Н Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе
ные разными авторами, колеблюся в пределах 5-7 мбар, поэтому в качестве разумного приближения можно принять величину атмосферного давления равной 6 мбар. Давление на Равнине Эллада, одном из самых низких районов на Марсе, должно составлять примерно 8,6 мбар, а на вершине горы Олимп, самой высокой точке планеты,- около 0,5 мбар.
Состав атмосферы и полярных шапок;
Результаты, полученные с помощью аппарата "Мари нер-4", недвусмысленно свидетельствуют о том, что диоксид углерода, давление которого, по оценке Каплана, Мюнха и Спинарда, составляет на Марсе 4 мбар, должен быть глав ным, а не второстепенным компонентом марсианской атмо сферы, как считали, исходя из величины давления 85 мбар. (Впоследствии в результате полета "Викингов" было уста новлено, что содержание диоксида углерода в атмосфере Марса достигает 95%.) Кроме того, еще до полета "Викин гов" в атмосфере Марса были обнаружены пары воды (их наличие установлено по спектрам, полученным на фотоплас тинке и проанализированным Капланом и его коллегами), а также небольшие количества кислорода, озона, атомарного водорода и монооксида углерода, образовавшихся в резуль тате фотолиза из воды и диоксида углерода под действием солнечного света. Содержание паров воды в атмосфере соответствовало 14 мкм осадочной воды. Это значит, что если бы все пары воды в атмосфере планеты сконденсирова лись, то образовался бы слой воды толщиной в 14 мкм. При такой концентрации водяных паров их давление у поверх ности равно '/gooo давления диоксида углерода, т.е. 0,5 мкбар*; на поверхности Земли давление паров воды в сред нем в 10000 раз больше. Подобное несоответствие приводит к важным биологическим последствиям, о которых мы расскажем подробнее в следующих главах.
Значительная концентрация диоксида углерода в марси анской атмосфере побудила Роберта Лейтона и Брюса Мюр рея, сотрудников Калифорнийского технологического инсти тута, пересмотреть вопрос о составе полярных шапок. В 1966 г. Лейтон и Мюррей опубликовали результаты теорети
* Масса слоя воды толщиной 14 мкм равна 0,0014 г/см^. Умно жая эту величину на ускорение силы тяжести (на Марсе оно равно 373 см/с"), можно найти давление паров воды у поверхности-оно составляет 0,522 мкбар.
ческого исследования теплового баланса Марса, что позво лило им предсказать температуру на любой широте планеты в любое время года. Предполагалось, что Марс в среднем холоднее Земли, поскольку он находится дальше от Солнца, поток солнечного излучения, приходящийся на единицу его поверхности, составляет только 43% от того, что получает Земля. Кроме того, из-за разреженности марсианской атмо сферы парниковый эффект там выражен очень слабо. Изме рения, проведенные с Земли, показали, что температура на марсианском экваторе днем достигает 25"С, но ночью падает на 100 С и даже больше. Поскольку на Марсе нет океана, который мог бы смягчать подобные перепады температуры, предполагалось, что они весьма велики. Хотя температуру полярных шапок не измеряли, считалось, что она не настоль ко низка, чтобы вымерз диоксид углерода из атмосферы.
Анализ, проведенный Лейтоном и Мюрреем, показал, что зимние температуры в высоких широтах обоих полушарий Марса вполне могут опускаться ниже -128"С, т.е. точки замерзания диоксида углерода при давлении 4 мбар. Разме ры и скорость исчезновения полярных шапок, предсказывае мые при условии, что они состоят из твердого диоксида углерода, хорошо согласовались с результатами наблюдений реальных марсианских шапок. Как видим, все сказанное о Марсе не дает оснований утверждать, что марсианские по лярные шапки могли сформироваться из паров воды, хотя предполагается, что в их составе есть небольшие количества водяного льда. Поэтому Лейтон и Мюррей сделали вывод, что полярные шапки почти полностью состоят из замерзше го диоксида углерода.
Это предположение подтвердилось в 1969 г., когда к Марсу приблизились еще два космических аппарата: "Мари нер-6" и "Маринер-7". Когда "Маринер-7" проходил над южной полярной шапкой, на его борту работали два инфра красных детектора. Один из этих приборов, радиометр, измерял тепловое излучение поверхности Марса; эти данные позволяли рассчитать температуру поверхности. Другой прибор, спектрометр, регистрировал как температуру, так и спектр отраженного инфракрасного излучения, который можно было использовать для изучения химического состава полярной шапки и атмосферы планеты. Как это принято, первые научные результаты, полученные с аппаратов "Мари нер", были оглашены на пресс-конференции, состоявшейся в Лаборатории реактивного движения в Пасадене вскоре после
окончания полета: краткое сообщение для прессы по резуль татам полета "Маринера-7" было сделано 7 августа 1969 г.
