Mars on neljäs planeetta Auringosta lukien ja seitsemänneksi suurin planeetta. Sen etäisyys Auringosta on keskimäärin 227 940 000 km (1,52 AU). Marsin rata on melko oikea. Sen lyhyin etäisyys Aurinkoon on 1,32 AU (197,5 milj. km) ja suurin etäisyys 1,66 AU (248,3 milj. km). Eroa suurimman ja pienimmän etäisyyden välillä on 0,28 AU (41,89 milj. km).

Marsin halkaisija on 6 794 km ja massa 6,4219E23 kg (10,75% Maan massasta). Marsin pyörähdysaika akselinsa ympäri on 24 h 37 min 22,7 s, eli vain noin 40 min pitempi kuin Maan. Vaikkakin Mars on paljon pienempi kuin Maa, sen pinta-ala on suunnilleen sama kuin maapinta-ala Maassa.

Mars (Kreikaksi Ares) on sodan jumala. Planeetta on luultavasti saanut nimensä sen punaisen värinsä johdosta; Marsia kutsutaan joskus Punaiseksi Planeetaksi.

Marsin rakenne

Marsin eteläinen pallonpuolisko on valtaosaltaan vanhaa kraattereiden täyttämää ylämaata. Pohjoinen pallonpuolisko muodostuu tasangoista, jotka ovat matalempia ja nuorempia. Ylätasangon ja alatasangon välillä on useiden kilometrien korkeusero. Syy tähän koko Marsin laajuiseen kaksijakoisuuteen on toistaiseksi vailla selitystä.

Marsin sisustaa ei tunneta kovin hyvin. Todennäköisesti keskustassa on 1700 kilometriä säteeltään oleva tiheä ydin, jota ympäröi sula vaippa ja ylinnä on ohut kuori. Magneettikentän puuttuminen merkinnee, että ydin on kiinteä. Marsin muihin maankaltaisten planeettojen tiheyteen verrattuna matala tiheys viitannee siihen, että ytimessä on paljon rikkiä raudan lisäksi.

Merkuriuksen ja Kuun tavoin Marsista näyttää puuttuvan laattatektoniikka, sillä horisontaalisesta pinnan liikehdinnästä ei ole havaittu merkkejä kuten maapallolla on asianlaita niin yleisten kerrostuneitten vuoristojen muodossa. Lateraalisen laattaliikkeen puuttuessa kuoren alla olevat kuumat pisteet pysyvät kiinteissä paikoissa pinnan suhteen. Kun vielä gravitaatio on pinnalla vähäinen, seurauksena saattaa olla esim. Tharsiksen kaltainen pullistuma suurine tulivuorineen.

Marsin, ja samalla koko Aurinkokunnan, suurin tulivuori on Olympus Mons. Se on ympäröivää seutua 24 km ylempänä. Vuoren juuri on halkaisijaltaan 500 km ja sitä reunustaa 6 km korkea kalliorinne.

Marsissa on monin paikoin selviä todistuksia eroosiosta tulvineen ja pienine jokijärjestelmineen. Joskus menneisyydessä pinnalla on selvästikin ollut vettä. Aikoinaan Marsissa on epäilemättä ollut järviä ja ehkäpä meriäkin, mutta tästä on jo kauan ja sitä on kestänyt vain vähän aikaa; eroosiokanaalien iäksi on arvioitu neljä miljardia vuotta. Vallis Marineris ei kuitenkaan ole syntynyt virtaavan veden tuloksena, vaan siihen on syynä Tharsiksen muodostumisen aiheuttamat venymiset ja rakoilemiset Marsin pinnalla.

Marsin ilmakehä

Marsin ilmakehä on hyvin ohut, ja sen taivaalla on vain harvoin pilviä. Ilmakehä muodostuu pääasiassa hiilidioksidista (95.3%), typpestä (2.7%), argonista (1.6%) ja happesta (0.15%) sekä vedestä (0.03%).

