Mars – Aurinkokunnan punainen planeetta: geologia, napajäätiköt ja tutkimus

Mars on maanpäällinen planeetta, ja se on tehty kivestä. Maa on punainen, koska kivissä ja pölyssä on rautaoksidia (ruostetta). Planeetan ilmakehä on hyvin ohut. Se koostuu enimmäkseen hiilidioksidista, jossa on jonkin verran argonia ja typpeä sekä pieniä määriä muita kaasuja, kuten happea. Marsissa on kylmempää kuin Maassa, koska se on kauempana Auringosta ja koska siellä on vähemmän ilmaa pitämässä lämpöä sisällä. Pohjois- ja etelänavoilla on vesijäätä ja jäätynyttä hiilidioksidia. Marsin pinnalla ei ole nykyisin nestemäistä vettä, mutta merkit pinnalla olevista valumista johtuvat todennäköisesti vedestä.

Planeetan kuoren keskimääräinen paksuus on noin 50 kilometriä, ja suurin paksuus on 125 kilometriä.

Marsilla on kaksi pientä kuuta, Phobos ja Deimos.

Marsin kuiden alkuperä on tuntematon ja kiistanalainen. Yhden teorian mukaan kuut ovat vangittuja asteroideja. Kuiden lähes ympyränmuotoiset kiertoradat ja pieni kaltevuus Marsin päiväntasaajan suhteen eivät kuitenkaan sovi yhteen kaappaushypoteesin kanssa.

Arviot suuren Borealiksen kokoisen törmäyksen aiheuttamasta massasta vaihtelevat. Simulaatioiden mukaan noin 0,02 Marsin massan (~0,002 Maan massaa) kokoinen kappale voi tuottaa huomattavan suuren roskakiekon Marsin kiertoradalle. Suuri osa materiaalista jäisi Marsin lähelle. Marsissa on useita muitakin suuria törmäysaltaita, jotka olisivat myös voineet heittää tarpeeksi romua kuiden muodostamiseksi.

Magneettikentän puuttuminen

Marsissa ei ole maailmanlaajuista magneettikenttää. Tästä huolimatta havainnot osoittavat, että osa planeetan kuoresta on magnetoitunut. Tämä viittaa siihen, että napaisuuden kääntymistä on tapahtunut menneisyydessä. Tämä paleomagnetismi muistuttaa Maan merenpohjissa havaittavaa magneettista raidoitusta. Yhden teorian mukaan nämä kaistaleet viittaavat levytektoniseen toimintaan Marsissa neljä miljardia vuotta sitten, ennen kuin planeetan dynamo lakkasi toimimasta ja planeetan magneettikenttä hiipui.

Kierto

Marsin päivää kutsutaan soliksi, ja se on hieman pidempi kuin Maan päivä. Mars pyörii 24 tuntia ja 37 minuuttia. Se pyörii kallistetulla akselilla, aivan kuten Maa, joten Marsissa on neljä eri vuodenaikaa. Kaikista Aurinkokunnan planeetoista Marsin vuodenajat muistuttavat eniten Maata, koska akselin kallistus on samanlainen. Marsin vuodenaikojen pituus on lähes kaksinkertainen Maan vuodenaikoihin verrattuna, sillä Marsin suurempi etäisyys Auringosta johtaa siihen, että Marsin vuosi on lähes kaksi Maan vuotta pitkä.

Marsin pintalämpötilat vaihtelevat noin -143 °C:n (talvisilla napa-alueilla) ja jopa 35 °C:n (kesällä päiväntasaajalla) välillä. Lämpötilojen suuri vaihtelu johtuu pääasiassa ohuesta ilmakehästä, joka ei pysty varastoimaan paljon auringon lämpöä. Planeetta on myös 1,52 kertaa kauempana Auringosta kuin Maa, joten se saa vain 43 prosenttia auringonvalon määrästä.