От имени группы экспериментаторов, работавших с инфракрасным радиометром, Джерри Нойгебауэр из Кали форнийского технологического института сообщил, что мак симальная температура, измеренная прибором, равна -123"С (согласно более поздним оценкам, она равна - 125 С), т.е. близка к величине, предсказанной Лейтоном и Мюрреем; это хорошо согласуется со значением температу ры, рассчитанной на основе предположения, что полярная шапка состоит из замерзшего диоксида углерода. Расчетная температура зависит от давления диоксида углерода в атмо сфере: чем оно выше, тем выше температура, и наоборот. При давлении 4 мбар температура по расчетам должна равняться -128"С, в таком случае измеренная температура (-125"С) соответствует давлению диоксида углерода 6.4 мбар. Эти два набора данных близки настолько, что их можно было считать совпадающими. Совершенно другой результат получила группа ученых во 1лаве с Джорджем Пайментелом из Калифорнийского университета в Беркли. работавшая с инфракрасным спектрометром. Их данные прежде всего говорили о том. что температура кромки полярной ледяной шапки слишком высока для замерзшего диоксида углерода, откуда исследователи сделали вывод, что по крайней мере кромка состоит из водяного льда. Кроме того, спектрометр зарегистрировал над кромкой шапки (но не над основным ее телом) присутствие газообразного мета на и аммиака. Наличие богатых водородом газов на планете. имеющей столь высокоокисленную атмосферу, вызывало удивление, поэтому было высказано предположение, что там происходят какие-то необычные химические процессы. В итоге эта группа исследователей сделала вывод, что у пери ферии полярной шапки имеется обводненная зона. пригодная для жизни, а метан и аммиак, возможно, являются продукта ми биологической деятельности.
Это было воспринято как новое свидетельство в пользу существования жизни на Марсе, и на следующий день о нем сообщалось по всему миру. Как писала по этому поводу газета "Нью-Йорк тайме", "у ученых и журналистов пере хватило дыхание". Не мелькнула ли в этот момент перед ними тень Персиваля Ловелла? Или обманчивый образ Марса опять вводит в заблуждение свои многочисленные жертвы? Как бы то ни было. вскоре все недоразумения разрешились: спектрометрическая лабораторная проверка
показала, что поглощение, прежде приписываемое метану и аммиаку, может быть обусловлено также твердым диокси дом углерода. Другой результат-более высокая, чем пред полагалось ранее, температура кромки полярной шапки.-не сомненно означал, что когда космический аппарат двигался по направлению к полярной шапке, в поле зрения его бортового спектрометра попали какие-то участки обнаженного откры того грунта и скал. Естественно, скалы и грунт имеют более высокую температуру, чем сама ледяная шапка. Биологиче ское объяснение было забыто, и сегодня спектрометрические данные стали одним из убедительных свидетельств того, что полярные шапки Марса состоят из диоксида углерода.
Темные области
Когда окончательно выяснилось, что сезонно изменя ющиеся полярные шапки Марса состоят не из водяного льда. а из замерзшего диоксида углерода, ученым пришлось отка заться от прежнего убеждения, что "полярные моря" и другие подобные явления связаны с сезонными перемещения ми воды от одного полюса планеты к другому, как считал Ловелл. Если полярные шапки сформированы из постоянно присутствующего в атмосфере диоксида углерода, а не из паров воды, перемещающихся над поверхностью Марса, то каким образом можно объяснить их сезонные изменения?
Наблюдения с помощью телескопов, проведенные уже после смерти Ловелла, в общих чертах подтвердили данное им описание поверхности планеты. Темная кайма вокруг исчезающей полярной шапки, очевидно, действительно су ществует, так же как повышается контрастность светлых и темных областей планеты в летнее время. Более проблема тично выглядела волна потемнения, но к 1962 г. несколько наблюдателей подтвердили ее наличие, и при этом оказа лось, что действительно существует некоторая корреляция между местоположением (широтой) той или иной области поверхности и временем его потемнения или посветления, хотя эта корреляция не столь очевидна, как утверждал Ловелл. Однако в наше время это явление объясняют совер шенно иначе. По причинам, о которых мы расскажем в следующей главе, полярная темная кайма не может состоять из жидкой воды. Истинная ее природа точно неизвестна, но, по-видимому, она обусловлена либо действием сезонных ветров, сдувающих пыль с поверхности, либо оптическим эффектом, вызванным наличием зеркального слоя твердого
