Кирилл Кондратьев - «Викинги» на Марсе

В работе [59] обсуждены результаты исследования теплового режима и температуры марсианской атмосферы, а также отражательной способности поверхности по данным измерений при помощи аппаратуры теплового картирования, установленной на АМС «Викинг» с целью выявления закономерностей: 1) суточного хода температуры воздуха; 2) поля температуры поверхности в высоких широтах и районах нескольких кратеров; 3) угловой зависимости характеристик излучательных и отражательных свойств поверхности в месте посадки спускаемого аппарата «Викинг-1» (САВ-1).

Интерпретация данных измерений уходящего излучения на длине волны 15 мкм, относящихся к широте места посадки САВ-2 (48° с. ш.), выявила наличие сильной широтной изменчивости температуры в южном полушарии и значительного суточного хода с амплитудой не менее 15 К при максимуме температуры, наступающем примерно через 2,2 часа после полудня — в северных широтах. Этот суточный ход обусловлен главным образом поглощением солнечной радиации взвешенной в атмосфере пылью на высотах до 30 км. Выше 20 км вертикальный профиль температуры имеет волнообразный характер, что следует приписать влиянию тепловых приливов.

Температура вершины вулкана Arsia Mons изменяется в течение суток почти вдвое. Ярко выраженный суточный ход температуры характерен для плоскогорья района Tharsis, что свидетельствует о наличии здесь грунта, обладающего малой тепловой инерцией. Обнаружено, что тепловая инерция материала дна нескольких типичных крупных кратеров выше, чем окружающей местности. Вероятно, это обусловлено селекцией кратерами эолового материала. Яркостная температура в месте посадки САВ-1 уменьшается с ростом угла относительно вертикали. Угловая зависимость интенсивности отраженной солнечной радиации от геометрии поверхности оказалась более сложной, чем ожидалось, что может быть связано с совместным влиянием рассеяния как атмосферой, так и поверхностью. Относящиеся к району Chryse Planitia данные измерений в диапазоне 9,8–12,5 мкм указывают на существование сильного суточного хода температуры поверхности и не согласуются с моделью однородного грунта, обладающего тепловой инерцией 0,009 кал/(см2 Xс½·K) AL=0,26.

5. Свойства грунта

Для получения сведений о физических свойствах марсианского грунта могут быть использованы изображения поверхности, анализ проб грунта и показания ряда инженерных датчиков. Анализ панорамных изображений поверхности выявляет наличие образовавшихся в результате ударов метеоритов кратеров разных размеров, при формировании которых происходил выброс материала горных пород, составляющих поверхностные слои. Наблюдаются ясные признаки ветровой эрозии выброшенного материала.

Первое впечатление состоит в том, что ландшафт марсианской поверхности является промежуточным между ландшафтами лунных морей и земных пустынь, подвергающихся влиянию ветровой эрозии. Изображения поверхности вблизи опор СА содержат следы эрозии, обусловленной работой двух тормозных двигателей СА. Деформация грунта свидетельствует о том, что он является более прочным и (или) плотным, чем «номинальный» лунный грунт. Одна из опор, зафиксированная на изображении, проникла в грунт на глубину около 3,6 см. Устройство для забора проб грунта произвело кратер глубиной 1 см и диаметром 9 см.

В работах [100, 101] обсуждены результаты исследования свойств грунта за первые 36 солов пребывания СА «Викинга-1» и 58 солов — «Викинга-2» на поверхности Марса. Расположение САВ-1 было очень удачным с точки зрения изучения свойств грунта, поскольку одна из его опор находилась на мягком грунте, значительно проникая в глубь грунта, а другая — на жестком материале. Для забора проб были проделаны семь желобов в грунте на участках «песчаных равнин» (мелкозернистый грунт) и «скалистых равнин» (скалистый грунт, покрытый мелкодисперсным материалом). В табл. 3 приведены различные параметры, характеризующие свойства грунта по данным САВ-1 и САВ-2.

Рассматриваемые параметры получены на основе анализа данных о динамике посадки СА, деформации грунта, сдуве частиц ветром и других наблюдений. При планировании посадки СА предполагались разнообразные модели грунта: 1) лёсс, 2) песчаные дюны, 3) грунт типа лунного, 4) гравий, 5) обнаженные скалы. САВ-1 совершил посадку на участке, который обладает чертами всех этих моделей.

