Как и Земля, Марс имеет атмосферу и погоду, но они сильно отличаются от того, что мы наблюдаем на Земле. Давайте сравним: состав марсианской атмосферы значительно отличается от земной.
Атмосфера Земли состоит на 78% из азота, на 21% из кислорода, на 1,0% из аргона, на 0,04% из углекислого газа и небольшого количества других газов.
В среднем в ней также содержится около 1% водяного пара. Атмосфера Марса на 95% состоит из углекислого газа, на 3% из азота, на 1,6% из аргона, и в ней присутствуют следы кислорода, угарного газа, воды, метана и других газов, а также большое количество пыли.
Пыль, витающая в воздухе, окрашивает марсианское небо в бежевый цвет.
Воздух
По сравнению с Землей, воздух на Марсе чрезвычайно разрежен. Стандартное атмосферное давление на уровне моря на Земле составляет 1013 миллибар. На Марсе давление на поверхности меняется в течение года, но в среднем составляет от 6 до 7 миллибар.
Это менее одного процента от давления на уровне моря здесь. Чтобы ощутить такое давление на Земле, вам нужно подняться на высоту около 45 километров. (Да, вам понадобится скафандр, чтобы ходить по Марсу.) Давление на поверхности Марса также меняется в зависимости от высоты. Например, самое низкое место на Марсе находится в ударном бассейне Геллас, на высоте 7,2 км ниже уровня моря. Давление там в среднем составляет около 14 миллибар. Но на вершине Олимпа, высотой 22 км, давление составляет всего 0,7 миллибар.
Атмосферное давление на Земле также меняется с высотой, но на Марсе наблюдается сезонное колебание давления, которого нет на Земле.
Это происходит потому, что количество CO2 в атмосфере меняется в зависимости от времени года.
Самое высокое давление наблюдается в летние месяцы на юге, а самое низкое — в летние месяцы на севере. Причиной этого изменения являются разные температуры в северные и южные полярные зимы. Зимы на севере относительно теплые и короткие; южные — длинные и суровые.
Температура
Глубокий холод южной полярной зимы удаляет углекислый газ из атмосферы, замораживая его непосредственно на южной полярной шапке.
Когда температура опускается ниже –123° Цельсия (–189° Фаренгейта), CO2 замерзает в виде инея, снега или льда.
Это приводит к падению атмосферного давления по всему Марсу на 25–30%. Другими словами, атмосферное давление изменяется по мере того, как верхний слой одной полярной шапки перемещается к противоположной полярной шапке в виде воздуха, а затем возвращается обратно через полгода.
Циркуляция атмосферы Марса проще, чем на Земле, главным образом потому, что на планете нет океанов. На низких широтах преобладает движение ячеек Хэдли.
Названная в честь английского учёного Джорджа Хэдли (1685-1768), который впервые описал её на Земле, эта модель характеризуется восходящим потоком нагретого воздуха вокруг экватора. Одна часть нагретого воздуха течёт на север (а другая — на юг) примерно до 30° широты (северной и южной), где он охлаждается, опускается, а затем возвращается к экватору на поверхности.
Поток не может двигаться прямо с севера на юг из-за вращения планеты и рельефа поверхности, которые локально направляют поток. В северном полушарии эти поверхностные ветры дуют, как правило, с северо-востока, а в южном — с юго-востока.
На высоких широтах преобладают полярные воздушные массы, и ряд областей высокого и низкого давления опоясывает планету с запада на восток. Там, где они взаимодействуют с движением ячеек Хэдли, могут возникать резкие погодные фронты и даже штормы.
Однако марсианские фронтальные штормы, как правило, менее разрушительны, чем земные, потому что атмосфера там гораздо разреженнее, температура ниже, а водяного пара, несущего много энергии, очень мало.
В отличие от Земли, на Марсе в атмосфере нет озонового слоя. Это означает, что ультрафиолетовое излучение от Солнца и астрономических источников беспрепятственно достигает поверхности. Это излучение вредно для любых органических соединений, подвергающихся воздействию.
Облака
Отсутствие озонового слоя также означает, что в марсианской атмосфере нет теплого слоя, соответствующего земной стратосфере.
Помимо пылевых бурь, на Марсе есть облака, состоящие как из водяного льда, так и из частиц льда CO2. Ученые изучали их с орбиты на космических аппаратах, с Земли с помощью марсоходов и посадочных модулей, а также с Земли с помощью больших телескопов. Облака скапливаются вблизи крупных вулканов, когда над ними поднимается ветер и конденсируются частицы льда. Зимой облака также образуются над полярными регионами в виде широких дымок, которые ученые называют полярными капюшонами.
Посадочный модуль Phoenix, совершивший посадку на широте 68° северной широты, зафиксировал выпадение CO2-снега из проходящих над ним облаков. Снег сублимировал, не достигнув поверхности.
Другие посадочные модули и марсоходы также обнаружили на поверхности земли иней в виде водяного льда холодным утром. Иней быстро исчезает после восхода солнца.
