1. Въведение

Великата опозиция на Марс, която наблюдавахме, ни даде важна информация: нови знания за червената планета, а така също и придобихме нови умения за наблюдение по време на многото интересни нощи. Рубиненочервеният Марс е забележителна гледка на лятното и есенното небе. Имаш чувството, че познатото, осеяно с бисери звездно небе е посетено от неочакван ярък гост. Той те кани да го погледнеш от все по-близо и тази нощ, и следващата. И по-следващата… Марс е планета, която вече не е мистерия, а добре (о)познат съсед и вече е дошло времето да бъде посетен. В този проект ние Ви показваме нашия поглед към Марс и най-добрите ни наблюдения. 22 изображения в проекта са направени от членове на екипа. Също така сме включили и 4 изображения на NASA.

_

Фиг.2:Ние наблюдаваме Марс


2. Марс – основни сведения за планетата

Марс е четвъртата планета в Слънчевата система и обикновено е наричана и Червената планета. Скалите, каменистата почва и небето имат червеникав или розов оттенък. Ясно различимият червен цвят е бил наблюдаван през цялата история на човечеството. Планетата е наречена така от древните римляни в чест на техния бог на войната. Други цивилизации са я наричали с подобни имена. Древните египтяни са кръстили планетата Хер Дешер, което е означавало “Червената”. Марс има две луни – Фобос и Деймос.


Фиг.3: Марс - фотографията е направена от Илиян Даргънов от Варна с цифрова камера

Марс в миналото. Формиране на Марс.

Също както всички други планети и други малки тела, Марс се е формирал от излишния газ, заобикалящ току-що формиралото се Слънце. По време на формирането температурата на планетата е била твърде висока и Марс е започнал да се отделя. По принцип това означава, че по-тежките молекули са потъвали към центъра, докато по-леките са оставали близо до повърхността. Това е създало желязно-никеловото ядро в центъра на планетата, но поради малкия размер на Марс и слабата му гравитация образуването му не е било така цялостно, както на по-големите планети. В мантията и в кората останали много от тежките елементи като например металите.
Периодът на марсианската геологична дейност е започнал по време на свиването и на образуването на планетата. Поради бързо развитото плътно ядро, топлината отвътре не е била способна да създаде тектонични плочи както на Земята. Вместо това циркулацията на втечнената мантия създала горещи точки, които някак си освобождавали вътрешните напрежения. Най-доброто доказателство за това е Tharsis Area, която има няколко големи вулкана, най-големите в Слънчевата система. Всъщност някога, в началото на своето съществуване, на Марс може и да е имало опит за създаване на тектонични плочи и така е създадена обширната система от каньони Valles Marineris.
Като допълнение на Tharsis Area на Марс има и още голям брой малки вулкани, повечето от които се намират в северното полукълбо. Вулканичната дейност в северните равнини практически оставя южното полукълбо недокоснато от масивна вулканична дейност.
Максимумът на вулканичната активност е бил скромен и е бил преди около 3,3 милиарда години по време на Късно-хисперианската епоха. Сега вулканите на Марс са затихнали и очевидно няма доказателства за вулканична дейност в наши дни.

Чрез проби от скали се предполага, че микроскопични организми, хиляди пъти по-малки от човешки косъм, може да са живели на Марс преди 3,6 милиарда години, когато планетата е била много по-топла и влажна, отколкото е сега. Откриването е било тема за спорове на много учени и допълнителни изследвания в момента се опитват да намерят доказателства за приемането или отхвърлянето на тезата.
Преди началото на космическата ера, Марс е бил смятан за най-добрия кандидат за откриване на извънземен живот. Астрономите са считали, че са видели прави линии, пресичащи и обхващащи повърхността му. Това довело до популярното вярване, че напоителни канали са били конструирани от интелигентни същества.

Фиг.4
Микроскопични организми(NASA)

Как учените са придобивали информация за Марс?