Keskimääräinen paine Marsin pinnalla on ainoastaan noin 7 millibaaria (mikä on vähemmän kuin 1% Maan ilmanpaineesta), mutta se vaihtelee suuresti korkeuden mukaan ollen syvimpien kohtien lähes 9 millibaarista noin 1 millibaariin Olympus Monsin huipulla.

Vaikka Marsin ilmakehän tiheys onkin ainoastaan 1% maanpinnalla olevasta ilmakehän tiheydestä, Marsissa esiintyy runsaasti erilaisia säänvaihteluita. Aamutaivaalla voi nähdä tiivistyneitä pilviä, jotka katoavat päivän edetessä kun lämpötila nousee.

Eräs merkittävä sääilmiöryhmä ovat ns. pölyvihurit. Ne ovat suurehkoja pölypyörteitä jotka kuvioivat Marsin pintaa jättämällä kulkureitilleen jäljen. Marsin pölyvihurit saattavat olla jopa useiden kilometrien korkuisia.

Marsissa esiintyy myös erittäin voimakkaita tuulia sekä globaaleja pölymyrskyjä, jotka voivat peittää koko planeetan kuukausiksi. Pölymyrskyjä ei kuitenkaan esiinny joka vuosi vaan ne ilmaantuvat selvästi jaksottaisesti.

Aikojen alussa Mars oli nykyistä huomattavasti enemmän maapallon kaltainen. Maan tavoin hiilidioksidi tuli käytetyksi karbonaattikallioiden muodostamiseen, mutta laattatektoniikan puuttuessa Mars ei ole pystynyt kierrättämään hiilidioksidia takaisin ilmakehäänsä eikä siten ole kyennyt myöskään ylläpitämään kasvihuonevaikutusta. Marsin pinta on näin ollen paljon kylmempi kuin maapallon pinta olisi, jos Maa kiertäisi Aurinkoa samalla etäisyydellä kuin Mars.

Napajäätiköt

Marsissa on pysyvät napajäätiköt kummallakin pallonpuoliskolla. Napajäätiköt muodostuvat kerroksista, joissa vuorottelevat pääasiassa kiinteä hiilidioksidi ja tumma pöly. Pohjoisen pallonpuoliskon kesän aikana hiilidioksidi sublimoituu - muuttuu suoraan kiinteästä olomuodosta kaasuksi ilman nestemäistä välivaihetta - jolloin navalle jää vähäisiä määriä vesijäätä. Ei tiedetä, onko eteläisellä navalla myös vesijäätä, koska hiilidioksidijää ei siellä koskaan sula täydellisesti.

Kerrostumisilmiö napajäätiköillä voi ehkä johtua pitkäaikaisista ilmastonmuutoksista, kun Marsin ekvaattorin inklinaatio vaihtelee suhtessa ratatasoon. Ylemmillä korkeusasteilla saattaa myös olla pinnanalaista vesijäätä. Vuodenaikojen vaihtelun aiheuttamat muutokset napajäätikköjen koossa vaikuttavat globaalisesti noin 25% ilmakehän paineeseen.

Marsin ilmastonmuutos

Mars on nykyisin kuiva, kylmä ja hiilihappolumen peittämä planeetta. Sen olemassaolon aikana ovat lämpimät kaudet, tulivuoret tai eteoriittitörmäykset kuitenkin monesti sulattaneet pinnan alla olevan jäätyneen veden. Karbonaattisen veden aiheuttamat katastrofaaliset tulvat veistivät laaksoja, laukaisivat mutavyöryjä ja ehkä muodostivat jopa valtameren.

