МАРС

Поскольку Марс занимает некое среднее положение между Землей и Луной, сравним характеристики Марса с характеристиками этих планет. На рисунке 98 показана сравнительная схема размеров Земли, Марса и Луны, приведены масса и средняя плотность вещества планет.

Любопытно, что размеры каждого последующего небесного тела вдвое меньше размеров предыдущего. Средний диаметр Марса составляет 6775 километров. Масса Марса почти в десять раз меньше массы Земли. Зная массу и средний радиус планеты, легко можно определить ускорение свободного падения. Так, у поверхности Марса оно составляет 372 см/с2. Это примерно в три раза меньше земного. Такое же ускорение свободного падения на Меркурии. Как видно на рисунке 98, средняя плотность планеты значительно меньше средней плотности вещества Земли.

Взаимное положение Земли и Марса непрерывно меняется. Каждые 780 дней Марс находится в противостоянии с Землей. Его удаление от Земли (сближение) меняется от минимального (55 млн. км) до максимального (102 млн. км). Эти сближения называются противостояниями. В том случае, когда минимальное расстояние между Землей и Марсом не больше 60 миллионов ки-

Рис. 98. Сравнительная схема размеров Земли, Марса и Луны

лометров, оно называется великим противостоянием. Орбита Марса в большей степени вытянута, чем орбита Земли. Эксцентриситет орбиты-эллипса Марса равен 0,093. Большая полуось орбиты Марса, а по сути, среднее расстояние Марса от Солнца, равна 228 миллионам километров. Величина эксцентриситета указывает на то, что действительное расстояние от Марса до Солнца может быть больше или меньше большой полуоси (то есть среднего расстояния между ними) на 21 миллион километров. На рисунке 99 показаны положения Марса относительно линии осеннего равноденствия во время разных сезонов в северном полушарии. Орбита Земли внутренняя, а орбита Марса внешняя.

Поскольку сильно меняется удаление Марса от Солнца, то меняется и энергия Солнца, которая доходит до Марса. Энергия меняется как куб расстояния. Поэтому энергия, получаемая Марсом от Солнца, в два момента марсианского года отличается в 1,45 раза. На Земле такие изменения составляют всего 7 %. Удаление Земли от Солнца меняется всего на ±2,5 миллиона километров.

Рис. 99. Орбита Марса обладает большим эксцентриситетом. Поэтому при среднем расстоянии 228 миллионов километров планета то удаляется от Солнца дополнительно на 21 миллион километров, то на столько же приближается к нему. На рисунке изображены положения планеты относительно линии осеннего равноденствия во время разных сезонов в северном полушарии. Показаны противостояния с 1973 по 1999 г. и взаимные положения Земли и Марса в одном из них (1973 г.)

Положение Марса весьма оригинально относительно других планет. Во-первых, он обращается вокруг Солнца не так, как все планеты, а в противоположном направлении (против хода часовой стрелки), если смотреть с северного полюса эклиптики. Марсианские сутки почти такие же, как земные (24 часа 39,5 минуты). Зато год на Марсе почти вдвое длиннее земного. Он равен 687 юлианским или 669 марсианским солнечным суткам. Плоскость экватора Марса наклонена к плоскости его орбиты на 25°. У Земли этот угол равен 23,5°. Самое любопытное состоит в том, что на Марсе длительность года в северном и южном полушариях разная. Ведь любая планета движется по своей орбите с изменяющейся скоростью. Чем больше орбита вытянута, тем больше эти изменения. Планета обязана двигаться так, чтобы за равные промежутки времени описывать равные площади, образованные куском орбиты и радиусами в один и другой момент. Это установил еще Кеплер, и сейчас эта закономерность называется вторым законом Кеплера. При больших удалениях от Солнца планета может позволить себе двигаться медленно, свою площадь она набирает без труда. Когда она находится близко к Солнцу, ей приходится бежать очень быстро, чтобы набрать нужную площадь (такую же).

Вполне естественно, что и температура на Марсе в разные сезоны различается сильно. Так, более короткое лето в южном полушарии примерно на 20 градусов теплее лета в северном полушарии Марса.

Марс находится дальше от Солнца, чем Земля. Поэтому ему достается от Солнца меньше энергии. Примерно вдвое меньше (43 %). Поэтому климатические условия там очень суровые. Так, даже летом температура верхнего слоя грунта в полдень на северном тропике находится ниже нуля (от 0 до — 20 °C). Температура в 5 °C характеризует «знойный» марсианский полдень летом. На широте тропика среднегодовая температура составляет –43 °C, а минимальная — 90 °C (и ниже).

