Когда мы смотрим на нашу планету Земля из космоса, мы видим мириады разнообразных цветов. Синее небо – это атмосфера рассеивает свет с более короткой длиной волны( синий, фиолетовый), что и придаёт ей характерный цвет. Голубые океаны – это молекулы воды лучше всего поглощающие красный свет и игнорирующие синий. Коричневые и зелёные континенты (в зависимости от количества растительности или её отсутствия), ну или белоснежные ледяные шапки – всё это наша разнообразная родина.

На Марсе доминирует один цвет:красный. Красный грунт, красные равнины и высокогорья; красные высохшие русла рек и песчаные дюны. Сама атмосфера окрашена в красноватый цвет, а единственным исключением являются ледяные шапки на полюсах планеты и редкие облака. И всё же, как ни удивительно, “краснота” Марса невероятно обманчива; копните совсем чуть-чуть и этот цвет начнёт исчезать. Итак, вот ещё одна увлекательная история про Красную(или нет) планету.

Наблюдая из космоса невозможно отрицать красный цвет Марса. На протяжении всей известной нам истории, на самых разных языках цвет Марса был его самой заметной особенностью. Мангала, санскритское слово, обозначающее Марс, – красный. Хар дешер, его древнее название по-египетски, буквально означает “красный”. И по мере того, как космическая эра набирала свои обороты, изображения планеты дали нам понять, что красным являлась не только поверхность, этим цветом окрасилась сама атмосфера.

Для атмосферы Земли характерно преобладания такого явления как рассеяние Рэлея, которое объясняет доминирование синего и голубого оттенков. Атмосфера Марса намного разреженнее и тоньше (плотность атмосферы составляет 0.7% от земной), и доминирующей силой здесь выступает количество пыли, что в итоге приводит к :

• большему поглощению коротких оптических волн (400-600 нм), чем более длинных (600+ нм),
• крупные частицы пыли (~3 микрона и более) рассеивают длинноволновый свет более эффективно, чем частицы атмосферы, рассеивающие свет с более короткой длиной волны (рэлеевское рассеяния).

Если подробно рассмотреть взвешенную в атмосфере Марса пыль и спросить: “на что она похожа“, ответ будет невероятно информативным. Просто взглянув на его спектральные свойства мы можем заметить, что пыль очень похожа на отдельные регионы Марса, которые:

• обладают высокой отражательной способностью,
• представляют собой яркие почвенные отложения,
• и богаты железом:т. е. содержат большое количество оксидов железа.

Если мы подробно рассмотрим марсианскую пыль, особенно с помощью прибора OMEGA миссии ЕSА Mars Express, мы обнаружим, что наиболее распространённым типом является пыль, представляющая собой нанокристаллические частицы красного гематита Fe₂O₃. Это небольшие частицы, размером от 3 до 45 микрон в диаметре – и это идеальный размер, для того чтобы оседлать быстрые марсианские ветра и оказаться в атмосфере планете. Этот процесс непрерывный – огромное количество пыли оказывается в атмосфере Марса, даже если это не сезон пылевых бурь.

Однако, когда мы обратим внимание на саму поверхность планеты, история станет гораздо интереснее. С тех самых пор как мы начали детально изучать поверхность Марса — сначала благодаря работе орбитальных аппаратов, а затем посадочных платформ и марсоходов, — мы стали замечать, что некоторые особенности поверхности со временем меняются. В частности, мы знаем о существовании тёмных и светлых областей на поверхности, и что самое удивительное – мы заметили, что развитие более тёмных участков происходит по определённой схеме:

• они начинают темнеть,
• они начинают покрываться пылью, и мы подозреваем что её источником являются более светлые области,
• эти участки вновь темнеют.

Долгое время причина подобного явления оставалась для нас загадкой, пока не была обнаружена небольшая закономерность – изменения происходили в тех районах, которые располагались относительно не высоко и были окружены более светлыми областями.

Это был дуэт учёных, одним из которых оказался Карл Саган, который предложил своё решение: Марс покрыт слоем этой красноватой пыли, которую ветры гонят по всей поверхности Марса. Или другими словами, красная пыль, которая доминирует в цветовой палитре Марса, представляет собой лишь поверхностный слой. В данном случае это даже не поэтический оборот речи:большая часть Марса покрыта слоем пыли толщиной всего в несколько миллиметров! Даже в регионе, где пыль наиболее плотная — крупное плато, известное как регион Tharsis, состоящее из трёх очень больших вулканов, расположенных на расстоянии всего в несколько километров от горы Олимп (которая расположена к северо — западу от плато), – его толщина, по оценкам, составляет всего 2 метра (~7 футов).

