, zaslužan je za stvaranje dinamo-efekta koji održava Zemljino magnetsko polje. Ovaj je sloj malo rjeđi od željeza što upućuje na postojanje promjesa, vjerojatno kisika i sumpora.

'D' sloj (3%, 2700 - 2890 km)
Ovaj je sloj debeo 200 do 300 kilometara. Seizmička mjerenja pokazuju da je ovaj sloj kemijski različit od donjeg omotača. Nastao je taloženjem tvari iz donjeg omotača ili izranjanjem lakših materijala iz jezgre.

Donji omotač (49.2%, 650 - 2700 km)
Ovaj se sloj vjerojatno sastoji od silicijuma, magnezijuma i kisika, te ponešto željeza, kalcijuma i aluminija. Do ovih su ideja znanstvenici došli pretpostavljajući da Zemlja ima isti međusobni omjer elemenata kakav nalazimo na Suncu i u primitivnim meteoritima.

Prijelazno područje (7.5%, 400 - 650 km)
Ovaj sloj, koji se još naziva i mezosfera, izvor je bazaltne magme. Pored magme, sloj sadrži kalcij i aluminij.

Gornji omotač (10.3%, 10 - 400 km)
U dijelovima ovog sloja iskopanim iz erodiranih planina pronađeni su minerali olivin (Mg,Fe)2SiO4 i Piroksin (Mg,Fe)SiO3. Dio gornjeg omotača koji se naziva astenosfera možda je djelomično otopljen. Između gornjeg omotača i kore nalazi se Moho-sloj, koji je dobio ime po hrvatskom naučniku Andriji Mohorovčiću. Ovaj se sloj još zove i Mohorovčićev diskontinuitet.

Oceanska kora (0.099%, do 10 km)
Oceanska je kora znatno tanja od kontinentalne. Sustav vulkanskih pukotina na dnu oceana ukupne duljine 40 000 km stavra godišnje 17 km3 nove kore i razmiče staru koru uzrokujući time pomake tektonskih ploča. Ove pukotine nazivaju se oceanski hrptovi. Srednjoatlantski hrbat odgovoran je za udaljavanje Afrike i Južne Amerike. Pored ovog, veći hrptovi su Atlantsko-indijski, Istočni tihooceanski, Srednjoindijski, Indijsko-Antarktički i drugi.

Kontinentalna kora (0.374%, do 50 km)
Kontinentalnom korom dominira kvarc (Silicij-dioksid, SiO2) i feldspar (prevoditelji, molim pomoć).

Kora i gornji omotač zajedničkim imenom zovemo litosfera.

Gledano u globalu, Zemljin kemijski sastav (po masi) je: željezo 34.6%, kisik 29.5%, silicij 15.2%, magnezij 12.7%, nikal 2.4%, sumpor 1.9%, titanij 0.05% itd...

Za razliku od ostalih terestričkih planeta, Zemljina je kora podijeljena na 8 manjih i dvadesetak tektonskih ploča koje plutaju na otopljenom omotaču. Teorija koje opisuje ovo gibanje naziva se Tektonika ploča.

Osam je velikih tektonskih ploča:
- Sjeverno Američka (Sjeverna Amerika, sjeverozapadni Atlantski ocean i Grenland)
- Južno Američka (Južna Amerika i jugozapadni Atlantski ocean)
- Antarktička (Antarktika i tzv. Južni Ocean)
- Eurazijska (sjeveroistočni Atlantski ocean, Europa i Azija bez Indije)
- Afrička (Afrika, jugoistočni Atlantski ocean i zapadni Indijski ocean)
- Indijsko-Australska (Indija, Australija, Novi Zeland i većina Indijskog oceana)
- Istočnopacifička ili Nazca (istočni Tihi ocean uz Južnu Ameriku)
- Pacifička ili Tihooceanska (veći dio Tihog oceana i istočna Kalifornija)

Zemljina atmosfera je po svom sastavu 77% dušik, 21% kisik te argon, ugljični dioksid i vodena para u tragovima. Neposredno nakon nastanka Zemlje vjerojatno je bilo mnogo više ugljik-dioksida, te jako malo kisika, no pojavom života, sastav atmosfere se počeo mijenjati u korist kisika. Ugljik-dioksid je većim dijelom pohranjen u karbonatnim stijenama, te nešto manje u oceanima. Mali dio ugljik-dioksida koji je preostao u atmosferi iznimno je važan za održavanje efekta staklenika bez kojeg bi prosječna temperatura na površini bila -21°C, umjesto sadašnjih +14°C.

Čak 71% površine Zemlje prekriveno je vodom. Zemlja je jedini planet u Sunčevom sustavu na kojemu voda na površini može biti u tekućem stanju. Pored toga što je nužna za hemiju živih bića, voda je i dobar spremnik topline. Bez ovolikih količina vode na površini, raspon temperatura na Zemlji bio bi mnogo širi.