Температура на планете зависит не только от того, сколько энергии планета получает от Солнца. Она зависит и от того, насколько умело планета расходует эту энергию. Энергия может использоваться на самой планете, а может частично или полностью уйти из планеты в космическое пространство. Реальная ситуация зависит прежде всего от двух вещей: как отражает энергию обратно в космос поверхность планеты и какая атмосфера у планеты. Например, у Земли в атмосфере имеется тепличная пленка в виде озонного слоя, благодаря которой солнечная энергия удерживается у Земли. У Марса дела в этом плане обстоят хуже. Его атмосфера очень разрежена и почти не препятствует уходу энергии в космос.

Кстати, не так давно, считалось, что на Марсе температура до +15 °C и даже до +30 °C для лета является характерной. Но прямые измерения показали, что она немного ниже, примерно на целых 30 °C. И только в экваториальном поясе Марса благодаря низкой отрицательной способности планеты (поверхность здесь темная) верхний слой грунта после полудня может прогреться до 0 °C или чуть-чуть больше. Но это грунт. А температура атмосферы все равно остается низкой.

Раз атмосфера на Марсе разреженная, то, автоматически, и давление там низкое. Среднее атмосферное давление на поверхности Марса составляет 6,1мбар. Это в 160 раз меньше, чем на поверхности Земли, и в 15 000 раз меньше, чем на Венере. Мы привыкли на Земле все отсчитывать от уровня моря, Мирового океана. Это и вершины гор, и дно океанов. На Марсе такого фиксированного естественного уровня нет. Но он был бы очень удобен. Поэтому специалисты привязали этот условный «нулевой» уровень к атмосферному давлению, равному среднему атмосферному давлению на поверхности Марса (6,1 мбар). От этого уровня идет отсчет и вверх и вниз. Почему именно 6,1 мбар? Потому что это давление соответствует тройной точке фазового состояния воды (лед — жидкость — пар). Это привязка к земным условиям. На Марсе уровень давления в 6,1 мбар — это давление углекислого газа атмосферы. Водяного пара в атмосфере Марса ничтожно мало. Поэтому его частное (парциальное, партио — часть) давление очень мало.

Как и на Земле, чем выше от поверхности Марса, тем холоднее. На определенной высоте замерзает даже углекислый газ атмосферы. Специалисты наблюдают на Марсе голубые облака, особенно в районе полюса и терминатора. Эти облака состоят из кристаллов замерзшей углекислоты. На Марсе бывают и облака из воды (водяного пара), но очень редко. В атмосфере Марса очень мало водяного пара, другими словами, она очень сухая. В самых иссушенных местах на Земле в воздухе водяного пара больше, чем в атмосфере Марса. Больше в сотни раз! В атмосфере Марса концентрация водяного пара по объему близка к 0,05 %. Правда, в определенных местах и в определенных условиях она может быть в десятки раз меньше. Атмосфера состоит из азота (2,5 %), аргона (1,6 %), кислорода (0,1–0,4 %), угарного газа (0,06 %), а также малого количества благородных газов. Это неон, криптон и ксенон. 95 % всей атмосферы (по объему) — это углекислый газ.

Следует более подробно поговорить о кратерах Марса, а также о его вулканах. Имеются кратеры двух типов (по происхождению). Одни образовались под действием (в результате ударов) метеоритов, а другие являются результатом деятельности вулканов. Мы не будем описывать все кратеры Марса. Здесь фактического материала очень много, и можно описать кратеры очень подробно. Но это не нужно. Важно уловить саму суть. Все остальное можно найти в соответствующих справочниках. В диаметре кратеры занимают сотни километров. На рисунках 100 и 102 показаны два древних кратера диаметром около 80 км. От них осталось только большое темное дно. Эти два кратера показаны у среза снимка выше его центра. Ниже видны большие кратеры. Поверхность здесь покрыта камнями и грубыми обломками скал. Старые кратеры постепенно сглаживаются. Многие из них сильно разрушены и видны как темный или светлый круг. По сути, кратеры такие же, как и на Луне. У них есть кольцевой вал. У не-

Рис. 100. Район к северу от вала кратерного Моря Аргир. Размеры участка 600х820 км. Снимок

«Марса-5»

Рис. 101. Хорошо сохранившийся метеоритный кратер диаметром 25 км (33° ю. ш.,19° з. д.).