Kolme Mariner-luotainta lensi Marsin ohi 1960-luvulla. Alusten havainnot paljastivat, että Marsin ilmakehä on ohut, kylmä ja kuiva. Ohut atmosfääri muodostui lähes yksinomaan hiilidioksidista, sen ilmanpaine oli alle 1% maapallon ilmakehän paineesta maanpinnan tasolla. Marinerien kamerat eivät esitelleet kanavia, eivät vettä, eivätkä kasvillisuutta. Niiden sijaan näkyvissä oli kuunkaltainen maisema täynnä kraattereita.

Mars kiertää Aurinkoa 50% kauempana kuin Maa, joten ohuen ilmakehän peittämällä Marsilla on varsin karu ilmasto. Tyypilliset pintalämpötilat vaihtelevat ekvaattorin - 60 Celsiusasteesta napa-alueiden -123 asteeseen. Keskipäivällä Aurinko saattaa trooppisilla seuduilla sulattaa jäätä satunnaisesti, mutta nestemäinen vesi höyrystyisi välittömästi matalan ilmanpaineen vuoksi.

Hubble Avaruusteleskoopilla tehdyt havainnot ovat osoittaneet, että olosuhteet Viking-alusten laskeutumisen aikoihin eivät olleet mitenkään tyypillisiä. Marsin ilmakehä näyttää nyt sekä kylmemmältä että kuivemmalta kuin mitä Viking-laskeutujat havaitsivat.

Marsin ilmakehässä on vain vähän vettä, joten vesijäästä syntyneitä pilviä syntyy satunnaisesti, mutta enimmäkseen Marsin jää on sitä, että pölyä tai hiilidioksidia tupruttaa ympäriinsä. Talvisin jäätyneen hiilidioksidin muodostama lumimyrsky raivoaa toisen napaseudun yllä ja kertyy uutamia metrejä paksuksi lumihangeksi. Toisella navalla jäätynyt hiilidioksidi sulaa ja höyrystyy. Auringon puoleisella navalla lämpötila ei kuitenkaan ouse niin korkeaksi - vaikka Aurinko on taivaalla kaiken päivää -, että vesijää sulaisi.

On siis olemassa runsaasti todisteita siitä, että Marsissa vallitsevat kylmät ja kuivat olosuhteet, mutta vaikutelma ikuisesti jäätyneenä olleesta kuivasta planeetasta ovat hiljalleen muuttumassa.

Planeettatutkijat ovat tutkineet Marinereitten ja Vikinkien lähettämiä runsaita tietoja kuluneitten parin-kolmenkymmenen vuoden ajan ja ovat oivaltaneet, että Marsilla on ollut mutkikas säähistoria, jonka aikana on ehkä vallinnut useita lämpimiä ajanjaksoja. Tiettyinä aikoina valtaisat vesimäärät ovat virranneet planeetalla vapaana.

Elämää pakkasessa

Kanadalaiset ja uusiseelantilaiset planetologit ovat viime aikoina löytäneet kukoistavaa ja monimuotoista elämää Maan Etelänapamantereella sijaitsevasta Dry Valleysta (Suom. Kuiva laakso). Dry Valley ei ole erityisen suosiollinen elämää ajatellen, sillä laakson lämpötila ei koskaan nouse -35 asteen yläpuolelle ja sadetta siellä on turha odottaa esiintyvän missään muodossa. Erittäin kylmistä olosuhteista huolimatta laaksossa ei ole lumipeitettä jäästä nyt puhumattakaan.

Dry Valleyn hiekkakivissä n. 3-8 cm syvyydessä olevista suolapitoisista kerrostumista löytyi leviä, jotka tavallisesti elävät hyönteisissä sekä Penicillium suvun hometta. Tiedemiesten mukaan suolapitoisuus on niin korkea. että vesi säilyy jopa -50 asteen pakkasessa nestemäisenä. Vaikka nestemäistä vettä on ainoastaan vähäisiämääriä, se mahdollistaa silti levien ja bakteerien esiintymisen.

