Климат Марса в прошлом
Среди образований, обнаруженных на поверхности Марса, всеобщее внимание привлекли руслообразные протоки, или меандровые долины, о которых уже упоминалось*). Их внешний вид, наличие "притоков" вряд ли можно объяснить иначе, чем предположив, что эторусла рек.
Однако, как уже говорилось выше, на Марсе в настоящее время реки течь не могут, там вообще не может быть жидкой воды. Причина этого состоит в том, что при тех низких давлениях, которые господствуют на Марсе, вода закипает уже при очень низких температурах. Тройная точка воды, когда лед переходит в пар, минуя жидкую стадию, соответствует давлению 6, \мбар, которое как раз характерно для среднего уровня поверхности Марса. Но даже при более высоких давлениях (10-20 мбар) вода должна закипать при температурах 7-18°С, которые на Марсе осуществляются. Поэтому за короткий срок вода должна переходить в пар.
Никакая другая жидкость не могла образовать наблюдаемых русел: лава быстро застывает, а жидкая углекислота даже в земных условиях не может существовать: твердый 002 переходит непосредственно в пар и наоборот.
Итак, единственное возможное объяснение меандров на Марсе - это образование водных потоков, рек. Сейчас для него нет необходимых условий - значит, они были в прошлом. Для этого нужно допустить, что
*) Меандрами называют высохшие (старые) русла рек.
в более ранние эпохи атмосферное давление на Марсе было значительно выше, чем в настоящее время.
Возможно ли это? Оказывается, да. Ведь Марс - единственная планета, где вещество полярных отложений (полярных шапок) совпадает по составу с основным газом атмосферы-углекислым газом.
(В самом деле, на Земле полярные шапки состоят из замерзшей воды, а доля водяного пара в земной атмосфере не превышает 0,3%. На Венере же вообще не существует полярных шапок.)
Это значит, что если бы можно было вещество полярных шапок Марса превратить в пар, то давление его атмосферы существенно увеличилось бы. В самом деле, общая масса марсианской атмосферы равна 2-10'^ г, тогда как масса полярных шапок Марса, по расчетам американского астронома К. Кросса (1971 г.) и советского радиоастронома В. И. Алешина (1972 г.), почти такая же. В случае их полного испарения масса 002 в атмосфере Марса, а значит, и атмосферное давление, удвоились бы. Образование жидкой воды и текущих рек стало бы возможным.
Увеличение мощности атмосферы, состоящей из 002, приведет к усилению парникового эффекта и повышению температуры планет. Однако парниковый эффектлишь вторичная причина повышения температуры, появляющаяся уже в результате испарения полярных шапок. Должна существовать первичная причина, влияющая на климат планеты.
Для объяснения потепления климата Марса в прошлом были предложены две гипотезы. Одна из них (более прозаическая) была предложена американскими астрономами Дж. Бернсом и М. Харвитом и состоит в том, что из-за прецессии оси Марса (под действием Солнца) и плоскости его орбиты (за счет возмущений от планет) с периодом суммарной прецессии 50000 лет эпохи резкого различия температурных условий лета и зимы (когда лето в одном из полушарий совпадает с положением Марса близ перигелия, а зима-близ афелия его орбиты) сменяются через 10-12 тысяч лет эпохами более умеренного климата, когда и лето, и зима в обоих полушариях наступают при средних расстояниях Марса от Солнца. В последнем случае минимальная температура на планете будет выше, а зима в южном
полушарии короче, чем в настоящее время. В эти эпохи и были, по мнению Бернса и Харвита, необходимые условия для полного испарения обеих полярных шапок. Оба ученых предложили даже фантастический проект, как "удержать" ось Марса в благоприятном для климата положении. Для этого нужно переместить Фобос на другую орбиту либо создать вокруг Марса кольцо новых "естественных" спутников, позаимствовав их из пояса астероидов.
Гораздо более интересна и оригинальна другая гипотеза, предложенная К. Саганом. В ней американский ученый попытался объяснить с единой точки зрения такие, казалось бы, разные явления, как ледниковые периоды на Земле, недостаточный поток нейтрино от Солнца и реки на Марсе.