Vesi

Vuonna 2015 julkaistun raportin mukaan Marsin pinnalla olevat tummat raidat johtuvat vedestä.

Marsin pinnalla ei voi olla nestemäistä vettä sen alhaisen ilmanpaineen vuoksi (ilma ei riitä pitämään sitä sisällään), paitsi matalimmissa paikoissa lyhyitä aikoja. Kaksi napajäätikköä näyttävät koostuvan suurelta osin jäätyneestä vedestä. Eteläisen napajäätikön jäämäärä riittäisi sulatettuna peittämään koko planeetan pinnan 11 metrin syvyydessä. Ikuinen huurre ulottuu napa-alueelta noin 60° leveysasteille.

Miehittämättömien avaruuslentojen keräämät geologiset todisteet viittaavat siihen, että Marsin pinnalla oli aikoinaan paljon nestemäistä vettä. Vuonna 2005 tutkatiedot paljastivat, että navoilla ja keskileveysasteilla oli suuria määriä vesijäätä. Mars-mönkijä Spirit otti maaliskuussa 2007 näytteitä vesimolekyylejä sisältävistä kemiallisista yhdisteistä. Phoenix-laskeutuja löysi vesijäätä Marsin matalasta maaperästä heinäkuussa 2008. Marsissa havaitut maastonmuodot viittaavat vahvasti siihen, että planeetan pinnalla on joskus ollut nestemäistä vettä. Valtavat maa-alueet ovat rapautuneet ja erodoituneet.

Jäämeren lakit

Marsissa on kaksi pysyvää napajäätikköä. Navan talven aikana se on jatkuvassa pimeydessä, jolloin pinta jäähtyy ja 25-30 prosenttia ilmakehästä laskeutuu CO ₂-jääksi (kuivajääksi). Kun navat altistuvat jälleen auringonvalolle, jäätynyt CO ₂sublimoituu (muuttuu höyryksi) ja synnyttää valtavia tuulia, jotka pyyhkäisevät navat pois jopa 400 km/h nopeudella. Joka vuodenaika tämä liikuttaa suuria määriä pölyä ja vesihöyryä, mikä synnyttää Maan kaltaista pakkasta ja suuria cirrus-pilviä ja pölymyrskyjä. Opportunity-mönkijä kuvasi vesijääpilviä vuonna 2004.

Molempien napa-alueiden napapeitteet koostuvat pääasiassa vesijäästä.

Tunnelma

Marsin ilmakehä on hyvin ohut, eikä siinä ole juuri lainkaan happea (se on enimmäkseen hiilidioksidia). Koska ilmakehä on olemassa, vaikka se onkin ohut, taivas vaihtaa väriä auringon noustessa ja laskiessa. Marsin ilmakehässä oleva pöly tekee Marsin auringonlaskuista hieman sinisiä. Marsin ilmakehä on liian ohut suojaamaan Marsia meteoreilta, mikä on osasyy siihen, että Marsissa on niin paljon kraattereita.

Meteoriittikraatterit

Planeettojen muodostumisen jälkeen kaikki kokivat "myöhäisen raskaan pommituksen". Noin 60 prosentissa Marsin pinnasta on jälkiä tuon aikakauden iskuista. Suuri osa jäljelle jäävästä pinnasta on todennäköisesti noiden tapahtumien aiheuttamien valtavien törmäysaltaiden päällä. Marsin pohjoisella pallonpuoliskolla on todisteita valtavasta törmäysaltaasta, joka on kooltaan 10 600 x 8 500 km eli noin neljä kertaa suurempi kuin suurin aiemmin tunnettu törmäysallas. Tämä viittaa siihen, että Marsiin iskeytyi Pluton kokoinen kappale noin neljä miljardia vuotta sitten. Tapahtuman uskotaan olevan syynä Marsin pallonpuoliskojen väliseen eroon. Se loi sileän Borealis-altaan, joka kattaa 40 prosenttia planeetasta.