Tutkimusryhmää johtaneen kanadalaisen Ontarion yliopiston tutkijan William C. Mahaneyn mukaan Dry Valleysta löytyneet levä- ja akteerikannat ovat olleet siellä jopa miljoonia vuosia. Asian tekee mielenkiintoiseksi se, että kasvuolosuhteet muistuttavat hyvin paljon sitä, mitä Marsin pinnalla kuvitellaan olevan tällä hetkellä. Mahaney pitääkin täysin mahdollisena, että jos Marsissa joskus on ollut elämää, sitä voidaan löytää sieltä edelleenkin.

Marsin mikrobit - uhka Maalle?

Yhdysvaltain National Recearch Council (NRC) varoitti jokin aika sitten Marsissa mahdollisesti esiintyvän elämän muodostamasta vaarasta aapallolla. Vaikka elämän esiintymisen mahdollisuus Marsissa on vähäinen ja sen muodostama uhka maapallon elämälle on vieläkin ähäisempi, se ei kuitenkaan ole täysin nolla.

NRC:n mukaan Marsiin suuntautuvilla lennoilla elämän olemassa oloon on suhtauduttava vakavasti, ja sen kulkeutuminen maapallolle olisi estettävä mahdollisimman tehokkaasti. NRC:n mielestä eräs tärkeimpiä tehtäviä on etsiä elämää Marsista automaattisten luotainten avulla. Jos automaattiset luotaimet eivät löydä elämän merkkejä, miehitetyt lennot Marsiin voitaisiin aloittaa.

Ja vaikka elämän merkkejä ei vieläkään löytyisi, Maahan palaavan miehistön olisi kuitenkin vaihdettava avaruusalusta ja hylätä Marsissa käytetty alus. Maahan paluu tapahtuisi tällöin steriilillä aluksella.

NRC teki muitakin ehdotuksia toimenpiteistä, joilla miehistöt pitäisi suojata. Tällaisia olisivat mm. miehistön saaman säteilyannoksen arviointi jo
laskeutumispaikalla, myrkyllisten alkuaineiden suodattaminen (kuten 8-arvoinen kromi, joka on erittäin harvinainen Maassa), suurien rikki- ja klooripitoisuuksien aiheuttama happoisuus maaperässä ja ilmassa leijuvassa pölyssä.

Marsin pinnalla esiintyvien alkuaineiden pitoisuusmittaukset saattavat tuntua turhanpäiväisiltä seikoilta, mutta Kuuhun suuntautuneilta miehitetyiltä lennoilta kuitenkin tiedämme, että hienojakoinen pöly leviää avaruuspuvuista kaikkialle laskeutumisaluksen sisälle ja leijuu sisäilmassa. Leijuvan pölyn mukana miehistöt saattavat hengittää vaarallisia määriä mahdollisia myrkyllisiä alkuaineita, happoja tai mikrobeja.

NRC:n ehdotus ei sisältänyt toimenpidesuosituksia Marsista tuotavien näytteiden käsittelyyn. Tästä kuitenkin on jo kokemusta kuulennoilta. Näytteet tutkitaan laboratorioissa, joista mahdolliset vaaralliset mikrobit eivät pääse leviämään maapallon ekosysteemiin.

Oudot dyynimuodostelmat

Omituisia muodostelmia Marsin pinnalla olevien dyynien keskellä, merkkejä kasvillisuudestako?

Mars Global Surveyorin vuosina 1999-2001 ottamista kuvista on löytynyt dyynimuodostelmia, joissa on havaittu omituisia tummia täpliä. Kuvien pienimpien yksityiskohtien koko on 3 - 6 metriä, joten aivan pienistä täplistä ei ole kysymys. Suurimmat täplät ovat kooltaan useita satoja metrejä ja pienimpienkin koko on useampia kymmeniä metrejä.