Снимок сделан узкоугольной камерой «Марса-5»

Рис. 102. Район плоскогорья северо-западнее Аргира (36° ю. ш.,79° з. д.). Диаметр большого

сильно разрушенного кратера около 50 км. Снимок сделан узкоугольной камерой «Марса-5»

которых просматривается центральная горка. Но различие все же имеется. Кратеры на Марсе в среднем вдвое меньше в диаметре, чем на Луне. Это и понятно: меньше сила гравитационного притяжения, меньше удар, а значит, меньше и образовавшаяся воронка. Таким образом, на Марсе кратеры меньше по размерам, чем на Луне. На фото их больше (на единицу площади). Это и понятно, поскольку пояс астероидов (малых планет) ближе к Марсу, чем к Луне. Именно эти небесные тела были источником метеоритной бомбардировки поверхности планет. Это бомбардирование имело место не только на ранней стадии формирования планет, но и в более позднее время. Этот процесс образования кратеров полностью не прекратился и в наше время. Космические аппараты на Марсе зарегистрировали даже очень свежие образования из семейства кратеров. Пример такого свежеиспеченного кратера и показан на рисунке 101. Его диаметр равен 25 километрам. В нижней части кольцевой вал разрушен другим, менее крупным метеоритным телом. Поскольку грунт Марса очень сыпучий, то насыпь вала образует оползни. Еще три кратера показаны на рисунке 102. Они выстроены в цепочку. Здесь виден сильно разрушенный старый кратер диаметром около 50 километров. Два других кратера диаметром 20 и 8 километров разрушены меньше. Полагают, что возраст этих кратеров более 2 миллиардов лет.

Кратеры расположены на поверхности Марса отнюдь не равномерно. Экваториальные районы испещрены кратерами. В северной полярной шапке их мало. На юге они видны до самого полюса.

На Марсе есть горы и равнины. Равнины расположены среди кратеров. Одна из них равнина Аргир. В поперечнике она достигает 900 километров. Собственно, она представляет собой типичное кратерное море. Таких «морей» много на Луне. Другая равнина Эллада еще протяженнее: 1600 километров в одном направлении и 2000 километров в другом. Дно этой равнины нельзя назвать ровным. На этих же долготах имеются еще две равнины: Большой Сирт и равнина Исиды. Последняя к востоку переходит в равнину Элюзий, а к северу — в равнину Утотя. На долготе долины Аргир находится долина Ацидалийская. К югу она переходит в долину Хриса. Равнину представляет собой и местность вокруг южного полюса. Северный полюс Марса окружен огромной Великой Северной равниной. На этой полярной равнине есть много мелких кратеров. Один из них (побольше) назван именем Ломоносова. Представляет интерес и долина Маринера. Она находится к северо-западу от долины Аргир. Эта долина весьма своеобразная. Она фактически представляет собой гигантский каньон. Общая длина каньона достигает 4,5 тысячи километров. Глубина этого огромного каньона достигает 2–3 километров, а в некоторых местах и того больше.

Семейство гигантских вулканов Фарсида состоит из трех вулканических конусов: горы Аскрийской, горы Павлины и горы Арсия. Горы на Марсе значительно выше, чем на Земле, выше 20 километров. К северо-западу от этих гор находится очень высокая гора Олимп. О масштабе марсианских гор можно судить по рисунку 103, на котором сравниваются марсианская гора Олимп и высочайшая вершина Земли Эверест. Вершина горы Олимп является вулканической. Эти вулканы потухшие. На вершинах всех четырех гор располагаются вулканические кальдеры огромных размеров. Одна из таких огромных кальдер показана на рисунке 104. Возраст ее достигает нескольких сотен миллионов лет. Эта кальдера находится на вершине горы Арсия, которая является

Рис. 103. Сравнительная схема высот горы Олимп и Эвереста

Рис. 104. Огромная вулканическая кальдера диаметром 130 км венчает вершину горы Арсия — древнего и давно не действующего вулкана. Снимок NASA

самой южной из гор. Диаметр этой кальдеры впечатляет, он достигает 130 километров. Что же касается горы Олимп, то она является потухшим (?) вулканом. Тип вулкана — щитовой. Это особые вулканы, лава которых отличается жидкой консистенцией. При извержениях вулканов лава растекается на большие расстояния. Поэтому склоны такого вулкана очень пологие. Можно себе представить гору-вулкан, диаметр которой в основании достигает 600 километров. В земных условиях — нет. На Марсе это реальность.

Остальные три вулкана-гиганта в области Фарсида меньше Олимпа по высоте, но сами они находятся на возвышенности, которая приподнимает их на 3–5 километров. Полагают, что эти вулканы начали активно жить примерно полтора миллиарда лет назад. Олимп настолько огромен, что его наблюдали с Земли еще в прошлом столетии. Тогда это зрелище получило название «Снега Олимпа». Название было дано светлому образованию круглой формы и неясного происхождения. Но сейчас мы знаем, что это 1000-километровое кольцо облаков, которое часто опоясывает высочайший вулканический конус.