Jotkut meteoriitit osuivat Marsiin niin kovalla voimalla, että muutama palanen Marsista lensi avaruuteen - jopa Maahan! Maasta löytyy joskus kiviä, joiden kemikaalit ovat täsmälleen samanlaisia kuin Marsin kivissä. Nämä kivet näyttävät myös siltä, että ne putosivat todella nopeasti ilmakehän läpi, joten on perusteltua ajatella, että ne ovat tulleet Marsista.

Viimeaikaiset osumat

Avaruusalus Insight havaitsi seismisiä aaltoja, jotka johtuivat suurimmista Marsissa koskaan havaituista meteoriitin iskuista.

Maantiede

Marsissa sijaitsee aurinkokunnan korkein tunnettu vuori, Olympus Mons. Olympus Mons on noin 27 kilometriä (17 mailia) korkea. Se on yli kolme kertaa korkeampi kuin Maan korkein vuori Mount Everest. Siellä sijaitsee myös Valles Marineris, Aurinkokunnan kolmanneksi suurin, 4 000 kilometriä pitkä repeämäjärjestelmä (kanjoni).

Marsin tarkkailua ja tallentamista koskevat tietomme alkavat muinaisista egyptiläisistä tähtitieteilijöistä 2. vuosituhannella eaa. alkaen.

Babylonialaiset tähtitieteilijät tekivät yksityiskohtaisia havaintoja Marsin sijainnista ja kehittivät matemaattisia menetelmiä planeetan tulevan sijainnin ennustamiseksi. Muinaiset kreikkalaiset filosofit ja tähtitieteilijät kehittivät aurinkokuntamallin, jonka keskipisteessä oli Maan sijasta aurinko ("geosentrinen"). He käyttivät tätä mallia selittääkseen planeettojen liikkeet. Veda- ja islamilaiset tähtitieteilijät arvioivat Marsin koon ja sen etäisyyden Maasta. Samanlaista työtä tekivät myös kiinalaiset tähtitieteilijät.

Nikolai Kopernikus ehdotti 1500-luvulla aurinkokuntamallia, jossa planeetat kiertävät ympyränmuotoisia ratoja auringon ympäri. Tämä "heliosentrinen" malli oli modernin tähtitieteen alku. Sitä tarkisti Johannes Kepler, joka esitti Marsin elliptisen radan, joka sopi paremmin havaintojemme perusteella saatuihin tietoihin.

Ensimmäiset kaukoputkella tehdyt havainnot Marsista teki Galileo Galilei vuonna 1610. Vuosisadan kuluessa tähtitieteilijät havaitsivat planeetalla selviä albedo-ominaisuuksia (kirkkauden muutoksia), kuten tumman laikan ja napajäätiköt. He pystyivät määrittämään planeetan päivän (kiertoajan) ja aksiaalisen kallistuksen.

1800-luvun alkupuolella kehitettyjen parempien teleskooppien ansiosta Marsin pysyviä albedo-ominaisuuksia voitiin kartoittaa yksityiskohtaisesti. Ensimmäinen karkea kartta Marsista julkaistiin vuonna 1840, ja parempia karttoja julkaistiin vuodesta 1877 lähtien. Tähtitieteilijät luulivat virheellisesti havainneensa veden spektroskooppisen merkin Marsin ilmakehässä, ja ajatus elämästä Marsissa nousi suuren yleisön suosioon.

Marsissa on havaittu 1870-luvulta lähtien keltaisia pilviä, jotka olivat tuulen puhaltamaa hiekkaa tai pölyä. Marsin pintalämpötila mitattiin 1920-luvulla; se vaihteli välillä -85-7^o C. Planeetan ilmakehän todettiin olevan kuiva ja siinä oli vain pieniä määriä happea ja vettä. Vuonna 1947 Gerard Kuiper osoitti, että Marsin ohut ilmakehä sisälsi runsaasti hiilidioksidia, noin kaksinkertaisen määrän Maan ilmakehään verrattuna. Kansainvälinen tähtitieteellinen liitto (International Astronomical Union) määritteli Marsin pinnan piirteiden ensimmäisen vakiomuotoisen nimeämisen vuonna 1960.