В самом деле, за последние 100 тысяч лет Земля переживала четыре периода оледенения, перемежавшиеся сравнительно теплыми межледниковыми периодами, один из которых мы переживаем сейчас. Наиболее вероятной причиной этих чередований теплых и холодных периодов является изменение притока солнечного тепла.
С другой стороны, поток нейтрино, улавливаемый совоеменными нейтринными телескопами, намного меньше, чем следовало ожидать, исходя из пред^авлений о пгюисходящих на Солнце термоядерных реакциях*). К. Саган совместно с астрофизиком Э. Юнгом предложил следующее объяснение.
Ядро Солнца, в котором происходят термоядерные реакции, испытывает перибдические (с периодом около 10^ лет) расширения, вызванные перемешиванием легкого изотопа гелия Не^ играющего важную роль в цепи так называемой протон-протонной реакции. Выход нейтрино отражает современную интенсивность термоядерных реакций, которая, по мнению Сагана и Юнга, понижена. Наоборот, излучение, испытывая на пути от ядра Солнца к его поверхности длинную цепь процессов рассеяния, поглощения и переизлучения на других длинах волн, характеризует уже прошедший этап в эво iin- ции Солнца. Изменение светимости Солнца за счет пульсаций его ядра по схеме Сагана-Юнга может
*) См. Мартынов Д. Я., Что беспокоит астрофизиков, "Земля и Вселенная", N 1, 1971.
доставлять 7-30%, а этого достаточно для объяснения ледниковых периодов на Земле и колебаний климата Марса. Однако период пульсаций, полученный Саганом и Юнгом, значительно больше периода повторения оледенений (на 3-4 порядка), и в этом-главная трудлость такого объяснения ледниковых периодов. Правда,
косвенным ее подтверждением является наблюдаемый разброс на диаграмме "цвет-светимость" для звезд рассеянного скопления Ясли, возраст которого 3-10" лег. Этот разброс может быть объяснен пульсацией ядер этих звезд и колебанием их светимости.
На самом Марсе тоже обнаружены признаки оледенении. Это типичные формы рельефа, образуемые ледниками: U-образные долины, "висячие" долины, долиныпригоки, острые гребни, седловины и другие. Но самих
ледников не видно. Отсюда ряд исследователей делает вывод, что оледенения были на Марсе в давнем прошлом, в эпохи большей влажности и более сурового климата.
В районе полярных шапок, после стаивания значительной части углекислого "снега", остаются хорошо наблюдаемые слоистые отложения, названные ламинами (рис. 22). Толщина каждого слоя-десятки метров, а всей системы отложений - около 2 км. Из чего они состоят? Из светлых мелкораздробленных пород, как полагает Дж. Каттс, или из слоев льда 002, лишь защищенных минеральными отложениями от летнего таяния и испарения, как полагает К. Саган? Если верна последняя точка зрения, то масса твердого 002 в полярных шапках возрастает на несколько порядков против приведенных выше оценок К. Кросса и В. И. Алешина, и тогда плотность и давление атмосферы Марса в прошлом могли быть значительно выше, чем сейчас.
Большая пылевая буря и ее причины
Вернемся к ноябрю 1971 г., когда к Марсу подлетали сразу три космические станции: две советские ("Марс-2" и "Марс-3") и американская "Маринер-9".
Метеорологическая обстановка на Марсе сложилась в это время довольно своеобразная. В июле 1971 г., согласно наблюдениям на Шемахинской астрофизической обсерватории Академии наук Азербайджанской ССР атмосфера планеты была умеренно прозрачна во всех длинах волн, и в ней не наблюдалось ни синих, ни желтых облаков. Южная полярная шапка четко выделялась на фоне материков, превышая их по яркости втрое (в фиолетовых лучах). Была видна и северная полярная шапка. Контраст морей и материков в красных лучах составлял около 30% и был примерно таким, как в первой половине августа 1956 г., до начала пылевой бури.
Как известно, в конце августа-начале сентября 1956 г. в южном полушарии Марса разыгралась сильная пылевая буря, скрывшая на две недели южную полярную шапку и резко понизившая контрасты "моря-материки" (до 10% в красных лучах). Новая пылевая буря, только еще большего масштаба, разыгралась на
Марсе во второй половине сентября 1971 г., еще до подлета к планете автоматических межпланетных станций.