Безстрашни астрономи са се взирали в Марс от времето на Галилей. Италианският астроном виждал планетата малка през неговия примитивен телескоп, но той мислел, че е забелязал планетата във фаза, следствие от хелиоцентричната теория на Коперник. Друг италианец, Франческо Фонтана, предполагал, че Марс е триъгълна скала с черно петно в центъра си, но Кристиан Хюйгенс от Холандия бил първият човек, който е видял опреден детайл на повърхността му.
Наблюдавайки планетата на 28 ноември 1659г., той забелязал региона, който сега наричаме Syrtis Major. Италиано-френският учен Джовани Касини картографирал достатъчно детайли по повърхността й и успял да пресметне периода на въртене на планетата около нейната ос, както и наклонът й. И двата показателя били забележително близки до земните.
Тези астрономи трябвало да се справят с лошата оптика и ограничените полета. Като резултат още няколко значими наблюдения били извършени през следващия век.
В края на XVIII век англичанинът Уилям Хершел и Йохан Шрьодер от Германия насочили вниманието си към Марс. Шрьодер направил първите истински карти, съдържащи детайли от повърхността и двамата наблюдатели забелязали формата и морско-зоналните вариации на полярните шапки.

Марс в наши дни


Фиг. 5 Първите изображения на Марс, направени в България от Илиян Даргънов с цифрова камера

Въпреки, че Марс е по-малък и по-студен от Земята, той е твърде подобен на нашата планета. Замразена или дори вода в течно състояние може да съществува под червената марсианска почва – може би предлагаща условия за живот на организми.
Марс изглежда червен, защото желязото, съдържащо се в почвата на повърхността, е реагирало с малкото количество кислород, останал в атмосферата на Марс, и се получила ръжда. Повърхността му е покрита с изгаснали вулкани и с един голям каньон. Най-големият вулкан – Олимп, може би е и най-големият вулкан в Слънчевата система. Той се извисява на 27 km (17 мили) над заобикалящата го пустиня.
Няколко малки облачета все още осейват марсианското небе и учените смятат, че замръзнала или вода в течно състояние може да е скрита под повърхността. Въпреки, че е малко възможно, водата може да осигурява среда на живот на прости форми, подобни на тези, намерени в ледовете на Антарктида на Земята.
Марс прилича на Земята повече отколкото всяка друга планета в нашата слънчева система, но въпреки това е и твърде различна. Трябва да носите скафандър, за да имате въздух и да ви защитава от слънчевите лъчи, защото тънката атмосфера на планетата не блокира вредната слънчева радиация. Скафандърът ви ще ви защитава и от смразяващия студ – температурите на Марс рядко се покачват над 0?C, а и могат да паднат до -161?С (-220?F). Също така ще се нуждаете и от вода и кислород, но ако сте взели подходящо оборудване бихте могли да си ги набавите от въздуха или от почвата.


Фиг.6: Статистика на Марс

Атмосфера

Атмосферата на Марс е много по-различна от тази на Земята. Съставена е главно от въглероден диоксид и малко количество от други газове. Шестте най-често срещани компонента в атмосферата са:
• Въглероден диоксид (СО2): 95,32%
• Азот (N2): 2,7%
• Аргон (Ar): 1,6%
• Кислород (О2): 0,13%
• Вода (Н2О): 0,03%
• Неон (Ne): 0,00025%

Температура и налягане


Средно измерената температура на Марс е -63oС (-81oF) с максимална температура от 20oС (68oF) и минимална от -140oС (-220oF).
Барометричното налягане варира в зависимост от мястото за приземяване на сондата и от полугодието. Въглеродният диоксид формира голямо покритие от сняг и след това отново се изпарява с началото на пролетта във всяко полукълбо.

Характерни особености от повърхността на Марс


Фиг. 7: Изображението е направено от Илиян Даргънов. Зоните са отъждествени от Христо Стоев.
Тъмните полета по повърхността на Марс се наричат “морета” или “особености на албедото”. Някога те са били смятани за огромни езера, океани, растителност, но през 1970г. космическите сонди показали, че това са обширни територии, осеяни с прах и скали. Понякога атмосферни вихри носят прах, като в резултат променят сезонно или за по-дълъг период от време тези полета. Тези детайли стават по-тъмни по време на ранната марсианска пролет така, че “затъмнителна вълна” помита всичко от разтопяващата се полярна шапка към екватора.
Светли и тъмно детайли по повърхността изменят албедото и цветния си контраст ежедневно и по-бавно при смяната на сезоните. Сезонните отклонения обикновено са предвидими, но по-продължителни промени са непредвидими.

