Виталий Бронштэн - Планета Марс
Слово было за инфракрасной спектроскопией. Пять групп исследователей решали эту задачу в 60-х годах и получили более близкие между собой результаты. Содержание водяного пара по их оценкам колеблется от 5 до 40 микрон осажденной воды, составляя в среднем 15 микрон. Это в 1000 раз меньше, чем содержание паров воды в земной атмосфере.
В дальнейшем удалось установить, что расхождения между результатами отдельных исследователей не случайны, а отражают суточные и сезонные колебания влагосодержания марсианской атмосферы. Наибольшее содержание паров воды в атмосфере наблюдается весной и осенью, наименьшее-летом и зимой. Утром и вечером водяного пара в атмосфере Марса больше, чем днем.
Исследования с помощью советских и американских космических аппаратов типа "Марс" и "Марине?" в 1969-1974 гг. подтвердили и во многом уточнили эти результаты. Об этом мы расскажем ниже.
41
Таким образом, кислород и водяной пар составляют лишь доли процента общего состава марсианской атмосферы, азот-вряд ли более двух-трех процентов, аргон - около одного-двух процентов. Вся остальная часть атмосферы Марса состоит из углекислого газа.
Температурный режим планеты
Первые измерения температуры Марса с помощью термоэлемента, помещенного в фокусе телескопа-рефлектсра, проводились еще в начале 20-х гг. Этот метод основан на том, что излучение планеты резко разделяется на две составляющие: отраженное ею излучение Солнца и собственное излучение планеты, определяемое ее температурой. Практически разделить их нетрудно, так как отраженное излучение сосредоточено в основном в видимом участке спектра, а собственное-в инфракрасном. С помощью фильтров обе составляющие разделяют и по инфракрасной составляющей вычисляют температуру планеты.
Измерения В. Кобленца и К. Лампланда в 1922 г. дали среднюю температуру поверхности Марса 245 °К (-28°С), Э. Петтит и С. Никольсон получили в 1924 г. 260 °К (-13°С). Более низкое значение получили в 1960 г. У. Синтон и Дж. Стронг: 230 °К (-43°С), Нужно иметь, однако, в виду, что в 1960 г. Марс был дальше от Солнца, чем в 1922 и 1924 гг.
Позднее, в 50-е и 60-е гг. были накоплены и обобщены многочисленные измерения температур в различных точках поверхности Марса, в разные сезоны и времена суток. Из этих измерений следовало, что днем на экваторе температура может доходить (в перигелии) до ^. 300 °К (+27 °С), но уже к вечеру она падает до нуля, а ^ к утру до 223 °К (-50 °С). На полюсах температура может колебаться от -)-10°С в период полярного дня до очень низких температур во время полярной ночи. Ка1- ких именно, определить описанным выше методом было невозможно, так как он малочувствителен к низким температурам. Кроме того, ночное полушарие Марса с Земли можно наблюдать лишь частично, а области, где время ближе к полуночи, вовсе ненаблюдаемы. Их температуры были измерены лишь в 1969-1974 гг. с помощью космических аппаратов (см. ниже),
А.Ч
В 1956 г. к измерению температур был применен новый метод-радиоастрономический. Марс, как и всякое нагретое тело, испускает не только инфракрасное излучение, но и более длинноволновое, лежащее в радиодиапазоне. Его принято называть тепловым радиоизлучением, в отличие от нетеплового, связанного с различными электромагнитными и плазменными процессами. Измеряя поток теплового радиоизлучения, можно определить температуру планеты.
Первые такие измерения выполнили К. Майер, Т. Мак Каллаф и Р. Слонейкер в 1956 г. Они получили среднюю температуру поверхности Марса 218 °К, т. е. заметно ниже, чем по инфракрасному излучению. Из многочисленных последующих измерений лишь два-три дали столь же высокие значения, как измеренные по инфракрасному излучению, а большинство значений средней температуры поверхности Марса по радиоизмерениям заключено в пределах от 162 до 225 °К. Измерения, проведенные в последние годы с космических кораблей, показали, что на Марсе могут наблюдаться и еще более низкие температуры, доходящие до 140 °К-ниже точки замерзания углекислого газа. Это открытие имело важнейшее значение для суждения о природе полярных шапок Марса.
Многочисленные ряды измерений радиотемператур Марса выполнены советскими учеными А. Д. Кузьминым, Ю. Н. Вегухновской, Б. Я, Лосовским, Б. Г. Кутузой и другими. Во время великого противостояния 1971 г., по их измерениям, средняя температура Марса составляла 198 °К.