1960-luvulta lähtien Marsin kiertoradalta ja pinnalta on lähetetty useita robottiavaruusaluksia ja -mönkijöitä tutkimaan Marsia. Planeettaa on tarkkailtu maa- ja avaruuslaitteilla laajalla sähkömagneettisen spektrin alueella (näkyvä valo, infrapuna ja muut). Marsista peräisin olevien meteoriittien löytyminen Maasta on mahdollistanut planeetan kemiallisten olosuhteiden tutkimisen laboratoriossa.

Marsin 'kanavat'

Vuoden 1877 opposition aikana italialainen tähtitieteilijä Giovanni Schiaparelli käytti Milanossa 22 cm:n (8,7 tuuman) teleskooppia, jonka avulla hän pystyi laatimaan ensimmäisen yksityiskohtaisen kartan Marsista. Ihmisten huomion herätti se, että kartoissa oli piirteitä, joita hän kutsui canaleiksi. Myöhemmin osoitettiin, että ne olivat optinen harha (eivät todellisia). Nämä canalit olivat oletettavasti pitkiä suoria viivoja Marsin pinnalla, joille hän antoi Maassa sijaitsevien kuuluisien jokien nimet. Hänen terminsä canali käännettiin englanniksi virheellisesti kanaviksi, ja sitä pidettiin älyllisten olentojen tekemänä.

Myös muut tähtitieteilijät uskoivat voivansa nähdä kanavia, erityisesti amerikkalainen tähtitieteilijä Percival Lowell, joka piirsi karttoja keinotekoisesta kanavaverkostosta Marsissa.

Vaikka nämä tulokset hyväksyttiin laajalti, niistä kiisteltiin. Kreikkalainen tähtitieteilijä Eugène M. Antoniadi ja englantilainen luonnontieteilijä Alfred Russel Wallace vastustivat ajatusta; Wallace oli erittäin suorasukainen. Kun suurempia ja parempia kaukoputkia alettiin käyttää, havaittiin vähemmän pitkiä, suoria canaleja. Flammarionin 84 cm:n (33 tuuman) teleskoopilla vuonna 1909 tekemässä havainnossa havaittiin epäsäännöllisiä kuvioita, mutta canaleja ei näkynyt.

Koska Mars on yksi aurinkokunnan Maata lähimpänä olevista planeetoista, monet ovat miettineet, onko Marsissa minkäänlaista elämää. Nykyään tiedämme, että jos elämää on olemassa, se olisi jokin yksinkertainen bakteerityyppinen organismi.

Meteoriitit

NASA ylläpitää luetteloa 34 Mars-meteoriitista, eli alun perin Marsista peräisin olevista meteoriiteista. Nämä esineet ovat erittäin arvokkaita, koska ne ovat ainoat Marsista saatavilla olevat fyysiset näytteet.

NASAn Johnson Space Centerissä tehdyt tutkimukset osoittavat, että ainakin kolme meteoriittia sisältää mahdollisia todisteita menneestä elämästä Marsissa fossiilisia bakteereja muistuttavien mikroskooppisten rakenteiden (niin sanottujen biomorfien) muodossa. Vaikka kerätyt tieteelliset todisteet ovat luotettavia ja kivet on kuvattu oikein, ei ole selvää, mikä sai kivet näyttämään sellaisilta kuin ne näyttävät. Tähän mennessä tutkijat yrittävät yhä sopia, onko kyseessä todella todiste yksinkertaisesta elämästä Marsissa.

