Γεωγραφία του Άρη

Η γεωγραφία του Άρη, επίσης γνωστή ως αρειογραφία, περιλαμβάνει τη διάκριση και τον χαρακτηρισμό των περιοχών του Άρη. Εστιάζει στη φυσική γεωγραφία του· δηλαδή την κατανομή χαρακτηριστικών μορφών σε όλον τον Άρη και τις χαρτογραφικές αναπαραστάσεις τους.

 Οι πρώτες παρατηρήσεις του Άρη έγιναν με επίγεια τηλεσκόπια. Η ιστορία των παρατηρήσεων αυτών χαρακτηρίζεται από τις αντιθέσεις του Άρη, όταν ο πλανήτης είναι εγγύτερα στη Γη και ως εκ τούτου καλύτερα ορατός, ανά διετία. Οι περιηλιακές αντιθέσεις του Άρη, κάθε 16 χρόνια, είναι η περίοδος που βρίσκεται εγγύτερα στο περιήλιο και τη Γη. Τον Σεπτέμβριο του 1877 (περιηλιακή αντίθεση του Άρη της 5ης Σεπτεμβρίου), ο Ιταλός αστρονόμος Τζιοβάνι Σκιαπαρέλι δημοσίευσε τον πρώτο λεπτομερή χάρτη του Άρη. Οι χάρτες περιείχαν μορφές που ονόμασε canali («κανάλια»), που αργότερα αποδείχθηκε ότι ήταν οπτική ψευδαίσθηση. Τα κανάλι ήταν υποτιθέμενες μακριές ευθείες γραμμές στην επιφάνεια του Άρη στις οποίες έδωσε τα ονόματα διάσημων γήινων ποταμών. Η ορολογία του παρερμηνεύτηκε ως κανάλια που συζητήθηκε ως θέμα αρειανών καναλιών. Βάσει των παρατηρήσεων, για πολύ καιρό πιστευόταν ότι στον Άρη υπάρχουν απέραντες θάλασσες και βλάστηση. Περί το 1960, όταν διαστημόπλοια έφτασαν στον πλανήτη με τις αποστολές του Μάρινερ του NASA οι μύθοι διαλύθηκαν. Ορισμένοι Αρειανοί χάρτες έγιναν βάσει δεδομένων αυτών τον αποστολών, και κατόπιν της αποστολής του Αρειανού Πλανητικού Τοπογράφου (Mars Global Surveyor) κατά την περίοδο 1996 - 2006 λήφθηκαν εξαιρετικά λεπτομερείς χάρτες. Οι χάρτες είναι πλέον διαθέσιμοι στη διαδικτυακή σελίδα http://www.google.com/mars/ Το Αμερικανικό Γεωδυναμικό Ινστιτούτο διακρίνει τριάντα χαρτογραφικά τετράπλευρα για την επιφάνεια του Άρη, όπως φαίνεται κατωτέρω. Η γεωγραφία του πλανήτη είναι ποικιλόμορφη. Η διχοτόμηση της αρειανής τοπογραφίας είναι εμφανής: οι βόρειες πεδιάδες, ισοπεδωμένες από ροές λάβας, διακρίνονται καθαρά από τα νότια υψίπεδα με λάκκους και κρατήρες από αρχαίες προσκρούσεις. Η επιφάνεια του Άρη, όπως φαίνεται από τη Γη, διακρίνεται σε δύο είδη περιοχών, με διαφορετικά αλβέδα. Οι πιο ανοιχτόχρωμες περιοχές, καλυμμένες με σκόνη και άμμο εμπλουτισμένη σε ερυθρά οξείδια του σιδήρου, κάποτε θεωρούνταν αρειανές «ήπειροι» και ονομάστηκαν ανάλογα «Αραμπία Τέρρα» (Αραβική Γη) ή «Αμαζόνις Πλανίτια» (Πεδιάδα Αμαζονίας). Οι σκοτεινές περιοχές θεωρούνταν θάλασσες, και ονομάστηκαν ανάλογα Ερυθρά θάλασσα, Σειρήνια θάλασσα και Κόλπος της Αυγής (Ορόρα Σίνους. Η σκοτεινότερη περιοχή που φαίνεται από τη Γη είναι το υψίπεδο Μεγάλη Σύρτις. Το ασπιδοειδές ηφαίστειο Όρος Όλυμπος υψώνεται 22 χιλιόμετρα υπεράνω της περιβάλλουσας ηφαιστειακής πεδιάδας, και είναι το υψηλότερο βουνό σε όλους τους πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος. Βρίσκεται στη