Като изключим Земята, Марс има най-разнообразния и интересен релеф от всяка от планетите от земен тип:
- Връх Олимп – най-голямата планина в Слънчевата система, издигащ се на 24 km (78,000 фута) над заобикалящата го равнина. Основата му е повече от 500 km в диаметър и е оградена от стръмни скали, високи 6 km (20,000 фута).
- Tharsis – огромна издатина на марсианската повърхност, която е дълга около 4000 km и висока 10 km.
- Valles Marineris – система от каньони, дълга 4000 km и дълбока от 2 до 7 km (началото на страницата).
- Hellas Plantia – кратер, създаден при сблъсък, в южното полукълбо, дълбок над 6 km и с диаметър 2000 km.

Марс в бъдещето

Досега космическите изследвания са били провеждани от човешки експедиции или от роботи. Учените изстрелват сонди до отдалечени светове да събират научна информация. По-близо до вкъщи, хора редовно пътуват до околоземна орбита и са покорили Луната.
Учените се надяват да изпратят сонда до червената планета, която да се върне след това, в следващите няколко години от десетилетието (най-вероятно около 2005г.) и има предположения, че мисия с хора, почти сигурно, че ще бъде международно сътрудничество, може да бъде изстреляна след около 20 години. Много учени смятат, че пилотиран полет е неизбежен. Сега, след като сме проучили Луната, червената планета изглежда, че ще бъде следващата логическа стъпка в нашето изучаване на Слънчевата система.
Роботизираните мисии са сравнително евтини, струващи средно около няколкостотин милиона долара. За разлика от тях, пилотираните полети са изключително скъпи. За да отидат първите хора на Луната, мисията е струвала около 5% от годишния федерален бюджет и е отнела около десетилетие, за да бъде завършена. Цената за човешка експедиция до Марс – цел, която провокира широк публичен интерес – би струвала десетки милиарди долари и ще й е нужно поне още едно десетилетие.
Марс дава зелена светлина за изследване – от роботи или от хора. Вместо да се спори за това кой вариант е за предпочитане, трети подход запълва празнината. Планетарното общество е нарекло този подход Mars Outpost.
Mars Outpost ще се състои от специално избрани места за проучване на Червената планета, оборудвани с постоянни комуникации, навигационни системи и други технологии, за да поддържат постоянните мисии на роботите и, най-вече, заради участието на всички хора.
Хора ще пътуват до Марс, просто не знаем кога. Следващата стъпка към реализирането на тази мечта би могла да бъде на борда на Международната Космическа Станция – там може да се провеждат изследвания за здравословното състояние на хора в космоса за продължителни периоди и подготовката им за дългата и тежка експедиция към Марс. Станцията може да бъде използвана също така и да се подготвят технологии за създаване на естествена среда на марсианския екипаж.


3. Великото противостояние на Марс


Фиг. 8: Космическият телескоп Хъбъл на NASA е заснел този портрет на Марс по време на най-голямото приближаване към Земята.
Нито веднъж от 59000 години насам Марс не е бил на толкова близко разстояние до Земята както през август 2003 г.! Винаги интригуващ свят, Марс е предлагал както на любители, така и сериозни наблюдатели много предизвикателства и удоволствия. Той също така даде на астрономите лаборатория, където да изучават атмосферата и повърхността на друга планета, включвайки поведението на кондензаторите и техния ефект върху атмосферата и повърхността. Марс е подобен на Земята в това, че има четири сезона, променливи метеорологични особености, разтопяващи се и замръзващи полярни шапки, гръмотевични облаци от втечнен лед, пясъчни бури и различни особености по повърхността, които променят цвета и формата си и очевидно се придвижват по повърхността за голям период от време. Земята и Марс бързо се приближаваха един към друг. На 27 август 2003г. – датата на най-голямото сближаване, двата свята бяха отдалечени на 56 млн. km. Това е голямо разстояние , спрямо земните стандарти, но кратка дистанция спрямо мащаба на Слънчевата система.
По време на Великото противостояние Марс беше видим дори и с просто око. През август Марс можеше да се види на сутрешното небе като ярка, непремигваща и изключително червена звезда. Само Венера, която беше близо до Слънцето, беше по-ярка.