Взглянув на эти факты, вы можете задаться вопросом: имея топографическую карту Марса и карту распределения оксидов железа на поверхности планеты, сможем ли мы установить взаимосвязь? Это разумная идея, и мы рассмотрим её буквально через секунду, но не стоит забывать, что “оксид железа” не обязательно означает “пыль красного Марса”. Во-первых, оксид железа присутствует практически по всей планете:

• в пределах коры,
• обнаружен в застывших потоках лавы,
• и конечно – в марсианской пыли.

Учитывая, что атмосфера даже сегодня содержит значительное количество как углекислого газа, так и воды, существует легко доступный источник кислорода для окисления любого богатого железом материала, который будет поднят с поверхности планеты.

В результате, когда мы рассмотрим карту распределения оксидов железа — опять же, сделанную с помощью потрясающего прибора OMEGA (Mars Express) , — мы обнаружим его присутствие практически повсеместно, но что интересно – в северных и средних широтах замечено обилие железосодержащих минералов.

С другой стороны, топографическая карта Марса подсказывает нам, что высота красной планеты интересным образом варьируется, и это лишь частично коррелирует с обилием оксидов железа. Преимущественно южное полушарие находится на гораздо большей высоте, чем низменности на севере. Наибольшие “подъёмы” происходят в богатом оксидами железа регионе Tharsis , в низинах же к востоку от него содержание оксидов железа резко падает.

Здесь необходимо уточнить – красная гематитовая форма оксида железа, которая, возможно, является виновницей “покраснения” Марса, не единственная форма оксида железа. Есть также магнетит: Fe₃O₄, для которого характерен чёрный цвет. Хотя глобальная топография Марса, по-видимому, играет определённую роль в распределении оксида железа, это явно не единственный и возможно не основной фактор, играющий роль определении цвета Марса.

Итак, мелкая марсианская пыль поднимается в атмосферу планеты (низкая гравитация благоприятствует этому процессу). Эта пыль находится во взвешенном состоянии в разреженной атмосфере Марса, а такие события, как пылевые бури, могут увеличить её концентрацию. Атмосфера Марса всегда богата этой пылью; эта пыль придаёт атмосфере цвет; но цветовые особенности поверхности Марса совсем не одинаковы.

Оседание взвешенной в атмосфере пыли является ещё одним факторов, определяющих цвет поверхности различных регионов Марса. Наши посадочные аппараты и марсоходы показали неоднородность красного цвета:оранжевый оттенок поверхности, и коричневый, золотистый, зеленоватый или жёлтый цвета различных объектов и отложений.

Одним из вопросов, который все ещё остаётся открытым, – является проблема возникновения (точного механизма) мелких частиц красного гематита. Хотя существует много теорий, связанных с ролью молекулярного кислорода, или возможных реакций с участием воды или высоких температур, все они термодинамически неблагоприятны.

Для меня самыми интересными показались две-это реакции с участием перекиси водорода (H₂O₂), которая естественным образом встречается на Марсе в небольших количествах, но является очень сильным окислителем. Тот факт, что мы наблюдаем большое количество Fe₂O₃, но не обнаружили следов присутствия гидратированных минералов трёхвалентного железа, может указать нам правильный путь.

Ну и в качестве альтернативы мы могли бы получить гематит в результате обычного физического процесса:эрозии. Смешаем порошок магнетита, кварцевый песок и кварцевую пыль вместе и перемешаем их в колбе, часть магнетита превратится в гематит : “чёрная” смесь (в которой преобладает магнетит) превратится в красную, так как кварц разрушаясь, освобождает атомы кислорода, которые присоединяются к разорванным связям магнетита, образуя гематит.

Итак, в целом, “вина” за красноватый оттенок целой планеты лежит на гематите, который является красной формой оксида железа. Хотя оксиды железа довольно часто встречаются, лишь для гематита, частицы которого взвешены в атмосфере и покрывают поверхность Марса, в значительной степени характерен красный цвет. Успокоив на продолжительное время атмосферу и позволив марсианской пыли осесть, мы бы надеялись на появление так знакомого нам голубого неба. Однако нас ждёт разочарование – поскольку марсианская атмосфера настолько разрежена, небо будет казаться очень тёмным: практически чёрным, с легким голубоватым оттенком. 

Марс – это удивительная Красная планета, но лишь крошечная, ничтожная её часть отвечает за этот яркий оттенок.

Источник