μεγάλη ορεινή περιοχή που ονομάζεται Θαρσίς, μαζί με άλλα μεγάλα ηφαίστεια. Στην ίδια περιοχή βρίσκεται το μεγαλύτερο σύστημα από φαράγγια του Ηλιακού Συστήματος, την Κοιλάδα του Μάρινερ (Valles Marineris), μήκους 4.000 χλμ. και βάθους 7 χλμ. Στην επιφάνεια του Άρη υπάρχουν αναρίθμητοι κρατήρες, εκ των οποίων διακρίνεται η Λεκάνη πρόσκρουσης Ελλάς. Στον πλανήτη υπάρχουν δύο μόνιμα παγωμένοι πόλοι, ο βόρειος βρίσκεται στη Βόρεια Πολική Πεδιάδα και ο νότιος στη Νότια Πολική Πεδιάδα. Το υψηλότερο και χαμηλότερο σημείο του πλανήτη διαφέρουν κατά περίπου 30 χλμ. (η κορυφή του όρους Όλυμπος σε υψόμετρο 21,2 χλμ. και ο βυθός της λεκάνης Ελλάς σε αρνητικό υψόμετρο 8,2 χλμ.). Συγκριτικά, η ομόλογη διαφορά στη Γη (μεταξύ Έβερεστ και της Τάφρου των Μαριανών) είναι μόνο 19,7 χλμ. Σε συνδυασμό με τις διαφορετικές πλανητικές ακτίνες, σημαίνει ότι ο Άρης είναι σχεδόν τρεις φορές «τραχύτερος» από τη Γη. Η Διεθνούς Αστρονομικής Ένωσης Ομάδα Εργασίας για την Ονοματολογία του Πλανητικού Συστήματος ονόμασε πολλές από τις περιοχές του Άρη. Στη Γη, το μηδενικό υψόμετρο βρίσκεται στο επίπεδο της θάλασσας. Στον Άρη δεν υπάρχουν ωκεανοί και «επίπεδο θάλασσας», οπότε αυθαίρετα ορίστηκε γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς με επίπεδο μηδενικού υψόμετρου για τη χαρτογράφηση της επιφάνειας. Το επίπεδο ορίστηκε σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση. Από την αποστολή του Μάρινερ 9 έως το 2001, η πίεση επιλογής ήταν τα 610,5 Pa (6,105 mbar), βάσει του ότι υπό αυτής της πίεσης το υγρό νερό είναι πάντα ασταθές (δηλαδή πρόκειται για το τριπλό σημείο του νερού). Αυτή η τιμή ισούται με το 0,6% της πίεσης στο επίπεδο της θάλασσας στη Γη. Σημειώνεται ότι η επιλογή αυτής της τιμής δεν σημαίνει ότι υπάρχει υγρό νερό σε χαμηλότερα υψόμετρα, αλλά ότι θα υπήρχε αν η θερμοκρασία υπέρβαινε τους 0,01 βαθμούς °C. Το 2001, τα δεδομένα του υψομετρητή του Mars Orbiter οδήγησαν σε νέα σύμβαση για το μηδενικό υψόμετρο, που ορίστηκε ως η ισοδυναμική επιφάνεια (βαρυτική και περιστροφική) της οποίας η μέση τιμή στον ισημερινό ισούται με τη μέση ακτίνα του πλανήτη. Ο αρειανός ισημερινός ορίστηκε από την περιστροφή του πλανήτη, ενώ η θέση του πρώτου μεσημβρινού καθορίστηκε όπως και της Γης, με επιλογή ενός αυθαίρετου σημείου, που αργότερα έγινε δεκτό από τους παρατηρητές. Οι γερμανοί αστρονόμοι Βίλχελμ Μπηρ και Γιόχαν Χέινριχ Μάντλερ επέλεξαν μία μικρή κυκλική περιοχή στο Σίνους Μεριντιάνι για σημείο αναφοράς όταν σχεδίασαν τον πρώτο σχηματικό χάρτη του Άρη το 1830-1832. Το 1877 ο Ιταλός αστρονόμος Τζιοβάνι Σκιαπαρέλι αποδέχτηκε την επιλογή όταν άρχισε να εργάζεται στους χάρτες του. Το 1909 οι υπεύθυνοι της εφημερίδας αποφάσισαν ότι ήταν πιο σημαντικό να διατηρηθεί η συνέχεια των εφημερίδων ως οδηγών για τις παρατηρήσεις και αυτός ο ορισμός «σχεδόν εγκαταλείφθηκε».