Цикълът на опозиции

На 27 август срещата с Марс беше най-близката за последните 60000 години. Марс и Земята са били почти толкова близо много пъти в съвременната история.


Фиг.9: Дати на опозиции

Астрономите наричат тези близки срещи перихелиеви опозиции. Перихелиев означава, че Марс е близо до перихелий – най-близкото му приближаване до Слънцето. (Орбитата на Марс, както и всички планети, е елипса, така че разстоянието между Слънцето и Марс варира.) Опозиция означава, че Слънцето, Земята и Марс лежат на една линия, като Земята е в средата. Марс и Слънцето са в противоположните страни на небесната сфера. Когато Марс е в опозиция и в перихелий – по едно и също време – той е много близо до Земята.
Като общо правило, видимостта започва, когато планетата излезе от ярките лъчи на Слънцето малко след съединение. В началото на видимостта си външна планета, каквато е Марс, изгрява на източното или утринно небе и залязва поради въртенето на Земята на западното или вечерно небе. Но на практика, качествени наблюдения с телескоп са възможни чак когато видимият диаметър на марсианския диск е над 6 дъгови секунди (6’’).
Опозиция се случва около 390 дни след съединението, когато Марс е на противоположната страна на Земята от Слънцето. По това време двете планети лежат почти на една линия спрямо Слънцето и около 33 дни след това сближаването свършва. Също така трябва да се отбележи, че най-голямото сближаване на Земята и Марс не е задължително да съвпадне с времето на опозиция, то варира до две седмици.
Марс ще остане видим за още 300 дни (приблизително) след опозицията и след това отново ще се загуби в блясъка на Слънцето, като приближава до следващото съединение. Цикълът е завършен за 780 земни дни.

Характеристики на видимостта през 2003 г.


Фиг. 10: Марс в опозиция (NASA)
Въпреки, че на 27 август беше най-добрата перихелиева опозиция от времето на неандерталците, тя едва се различаваше от другите по-скорошни противостояния. Това е добре, защото всички перихелиеви противостояния са грандиозни.
Почти за пет седмици през 2003 година, от 10 август до 14 септември, видимият диаметър на Червената планета беше около 25 дъгови секунди, по-голям, отколкото е бил когато и да е през последните 15 години. На 1 юни Марс беше с диаметър 12,5’’ и светеше като звезда от –1m (звездна величина). На 27 август той беше два пъти по-голям и шест пъти по-ярък.
Марс беше на разстояние 0,37271 астрономически единици (AU) или на 55 756 622 km (34,649,589 мили) от Земята при най-голямото сближаване. [Бележка: една (1) AU се равнява на 149 597 870 km или на 92,955,621 мили] Видимостта на Марс през 2003 година се счита за перихелиева, защото орбиталната дългота на опозицията ще бъде в перихелиевата дългота 250? Ls (Ls ще бъде обяснено по-късно.) Най-голямото сближаване се случи на 27 август 2003 г. (248,9? Ls) с видим диаметър на диска на планетата 25,11’’. Опозицията се случи на следващия ден, на 28 август (249,5? Ls) без видима разлика в диаметъра. Наблюдаемият диаметър на диска беше повече от 6 дъгови секунди, започвайки на 25 февруари 2003 г. и не падна под тази стойност до 18 февруари 2004г.

4. Сравнение на Марс и Земята

Извършване на наблюдения на Марс


Фиг.11:Марс - фотографията е направена от Надежда и Христо в web камера

Наблюденията на противостояния са същите, както и обикновените наблюдения на планети. Ето защо дори и с малък телескоп хората могат да видят много детайли. Но дори по време на противостояние, наблюдателите се нуждаят от увеличение повече от 50 пъти. Да се направят снимки на Марс не е по-трудно от това да се снимат други планети. За добра снимка наблюдателят трябва да използва по-голямо фокусно разстояние, което може да се постигне с леща на Барлоу. Хората могат да правят снимки и с фотоапарат, който е поставен до окуляра на телескопа. Ако наблюдателят реши да използва този метод, по-добре ще е ако използва цифров фотоапарат. Много е важно всяко визуално или фотографско наблюдение (включително и CCD изображения) да бъде придружено със запис на датата и часа на наблюдението и/или снимката и да не се разчита на паметта за следващия ден.