До сих пор на Марсе не обнаружено ни одного действующего вулкана. Что касается равнин Марса, на которых нет кратеров, то они покрыты толстым слоем застывшей лавы. Сквозь трещины в коре планеты выделялись потоки лавы. Они заполняли низины. Одновременно лава в огромных количествах текла с вершин вулканов. На рисунке 105 виден район, который был залит лавой во время извержения вулкана Арсия. При извержении выбрасывались тучи пепла. Они ветром разносились по всей планете. Хотя плотность атмосферы на Марсе мала, ветер делает свое разрушающее дело. Следы ветровой эрозии видны везде. Ветры на дне кратеров насыпают песчаные дюны. Сила ветра на Марсе значительна. Ведь она определяется не только плотностью атмосферного газа (она невелика), но и скоростью ветра (она огромна). Сила ветра зависит от скорости во второй степени. Скорость увеличивается от 2 до 3 м/с, а сила его возрастает от 22=4 до 32=9. Регулярные местные ветры создают весьма устойчивые крупномасштабные полосы и характерные эоловы венцы. Эти полосы простираются вдоль плоскогорья и достигают 500 километров в направлении дующих непрерывно ветров. Здесь ветром создаются поля барханов, которые вытянуты вдоль плоскогорья.

Рис. 105. Обильные излияния вулканических лав приводили к затоплениям обширных районов на расстояниях до 1500 км от вулкана. Участок поверхности выше и левее кратера Пикеринг (справа, диаметр 120 км) и само дно кратера подверглись затоплению при извержениях вулкана Арсия. Снимок NАSА

Окраска поверхности Марса создается присутствием гидратов окислов железа. Они образуют слой красной пудры на зернах силикатного песка. Этот песок является основной составляющей поверхности планеты. Примерно десятую часть составляет примесь гидратов железа. Возможно, имеются и примеси других пород. Во всяком случае большая часть поверхности Марса представляет собой мелкий красный песок, из которого выдвигаются бесчисленные камни. Но красный песок покрывает частично даже камни. Песчинки очень мелки, всего 1–5 мкм (микрометров). Широко известны пылевые бури на Марсе. Есть ветер, и есть пыль. В результате получаются пылевые бури. Полагают, что когда буря затихает, осевшие песчинки (практически пылинки) слипаются в комочки. Размер их достигает одного миллиметра. Когда сухие пылинки (песчинки) трутся друг о друга, они электризуются. Имея электрический заряд, они очень легко слипаются. Но при этом действуют не только электрические силы. На частицах может намерзать водяной иней или иней углекислоты. Естественно, что при этом они увеличиваются. Ясно одно: поверхность Марса составляют пыль, песок, камни и в некоторых местах скалы. Это не домыслы, а документированные данные, полученные с помощью космических аппаратов.

Мы уже упоминали о каньонах. Добавим еще несколько слов. Самым большим каньоном на Марсе является долина Маринера. Его длина 4500 километров, а глубина 5–7 километров. На дне каньона атмосферное давление вдвое больше, чем на нулевом уровне. Оно составляет 12 мбар. По сторонам каньона имеется развитая система «притоков». Это своего рода овраги. Западная оконечность этого огромного района переходит в лабиринт Ночи. Это разветвленная система трещин в поверхности планеты. Каждая трещина достигает 30 километров в ширину. Система трещин охватывает обширный район Марса. Протяженность района достигает 100 километров. Полагают, что система трещин образовалась в результате действия подпочвенных явлений. Не исключают и процессы, связанные с таянием вечной мерзлоты.

Особого внимания заслуживает туман, который покрывает долину Маринера по утрам, а иногда и к вечеру. Порой туман настолько плотный, что космические аппараты не могут «просматривать» марсианскую поверхность.

Главным является вопрос образования каньона. Конечно, это не канал, и выброшенного грунта нигде нет. Ясно одно, что если тектоника Земли состоит из отдельных плит (это мы рассмотрели в книге «Озонные дыры»), то вся кора Марса всегда двигалась как единая плита. Самый главный каньон Марса начал формироваться примерно около 3 миллиардов лет назад.

Каньон в долине Маринера, видимо, образовался так. Голова каньона (лабиринт Ночи) является результатом разрушения поверхности, которое продолжается. На склоне каньона видны слои пыли, лавы и вулканического пепла. Общая толщина слоя достигает 2 километров. Каньон — это своего рода разрез, причем на большую глубину. Из таких разрезов можно получить ценную информацию о строении и составе грунта на разных глубинах. Космические аппараты фотографировали оползни, которые проходят через метеоритные кратеры, пересекают друг друга и растекаются по дну. