Виталий Бронштэн - Планета Марс
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.
В отличие от 1956 г., на этот раз пылевая буря была более длительной и устойчивой. Она началась 22 сентября в светлой области Noachis (в южном полушарии) и к 29 сентября охватила 200 градусов по долготе от Ausonia до Thaumasia. Яркость и цвет пылевых облаков были такими же, как у светлой области Hellas. 30 сентября исчезла южная полярная шапка. На следующий день пылевые облака закрыли Mare Sirenum, а 5-7 октября-область Solis Lacus. II ноября, когда "Маринер-9" на подлете начал фотографировать Марс (с расстояния 1 350000 км), пылевая буря продолжалась. Она была столь интенсивной, что, по отзывам американских специалистов, планета имела "венероподобный вид". С расстояний 850000 и 570000 км уже можно было различить отдельные облачные образования.
15-20 ноября наступило, казалось, просветление. Но потом все началось снова. Когда к планете подлетели "Марс-2" и "Марс-3", все южное полушарие планеты было охвачено мощной пылевой бурей, которая до конца года затрудняла научные исследования поверхности Марса с его искусственных спутников. Лишь около 10 января 1972 г. пылевая буря прекратилась, и планета приняла свой обычный вид.
По фотометрическим наблюдениям, произведенным прибором станции "Марс-3" в декабре 1971 г., советским ученым В. И. Морозу и Л. В. Ксанфомалити удалось оценить средний размер частиц пыли: около 1 микрона, Температура поверхности планеты из-за поглощения солнечных лучей пылью понизилась на 10-60°, а температура атмосферы повысилась.
С 22 января по 18 февраля 1972 г. с борта космических аппаратов "Марс-2" и "Марс-3" была проведена большая серия измерений температуры поверхности и подповерхностного слоя планеты, изучался ее рельеф, характеристики атмосферы Марса и околопланетного космического пространства. Данные, полученные в этот период, показали, что пылевая буря окончилась, температура поверхности увеличилась до уровня, ожидаемого при высокой прозрачности атмосферы, возросли контрасты деталей поверхности в красной и ближней инфракр 1сной областях спектра.
Какие же причины вызвали столь мощную и длительную пылевую бурю? Американские ученые К. Саган, Дж. Веверка и П. Гираш на основании теоретического исследования ветровых режимов на Марсе пришли к выводу, что наиболее эффективным механизмом подъема пыли с марсианской поверхности являются смерчи, или "пылевые дьяволы" (dust devils). Образование смерчей зимой невозможно из-за слабого солнечного нагрева. Летом и в экваториальных районах на плоских пространствах смерчи должны образовываться благодаря интенсивной инсоляции (солнечному нагреву), на склонах же их могут подавлять наклонные ветры. Для подъема пыли нужна скорость ветра в 80 м.1сек. На Марсе имеются области, где такие скорости наблюдаются. Смерчи образуются преимущественно вблизи перигелия, когда интенсивность инсоляции на 23% больше, чем во время "среднего" противостояния, и на 47% больше, чем в афелии. Вот почему чаще всего пылевые бури бывают в периоды великих противостояний, когда лето в южном полушарии совпадает с прохождением Марса через перигелий. Замечательно, что пылевые бури 1956 и 1971 гг. начались почти на одинаковых гелиоцентрических долготах Марса (т}=341° в 1956 г. и Ti==346° в 1971 г.), за 30 и 20 суток до летнего солнцестояния в южном полушарии соответственно.
Астрономы ожидали новую пылевую бурю в июле-августе 1973 г., когда Марс должен был вновь пройти через перигелий, но буря "опоздала"-она началась лишь 13 октября появлением трех' пылевых облаков в районе Solis Lacus. Гелиоцентрическая долгота Марса была п == 24°, в южном полушарии была вторая половина лета. По мнению американских астрономов, пылевая буря 1973 г., продолжавшаяся до ноября, уступает лишь большой пылевой буре 1971 г. и превосходит бурю 1956 г.
Измерения радиояркостной температуры поверхности планеты, проведенные в 1972 г. автоматической станцией "Марс-3", показали, что на глубине нескольких десятков сантиметров температура практически не зависит от времени суток (на самой поверхности суточные колебания температуры достигают 70 градусов). Заметно ослаблены и сезонные изменения температуры на этой глубине: об этом можно было судить по широтному распределению радиояркостной температуры, поскольку в южном
66
полушарии Марса в это время был конец лета, а в северном-конец зимы. Все эти данные указывали на низкую теплопроводность марсианского грунта.