Eors Szathmary'n (Instute for Advanced Study in Budabest) johtama Unkarilainen tiedemiesryhmä esittää teorian, että Marsin dyynialuilla havaitut tummat täplät ovat jonkinlaisen kasvillisuuden aikaansaamia. Heidän mukaansa vuodenaikaisia muutokset esiintyvät juuri siten kuin asvillisuuden virkoaminen keväällä tapahtuisi. Jään sulettua kasvit aloittavat uuden kasvun ja täplät kasvattavat kokoaan.

On kuitenkin erittäin vaikea kuvitella, että Marsin oloissa esiintyisi näin laajoja kasvikolonioita. Tutkimustulos onkin tyrmätty useilla tahoilla. Esimerkiksi Bruce Jakosky (Univesity of Colorado, Boulder) pitää ilmiötä haihtumis- ja pölyyntymisprosessin tuloksena. Mike Malin ja Ken Edgett (Malin Space Science System, San Diego) pitävät ilmiötä sulamisena ja jälleen jäätymisenä.

Marsin "kasvot"

Viking-luotainten kuvaamat "Marsin kasvot" (alla) ovat viimeisten kolmen vuosikymmenen ajan herättäneet keskustelua niin muukalais-intoilijoiden kuin tiedemiestenkin keskuudessa.

Huuhaa -juttuihin taipuvaiset ovat pitäneet niitä Maan ulkopuolisen sivilisaation muovaamina ja väittäneet, että ne olisivat todiste siitä, että Marsissa on joskus ollut "vieraita".

Viime vuosina Marsia huomattavasti Viking luotaimia tarkemmalla erotuskyvyllä kuvanneet luotaimet kuitenkin ovat osoittaneet tiedemiesten olleen oikeassa, että kyseessä ei sittenkään ole mitään sen kummallisempaa kuin ainoastaan eriskummallisesti muotoutunut kalliolohkare.

Spirit-kulkijan tutkimukset

Tammikuussa 2004 Marsiin laskeutuneen Spirit-aluksen tutkimuksia julkaistiin ensimmäisen kerran elokuun 2004 alussa Science-lehdessä, jossa oli yksitoista tutkimusraporttia Spiritin 90 ensimmäisen päivän havainnoista.

Yhdysvaltain Mars-kulkijat Spirit ja Opportunity jatkavat työtään, vaikka olosuhteet ovat vaiketuneet auringonpaisteen vähentyessä ja sään viiletessä. Molemmat ovat Marsin päiväntasaajasta hieman etelään, joten Marsin eteläpuoliskon keskitalvella elo-syyskuussa aurinkoenergian saamisessa on vaikeuksia.

Spirit on nyt ollut Marsin pinnalla jo seitsemän kuukautta, Opportunity kolme viikkoa vähemmän. Opportunity jatkaa tutkimuksia suurehkon kraaterin sisäpuolella ja etsii kohteekseen paljastuneita, kiinnostavan näköisiä kivikerroksia. Spirit kipuaa puolestaan ylöspäin Columbia-kukkuloiden rinteellä. Kukkulat kohoavat noin sata metriä ympäröivän maaston yläpuolelle ja tähän mennessä Spirit on noussut noin 9 metriä. Kulkia hidastaa sekä yhden pyörän käyttökelvottomuus että energian niukkuus. Aurinkopanelien tuotto on rinteen kallistuskulmasta riippuen jopa alle puolet maksimista. Myös vähitellen kertyvä hieno pöly on laskenut aurinkopaneleiden tuottoa.

Alun perin kummallekin kulkijalle luvattiin 90 vuorokauden toiminta-aika, joten siltä osin tavoitteet on ylitetty kirkkaasti. Myös kuljettu matka on molemmilla huomattavasti yli luvatun 600 metriä. Spiritin matkamittarissa on jo 3500 metriä ja Opportunityllakin yli 1500 metriä. Tutkimuslaitteet toimivat edelleen hyvin.