Viime vuosikymmeninä tutkijat ovat olleet yhtä mieltä siitä, että kun käytetään Maasta löydettyjä muilta planeetoilta peräisin olevia meteoriitteja (tai Maahan tuotuja kiviä), tarvitaan useita asioita, jotta elämästä voidaan olla varmoja. Näitä asioita ovat mm:

1. Oliko kivi peräisin oikeasta ajasta ja paikasta planeetalla elämän olemassaololle?
2. Onko näytteessä todisteita bakteerisoluista (onko siinä jonkinlaisia fossiileja, vaikka ne olisivat hyvin pieniä)?
3. Onko merkkejä biomineraleista? (yleensä elävien olentojen aiheuttamat mineraalit)
4. Onko elämälle tyypillisiä isotooppeja havaittavissa?
5. Ovatko nämä piirteet osa meteoriittia eivätkä Maasta peräisin olevaa saastetta?

Jotta ihmiset voisivat olla yhtä mieltä geologisen näytteen menneestä elämästä, useimpien tai kaikkien näiden seikkojen on täytyttävä. Näin ei ole vielä tapahtunut, mutta tutkimukset ovat vielä kesken. Kolmesta Marsin meteoriitista löydettyjen biomorfien uudelleen tutkiminen on käynnissä.

Veden merkitys

Nestemäinen vesi on välttämätöntä elämälle ja aineenvaihdunnalle, joten jos Marsissa olisi vettä, elämän kehittymisen mahdollisuudet olisivat paremmat. Viking-kiertolaiset löysivät monilta alueilta todisteita mahdollisista jokilaaksoista, eroosiosta ja eteläisellä pallonpuoliskolla haarautuneista puroista. Sittemmin Roverit ja kiertoradat ovat myös tutkineet Marsia tarkkaan ja lopulta osoittaneet, että Marsissa oli aikoinaan vettä, jota on edelleen jäässä napajäätiköissä ja maan alla.

Tänään

Toistaiseksi tiedemiehet eivät ole löytäneet Marsista elämää, ei elävää eikä sukupuuttoon kuollutta. Useita avaruusluotaimia on käynyt Marsissa tutkimassa sitä. Jotkut ovat kiertäneet (kiertäneet) planeettaa ja jotkut ovat laskeutuneet sinne. Marsin pinnasta on olemassa kuvia, joita luotaimet ovat lähettäneet takaisin Maahan. Jotkut ihmiset ovat kiinnostuneita lähettämään astronautteja Marsiin. He voisivat tehdä parempia etsintöjä, mutta astronauttien saaminen sinne olisi vaikeaa ja kallista. Astronautit olisivat avaruudessa monta vuotta, ja se voisi olla hyvin vaarallista auringon säteilyn vuoksi. Tähän mennessä olemme lähettäneet vain miehittämättömiä luotaimia.

Tuorein planeetan luotain on Mars Science Laboratory. Se laskeutui Aeolis Palusiin Gale-kraatteriin Marsissa 6. elokuuta 2012. Se toi mukanaan liikkuvan tutkimusmatkailijan nimeltä "Curiosity". Se on kaikkien aikojen kehittynein avaruusluotain. Curiosity on kaivanut Marsin maaperää ja tutkinut sitä laboratoriossaan. Se on löytänyt rikki-, kloori- ja vesimolekyylejä.

Populaarikulttuuri

Tästä ajatuksesta on kirjoitettu kuuluisia tarinoita. Kirjailijat käyttivät Marsista tulleista älyllisistä olennoista nimeä "marsilaiset". Vuonna 1898 H. G. Wells kirjoitti kuuluisan romaanin The War of the Worlds (Maailmojen sota), jossa marsilaiset hyökkäävät Maahan. Vuonna 1938 Orson Welles lähetti radioversion tästä tarinasta Yhdysvalloissa, ja monet ihmiset luulivat, että se tapahtui todella ja pelkäsivät kovasti. Vuodesta 1912 alkaen Edgar Rice Burroughs kirjoitti useita romaaneja Marsissa tapahtuvista seikkailuista.