Участок поверхности Марса в непосредственной близости от точки посадки САВ-2 покрыт камнями размером до 0,23 × 0,65 м, часть которых погружена в мелкодисперсную породу, и мелкодисперсным реголитом. Этот участок является более однородным, чем поверхность близ САВ-1, состоит из более грубодисперсного материала, обширная его часть покрыта коркой, более заметны следы эрозии, обусловленной работой двигателя мягкой посадки САВ-2.

Неожиданным оказалось отсутствие дюнообразных форм рельефа. При заборе проб грунта с САВ-2 впервые удалось сдвинуть камень и взять пробу мелкодисперсного грунта на участке под камнем, который не подвергался облучению УФ радиацией и процессу ветровой эрозии. В работе [101] детально описаны участки получения проб грунта и операции по взятию проб.

Анализ данных обнаруживает как сходство, так и важные различия свойств грунта на участках посадки САВ-1 и САВ-2. Так, например, во втором случае частота встречаемости камней размером 10 см и больше примерно вдвое выше. Камни близ САВ-2 характеризуются более пористой поверхностью. Благодаря сохранению установленного на опоре № 2 САВ-2 датчика температуры, который предназначался для измерений во время спуска на парашюте, этот датчик использован для оценки температуры (поскольку опора проникла в грунт только на 2,5 см, вероятнее всего, что датчик не находится в контакте с поверхностью), имеющей ярко выраженный суточный ход, близкий к расчетному ходу температуры поверхности, за исключением того периода, когда датчик был затенен. Планируется дальнейшее взятие проб грунта как САВ-1, так и САВ-2, после начала продленной миссии 11 января 1977 г.

Предпринятый в работах [82–84] анализ изображений поверхности Марса, полученных со спускаемого аппарата АМС «Викинг-1», выявил ветровую эрозию, проявляющуюся в наличии параллельных полос мелкодисперсного материала на подветренных сторонах крупных камней, которые совпадают по направлению с ветровыми «струями» грунта, обнаруженными на изображениях с орбитального аппарата; в накоплении смешанных мелких частиц (размером 10–100 мкм) в форме полос («сугробов») к северо-востоку от СА, где имеет место повышенная шероховатость поверхности, обусловленная присутствием камней размером 2–3 м. Как правило, полосы имеют высоту порядка десятков сантиметров, ширину около нескольких метров и расположены в направлении, перпендикулярном ветру.

Полосы имеют значительно менее регулярно топографическую конфигурацию, чем земные дюны. Между полосами видна расположенная под слоем мелкозернистого материала скальная порода. По крайней мере в двух местах заметна стратификация полос, указывающая на большую вероятность того, что они образованы процессом дефляции, а не осаждения частиц. Возможно, что полосы появились в результате осаждения частиц в период пыльной бури, а затем подвергались влиянию дефляции. Не исключена, однако, и вероятность того, что они являются древними (это согласуется с выводом об очень медленной эрозии на Марсе) или появились в результате сдувания частиц толстого (порядка нескольких метров) слоя мелкодисперсного материала, покрывавшего всю поверхность рассматриваемого района. Поскольку в апреле 1977 г. ожидается очередная глобальная пыльная буря, наблюдения в этот период должны иметь важное значение для выявления природы полос.

Для мелких частиц, составляющих полосы, характерно сильное сцепление (до 104 дин/см2), что должно оказывать значительное влияние на процесс ветровой эрозии. В связи с этим наиболее легко перемещаемыми должны быть частицы размером 100–200 мкм. Поскольку в полосах доминируют частицы 10–100 мкм, при отсутствии переноса частиц с других участков планеты поверхность в рассматриваемом районе должна быть очень устойчивой даже во время пыльных бурь. Одной из причин отсутствия частиц больше 100 мкм мог быть их перенос в другой район. Другой возможной причиной является разрушение частиц при столкновении.

Изучение процессов переноса и сдувания частиц на поверхности Марса имеет важное значение в связи с решением проблемы происхождения глобальных пыльных бурь [8, 9]. За последние несколько десятилетий глобальные пыльные бури на Марсе возникали в 1956 и 1971 гг. как направленные к востоку вторжения пылевых облаков из зоны утреннего терминатора в области Noachis—Hellas.

В работе [110] высказаны соображения о совокупности условий, которые могут благоприятствовать возникновению пыльных бурь во время прохождения Марсом района перигелия его орбиты.