Με τις εικόνες του διαστημόπλοιου Μάρινερ το 1972, η ομάδα Γεωδαισίας/Χαρτογραφίας Μάρινερ 9 πρότεινε για σημείο διέλευσης του πρώτου μεσημβρινού το κέντρο ενός μικρού κρατήρα διαμέτρου 500 μέτρων (με την ονομασία Αίρυ-0), που βρίσκεται στον Σίνους Μεριντιάνι κατά μήκος της μεσημβρινής γραμμής των Μπήρ και Μάντλερ, οπότε ορίστηκε το 0,0° γεωγραφικό μήκος με ακρίβεια 0,001°. Το πρότυπο χρησιμοποιήθηκε ως πλανητογραφικό σημείο ελέγχου του διαδικτύου που αναπτύχθηκε από τον Μέρτον Ντάβιες του RAND Corporation.Όταν με ραδιομετρικές τεχνικές αυξήθηκε η ακρίβεια των παρατηρήσεων, ο κρατήρας διαμέτρου 500 μ. θεωρήθηκε ακατάλληλος για ακριβείς μετρήσεις. Η IAU Ομάδα Εργασίας για Χαρτογραφικές Συντεταγμένες και Περιστροφικά Στοιχεία πρότεινε τη χρήση των συντεταγμένων προσγείωσης του Βίκινγκ 1 για τον ορισμό του πρότυπου μήκους 47,95137° δυτικά. Βάσει του ορισμού, η θέση του κέντρου διατηρήθηκε στο Αίρυ-0 σε 0° γεωγραφικό μήκος, με ανεκτά όρια ανοχής και χαρτογραφικής αβεβαιότητας. Στην αρειανή τοπογραφία διακρίνεται μία διχοτομία ανάμεσα στο βόρειο και το νότιο ημισφαίριο. Το βόρειο ημισφαίριο είναι ως επί το πλείστον επίπεδο, με λίγους κρατήρες πρόσκρουσης, και βρίσκεται υπό του μηδενικού υψομέτρου. Αντίθετα, στο νότιο ημισφαίριο υπάρχουν βουνά και υψίπεδα, κύρια σε μεγάλα υψόμετρα. Τα δύο ημισφαίρια διαφέρουν υψομετρικά κατά 1 έως 3 χλμ. Η οριοθετική γραμμή μεταξύ των δύο περιοχών είναι ιδιαίτερου γεωλογικού ενδιαφέροντος. Χαρακτηριστική μορφή είναι το διχασμένο έδαφος, με εξογκώματα και επίπεδες κοιλάδες περικλεισμένες από πανύψηλες πλαγιές. Υπάρχουν μεγάλες κοιλάδες με ποτάμια και κανάλια εκροής που διαπερνούν τη διχοτόμηση. Τα βόρεια πεδινά αποτελούν το ένα τρίτο της αρειανής επιφάνειας και είναι σχετικά επίπεδα με περιστασιακούς κρατήρες πρόσκρουσης. Τα άλλα δύο τρίτα της επιφάνειας είναι τα νότια υψίπεδα. Η υψομετρική διαφορά μεταξύ των ημισφαιρίων είναι δραματική. Από την πυκνότητα των κρατήρων πρόσκρουσης, οι επιστήμονες υποθέτουν ότι το νότιο ημισφαίριο είναι πολύ παλαιότερο από τις βόρειες πεδιάδες. Πολλές από τις νότιες περιοχές χρονολογούνται από τη νοάχεια περίοδο, με τον βομβαρδισμό προσκρούσεων. Έχουν προταθεί διάφορες θεωρίες για να εξηγηθούν οι διαφορές, με τρεις επικρατούσες: την ενιαία μεγα-πρόσκρουση, τη θεωρία πολλαπλών προσκρούσεων και τη θεωρία των ενδογενών διεργασιών, όπως της μεταγωγής του μανδύα. Οι δύο υποθέσεις πρόσκρουσης αφορούν συμβάντα πρό της λήξης του αρχέγονου βομβαρδισμού, που σημαίνει ότι η διχοτόμηση του φλοιού άρχισε από την πρώιμη ιστορία του πλανήτη. Η θεωρία της τεράστιας πρόσκρουσης, που αρχικά προτάθηκε περί το 1980, αντιμετωπίστηκε με σκεπτικισμό, επειδή η περιοχή πρόσκρουσης που είναι ελλειπτική θα έπρεπε να είναι κυκλική, αλλά το 2008 μία μελέτη υποστήριξε τη θεωρία. Με