Древното изкуство на визуалните наблюдения с телескоп все още е най-удобното средство за съвременния астроном и е силата на астронома любител.
Модерните технологии като CCD и цифрови камери изключително много са увеличили ефективността дори и на малките телескопи, които в миналото са били смятани за неподходящи за сериозни планетарни наблюдения. В допълнение, обработките на изображенията често могат да компенсират дори и фактори като нисък контраст, лош цветен баланс, детайлност. Друг плюс е, че тъй като CCD и цифровите камери могат да направят снимките много по-бързо от конвенционалните фотографски техники, много по-малка е вероятността атмосферната турболенция да провали резултатите.
Напоследък много любители използват web-камери за заснимане на планети. Наистина тези евтини малки устройства изискват компютър, но са сравнително лесни за употреба и с евтин (или дори безплатен!) софтуер те могат да направят изображения на Марс, спиращи дъха. Предлагаме на любители, които биха желали да заснемат Марс за първи път, да се опитат да използват web-камера.

5.Нашите наблюдения на Марс

Великото противостояние беше главната ни задача за лятната ни работа. Наблюденията бяха изключително интересни и вълнуващи. Научихме много нови неща за планетата Марс и за различните начини на наблюдение на планетата. Това беше първият път, когато използвахме web-камера за наблюденията ни. Много добре изучихме релефа на Марс и отъждествихме зоните на нашите изображения.

Наблюдателните ни места:

Наблюдавахме Великото противостояние от две места – астрономическата обсерватория във Варна и Националната Астрономическа обсерватория “Рожен” (?=41?41’35” N; ?=24?44’38” E; надморска височина – 1759м).(http://www.astro.bas.bg/). Всички участници в проекта извършихме CCD наблюдения на Марс от Националната Астрономическа обсерватория “Рожен” през август и септември. Основното ни наблюдателно място беше Астрономическата обсерватория във Варна – оттам Надежда Любомирова и Христо Стоев наблюдаваха планетата през август, септември и октомври. Започнахме да фотографираме Марс с web-камера и телескоп в началото на август 2003г. и все още правим снимки на Марс. Антон Илиев направи чудесни зарисовки на Марс от НАО “Рожен” на специални бланки.

Наблюдателното ни оборудване и софтуер


Фиг.12: Шмидт телескоп в НАО-Рожен
В Националната Астрономическа обсерватория “Рожен” използвахме50/70 Шмидт телескоп със CCD ST8 и 60 cm Касегрен телескоп. Използвахме софтуерът CCDOPS, който е софтуерът на ST8.
С Шмидт телескопа направихме CCD изображения на Марс.
С 60 cm Касегрен телескоп Антон направи зарисовки на Марс.

Фиг. 13: 60 cm Касегрен телескоп

В астрономическата обсерватория във Варна използвахме 200mm f/5 Нютон телескоп. Направихме изображения с web-камера. Тя беше много обикновена – Philips ToUcam и изображението беше с резолюция 320х240. За щастие лещата на камерата можеше да се махне и ние снимахме в главния фокус на телескопа. Използвахме окуляр, за да увеличим изображението. За записване и обработка на изображенията използвахме две програми, които намерихме в Интернет – Registax и Astro Snap. Не правихме отделни снимки, а филмчета с няколкостотин кадъра. Програмата избираше най-добрите от тях, обработваше ги и крайният резултат беше много добро изображение на Марс.


Фиг.14: Софтуерът на web камерата (едно от изображенията на Марс по време на нашите наблюдения)

Нашите наблюдения на Марс

Визуалните ни наблюдения на Марс

Антон Илиев направи визуални наблюдения на Марс. Той наблюдаваше Марс с 60cm Касегрен телескоп от НАО “Рожен” и направи зарисовки.
Тук са някои от неговите зарисовки.