Нужно иметь в виду, что радиоизмерения по самой природе радиоволн могут относиться не к поверхности, а к некоторому слою на глубине в десятки сантиметров и более. Радиоволны способны проникать сквозь слой почвы толщиной в несколько раз большей, чем длина волны. Поэтому сантиметровые волны дают нам температуру слоя, лежащего на большей глубине, чем миллиметровые, а дециметровые-еще более глубокого.
Советские ученые Ю. Н. Ветухновская, А. Д. Кузьмин и Б. Я. Лосовский выполнили анализ распределения температуры поверхности Марса с глубиной и нашли, что когда Марс далек от Солнца, температура сначала
43
падает с глубиной (иногда на 15-20^), а потом начинает расти. Минимальная температура соответствует глубине около метра. Во время великого противостояния, когда Марс расположен ближе к Солнцу, слоя с минимальной температурой уже не существует, температура быстро достигает почти постоянного значения, сохраняющегося до глубин в 5-6 м.
Неудивительно, что радиотемпературы оказались ниже дневных инфракрасных. Последние относятся к самой поверхности Марса, где днем всегда теплее, чем на той глубине, о которой нам рассказывают радиоволны. Но и инфракрасные температуры, как мы видели, показывают большое различие и значительные суточные и сезонные колебания. Причина этого состоит в том, что атмосфера Марса сильно разрежена и неспособна удерживать тепло, накопленное в теплое время года и суток. Водяной пар, лучше всего сохраняющий и передающий тепло, присутствует там в ничтожных количествах. Поэтому климат Марса так суров.
Многие ученые, используя измеренные температуры планеты и теорию климата, пытались построить карты изотерм (линий равной температуры) для Марса, как это делают метеорологи для Земли. Однако ошибкой этих исследователей (С. Гесс, Ф. Джиффорд) было то, что все использованные ими температуры были дневные, т. е. наибольшие из возможных. Поэтому к таким картам надо относиться с некоторой осторожностью. Тем не менее за последние годы'климатология Марса сделала немалые успехи и скоро мы, вероятно, будем иметь столь же подробные сведения о климате различных районов на Марсе, как и на нашей Земле.
Различие температур дня и ночи, полярных и тропических районов, зимы и лета приводит к возникновению ветров, имеющих подчас скорости 40-50 м/сек. Система воздушной циркуляции на Марсе изучается сейчас различными методами многими учеными. Важный вклад в развитие теории циркуляции марсианской атмосферы внес советский ученый, специалист по физике атмосферы Г. С. Голицын. Он показал, при каких условиях в атмосфере Марса могут возникать ветры, имеющие силу урагана, и формироваться смерчи. А к чему могут привести сильные ветры, мы скоро узнаем.
Марсианские материки и "моря"
Вопрос о природе марсианских материков (светлых областей) и "морей" (темных пятен) встал перед астрономами давно. Сначала в их распоряжении не было ничего, кроме визуальных наблюдений. Потом были развиты более объективные методы фотографической фотометрии, позволяющие измерять отражательную способность (альбедо) и методы колориметрии, дающие возможность получать цветовые характеристики поверхности планет, в частности, марсианских материков и "морей". Большая заслуга в развитии этих методов принадлежит советским астрономам-фотометристам В. Г. Фесенкову, Н. П. Барабашову, В. В. Шаронову, 1-1. Н. Сытинской и др.
Мы помним, что еще Г. А. Тихон в 1909 г. применил фотографирование Марса со светофильтрами, открыв свои три эффекта, два из которых непосредственно относились к цветовым свойствам марсианских образований, Но выводы Тихова основывались на чисто качественном сравнении снимков,
Значительно более совершенный метод состоит в построении (по измерениям с пятью-шестью светофильтрами) кривой спектральной отражательной способности марсианских образований. Еще более надежный способ получить такую кривую - снять и измерить спектр избранной области планеты. Такой способ называется спектрофотометрическим. Он позволяет выявить мелкие, но иногда очень важные детали на спектральной кривой, по которым можно судить о присутствии или отсутствии того или иного вещества в наружном покрове^ планеты.
Первые кривые спектральной отражательной способности материков и "мерей" Марса по фотографиям со светофильтрами получил 1-1. П. Барабашов в 1933 г., а *Х по спектру-Е. Л. Кринов в 1935 г. В дальнейшем такие исследования были выполнены Н. Н. Сытинской и систематически проводились на Харьковской обсерватории под рукоЕОЛСТЕОМ Н. П. Барабашова. Материки Марса по своим спектральным характеристикам очень напоминали пески среднеазиатских пустынь (рис. 8), Представление о материках Марса как о песчаных пустынях получило широкое распространение.