χρήση γεωλογικών δεδομένων, οι ερευνητές πιθανολογούν την πρόσκρουση μεγάλου αντικειμένου στον Άρη υπό γωνία 45 μοιρών. Κατόπιν της χαρτογράφησης της Σελήνης, που άρχισε το 1830, οι Γιόχαν Χάινριχ Μώντλερ και Βίλχελμ Μπηρ ήταν οι πρώτοι αρειογράφοι. Αρχικά προσδιόρισαν τις μόνιμες επιφανειακές δομές και την περίοδο περιστροφής του πλανήτη. Το 1840 ο Μώντλερ κατόπιν δεκαετούς μελέτης σχεδίασε τον πρώτο αρειανό χάρτη. Αντί να συνδέσουν τις περιοχές με ονόματα, χρησιμοποίησαν γράμματα, το Σίνους Μεριντιάνι ενδεικτικά αντιστοιχίστηκε στο «α». Τα επόμενα είκοσι χρόνια, καθώς εξελίχθηκαν τα όργανα παρατήρησης και ο αριθμός των παρατηρητών, οι δομές του Άρη ονοματίστηκαν ποικιλοτρόπως. Για παράδειγμα, το Σόλις Λάκους ονομάστηκε «Όκουλους» (μάτι), και η Μεγάλη Σύρτις είχε ονομαστεί «Θάλασσα της Κλεψύδρας» και «Σκορπιός». Το 1858 ονομάστηκε και «Ατλαντικό Κανάλι» από τον Ιησουίτη αστρονόμο Άντζελο Σέκι. Το 1867 ο Ρίτσαρντ Άντονι Πρόκτορ σχεδίασε ένα χάρτη του Άρη κάπως πρόχειρα βάσει προγενέστερων σχεδίων του αιδεσιμότατου Γουίλιαμ Ρούτερ Ντόους του 1865. Ο Πρόκτορ περιέγραψε το σύστημα ονοματολογίας του ως εξής: «αντιστοίχησα στις δομές τα ονόματα των παρατηρητών που μελέτησαν τις φυσικές ιδιαιτερότητες του Άρη.» Ακολουθούν μερικά από τα ονόματά του, συγκριτικά προς αυτών του Σκιαπαρέλι του χάρτη 1877-1886. Τελικά χρησιμοποιήθηκαν τα ονόματα του Σκιαπαρέλι: Η ονοματολογία Πρόκτορ συχνά έχει επικριθεί, κυρίως επειδή τα περισσότερα ονόματα αφορούν Άγγλους αστρονόμους, και μάλιστα χρησιμοποιούνται περισσότερες από μία φορά. Ειδικότερα, το Ντόους (Dawes) χρησιμοποιήθηκε έξι φορές (Ντοους Ωκεανός, Ντοους Ήπειρος, Ντοους Θάλασσα, Ντοους Στενό, Ντοους Νησος, και Ντόους Φορκντ Μπει). Ωστόσο, παραμένουν γοητευτικά. Η σύγχρονη ονοματολογία βασίστηκε σε πληθώρα πηγών, κύρια από τους αρειανούς χάρτης του Τζιοβάνι Σκιαπαρέλι από το 1886. Ο Σκιαπαρέλι χρησιμοποίησε πολλά ονόματα από την ελληνική μυθολογία και μερικά από την Αγία Γραφή. Οι μεγάλες αρειανές περιοχές αλβέδου διατήρησαν τα παλαιά ονόματά τους, και περιστασιακά ενημερώνονται για να προβληθούν οι νέες γνώσεις για τις περιοχές. Για παράδειγμα, το Nix Olympica («χιόνια του Ολύμπου») εξελίχθηκε σε Όρος Όλυμπος. Μεγάλοι αρειανοί κρατήρες ονομάστηκαν από σημαντικούς επιστήμονες και συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας, ενώ οι μικρότεροι ονομάστηκαν από χωριά και πόλεις της Γης. Σε πολλές γεωμορφές που μελετήθηκαν από τα εξερευνητικά οχήματα του Άρη αποδόθηκαν προσωρινά ονόματα ή ψευδώνυμα για αναγνωριστικά κατά την εξερεύνηση και την έρευνα. Ωστόσο, πιστεύεται ότι η Διεθνής Αστρονομική Ένωση θα μονιμοποιήσει κάποιες ονομασίες, όπως το «Λόφοι του Κολούμπια», που ονομάστηκε από έναν εκ των επτά αστροναυτών που σκοτώθηκαν κατά την Καταστροφή του Διαστημικού Λεωφορείου Κολούμπια.