Фиг.15 Фиг.16

CCD наблюденията ни на Марс

Цялата група: Веселка Радева, Антон Илиев, Надежда Радева и Христо Стоев наблюдаваха Марс с 50/70 Шмидт телескоп със CCD ST8 от НАО “Рожен” на 4,5 и 6 август и 5 септември 2003г. Когато обработихме изображенията със софтуера на камерата и изчистихме тъмното поле, получихме следните изображения:

Фиг. 17: Марс през Шмидт телескопа + CCD ST8 (всички изображения са с експозиция 1sec с U,B,V и R филтри)

Image 1: Mars on 08/06/2003

Image 2: Mars on 08/05/2003

Image 3: Mars on 09/05/2003

Наблюденията ни на Марс с web-камера:
По време на всички ясни нощи през август, септември и октомври ние извършвахме наблюдения на Марс с 200 mm f/5 Нютон телескоп с web-камера Philips ToUcam. Камерата беше прикрепена към телескопа. Правехме 5 до 10 филмчета на Марс всяка вечер. Тези филмчета бяха обработвани със специален софтуер, който ни беше препоръчан от опитни наблюдатели на Марс от Интернет.
Това са някои от най-добрите изображения на Марс, които получихме:


Fig.18: Photos of Mars made by the team of the project with a web camera

Изображенията бяха разгледани много внимателно от Христо Стоев и той разпозна големите региони на марсианската повърхност. Очаквахме да видим прашна буря, но за щастие повърхността не беше скрита от пясъчните бури, които са често явление за тази планета.

6. Заключение

Великата опозиция на Марс беше необикновено астрономическо събитие. Научихме много нови неща за червената планета. Научихме се как да наблюдаваме планетите, в този случай – Марс, използвайки телескопи със CCDи с нашите малки web-камери от нашите компютри. Изображенията, които получихме, ни показаха един далечен и мистериозен свят, който се приближаваше и ние го опознавахме по-добре. Извършихме нашите наблюдения в компанията на много ученици и граждани, които искаха да погледнат към червената планета. По този начин ние споделихме нашата радост от успешните наблюдения с много хора, публикувахме нашите наблюдения във вестник “Телескоп”, те бяха показани по телевизионните канали. Марс беше изключително интересен обект за нашите наблюдения и сега планираме да наблюдаваме Юпитер и Сатурн по същия начин. Ако сме провокирали Вашия интерес за извършване на наблюдения, ще смятаме, че сме намерили нови съмишленици. Ако не сме успели да обясним нещо или имате въпроси, пишете ни по e-mail! Ще се радваме да обменим информация, наблюдения, впечатления от наблюдения на планети с телескоп, с web-камера и с компютър! Желаем ви ясно небе и чиста оптика! :-)

7. Литература
http://www.student.oulu.fi/~jkorteni/space/mars/history/
http://www.solarviews.com/eng/mars.htm
http://www.planetary.org/html/news/articlearchive/headlines/2001/marsoutposts.html
http://www.cbc.ca/news/indepth/mars/life.html
http://quest.arc.nasa.gov/mars/ask/humans-on-mars/
Magazine Astronomy August 2003
Magazine Teleskop August 2003
http://www.astronomy.hit.bg
http://members.rogers.com/ggaherty/marstoolkit.htm
http://www.lpl.arizona.edu/~rhill/alpo/mars.html
http://members.rogers.com/ggaherty/Marsobservingform.pdf
http://science.nasa.gov/headlines/y2003/18jun_approachingmars.htm
http://spaceflightnow.com/news/n0308/27marshubble/

В процеса на наблюденията получихме ценно съдействие от много хора. Искаме да благодарим на Борислав Петров (Астроклуб “Канопус”), който ни разреши да използваме 20cm телескоп, изработен лично от него. Нашите благодарности и към Илиян Даргънов (Астроклуб “Канопус”), който ни даде някои от неговите чудесни фотографии на Марс, направени с цифровата му камера. Бихме желали да благодарим и на астрономите от Националната Астрономическа обсерватория “Рожен” за възможността, която ни предоставиха да работим с телескопите.

За контакти:

Група:
Надежда Любомирова
(web-design)
nadezhdaradeva@yahoo.com
Христо Стоев
stoev_ch@yahoo.com
Антон Илиев
darkelv@abv.bg
Ръководител:
Веселка Радева
Астрономическа обсерватория, Варна, България
radevi@mnet.bg

 

1