Spirit laskeutui Gusevin kraateriin, joka valittiin kohteeksi koska arveltiin sieltä löytyvän jälkiä Marsin vetisestä menneisyydestä. Kraateri on hyvin tasainen ja se on korkeampien vuorten alapuolella, joten pidettiin mahdollisena, että vuorilla oleva jää olisi sulaessaan valunut alhaalla olevalle tasangolle ja muodostanut siellä järven. Tulokset eivät kuitenkaan löytäneet tukea tälle oletukselle.

Gusevin kraaterin pinta on ohuen, muutaman sentin paksuisen tasaisen pölykerroksen peitossa ja siinä on kraatereista singonneita pieniä ja suuria kiviä. Kivien rakenne ja mineraalikoostumus sekä planeetan pintaa täplittävät lukuisat törmäyskraatterit osoittavat, että vahvimmin Marsin geologiaan tällä alueella vaikuttaneet voimat ovat vulkaaninen toiminta, tuuli sekä meteoriittitörmäykset. Kivet ovat basalttisia ja alkuperältään vulkaanisia, vaikka aktiivisia tulivuoria tai muuta vastaavaa toimintaa ei lähimailta havaittu. Ylipäänsä koko Marsissa ei ole ilmeisesti tällä hetkellä aktiivista tulivuoritoimintaa, vaikka muualla on selvempiä jälkiä entisistä
purkauskraatereista.

Kokonaan tutkijat eivät vielä sulje pois mahdollisuutta vedestä Gusevin kraaterista. Eniten siihen viittaavat kivien sisään muodostuneet kolot sekä kivien pintoihin muodostuneet kerrostumat. Niistä löytyi tiettyjä alkuaineita enemmän kuin muualta, erityisesti rikkiä, klooria ja bromia. Nämä ovat kaikki alkuaineita, joita vesi pystyy helposti irrottamaan. Samoin Marsin kamaralla makaavien kivien alapuolisilla pinnoilla oleva vaalea kerrostuma voisi selittyä alapuolelta tihkuvan veden
aiheuttamaksi.

Kivilajeista tunnistettiin oliviini, pyrokseeni, plagioglaasi, magnetiitti, ilmeniitti sekä fosfaatti. Mineraalikoostumus muistuttaa maasta löydettyjä Mars-peräisiä meteoriittikiviä joskaan kemiallinen koostumus ei ollut aivan sama. Marsin kamara toki vaihtelee alueittain ja maahan asti päätyneet meteoriitit ovat todennäköisesti aivan muualta Marsista lähtöisin. Tuulen vaikutus pinnanmuotoihin näkyi kivien ja kallion päälle kasautuneina dyyneinä ja kasautumina sekä tuulieroosiona.

Valokuvia Spiritin kamerat ovat ottaneet tuhansittain. Sekä maisemaa kuvaava panoraamakamera että mikroskooppisia ilmiöitä kuvaavat kamera ovat olleet kovassa käytössä. Marsin kaasukehää on mitattu 2000 metrin korkeuteen saakka. Sen lämpötilajakaumaa, hiukkaspitoisuutta, hiukkasten kokoa ja vesihöyrymäärää on kartoitettu.

Marsin kuut

Marsilla on ainoastaan kaksi kuuta, Phobos ja Deimos, jotka molemmat löydettiin vuonna 1877 ja ne kiertävät erittäin lähellä Marsin pintaa. Suurempi Phobos on kooltaan 27km x 21km x 19km, ja sen kiertoaika Marsin ympäri on ainoastaan 7 h 39 min. Pienempi ja kaukaisempi Deimos on kooltaan 15km x 12km x 11km. Molemmissa kuissa on kraattereita. Kuiden fotometriset ja polarimetriset ominaisuudet muistuttavat hiilikondriittityyppisten meteoriittien ominaisuuksia.

Luotaimista on mainittu lähinnä ne, jotka ovat onnistuneet tehtävässään jotenkin (täysin epäonnistuneita ei siis ole mainittu lilstassa).