Между тем еще наблюдения инфракрасного излучения Марса позволили определить так называемую тепловую инерцию марсианского грунта, а радионаблюдения - его диэлектрическую проницаемость. Тепловые н электрические параметры тоже свидетельствовали, что наружный слой Марса довольно рыхлый, хотя и не настолько, как в случае Луны.
Рыхлость наружного поверхностного слоя Марса способствует его ветровому разрушению. На сравнительно "крутых" склонах (угол наклона 3°) наиболее мелкие светлые зернышки пыли выдуваются ветрами начисто и переносятся на равнины, поэтому районы со склонами более темные. Так объясняют Саган, Веверка и Гираш темный оттенок морей. Исследования рельефа Марса радиолокационным методом и по интенсивности полос СОг в спектре планеты над различными областями подтверждают предположение о том, что моря - не низины, как ппедполагали раньше, и не возвышенности, как считали Поллак и Саган, а области перепада уровней. Материки покрыты слоем тонко раздробленной светлой пыли, моря - более крупными зернами, возможно, иного состава. Это подтверждают и поляризационные исследования О. Дольфюса. Таково в настоящее время наиболее вероятное объяснение природы марсианских "морей".
Строение атмосферы и магнитное поле
Полет советских автоматических станций серии "Марс" много дал и для выяснения свойств марсианской атмосферы и магнитного поля планеты.
При заходе за диск планеты советских искусственных спутников Марса и автоматических станций, двигавшихся по пролетной траектории, проводились эксперименты по исследованию атмосферы Марса методом радиопросвечивания. Обработка принятых на Земле сигналов АМС "Марс-2" и "Марс-3" позволила определить зависимость давления и температуры в атмосфере Марса от высоты. Давление у поверхности планеты в тех районах. где были проведены измерения, лежит в пределах 4-8 миллибар. Эта величина хорошо согласуется с
87
прежними определениями, выполненными с американских станций серии "Маринер", Падение давления с высотой, как и в атмосфере Земли, происходит по барометрической формуле, но высота однородной атмосферы (т. е. высота, на протяжении которой давление падает в е раз, где с==2,72-основание натуральных логарифмов) в нижней атмосфере Марса равна II км против 8 км в нижних слоях земной атмосферы. Это значит, что давление в атмосфере Марса убывает с высотой медленнее, чем в нашей атмосфере.
Много интересного дали исследования атмосферы Марса советскими станциями "Марс-4" - "Марс-7". Снимки и измерения, проведенные АМС "Марс-4" и "Марс-5", показали, что в феврале 1974 г. атмосфера была гораздо прозрачнее, чем в 1971-1972 гг. Газоанализатор спускаемого аппарата АМС "Марс-6" установил довольно большое содержание в марсианской атмосфере инертных газов (скорее всего, аргона). По данным "Викингов" аргона в атмосфере Марса на два порядка меньше, чем в земной атмосфере.
Поскольку основным источником аргона в атмосферах Земли, Марса (и, очевидно, Меркурия) является радиоактивный распад калия-40, можно считать, что содержание радиоактивного калия в породах обеих планет одного порядка, а приведенное выше отношение количеств аргона в их атмосферах отражает прежде всего отношение их масс (9:1) и скоростей улетучивания атмосфер.
По результатам прямых измерений параметров атмосферы Марса, произведенных при спуске автоматической станции "Марс-6", группа советских ученых под руководством А. В. Авдуевского построила модель атмосферы Марса до высоты 80 км (рис. 23). В месте посадки "Марса-6" (район Эритрейского моря) давление у поверхности составило 6,1 миллибара (это, между прочим, среднее давление на Марсе, от уровня которого условились отсчитывать все высоты и глубины на планете). Средняя температура тропосферы 228 °К, причем гемпература убывает с высотой в нижнем 30-километровом слое в среднем на 2,5 грал/км. На уровне тропопаузы (около 30 км) плотность атмосферы составляет 5-10-^ г/см^ (как в земной атмосфере на высоте 57 км). Выше начинается марсианская стратосфера с почти постоянной температурой 144 °К.
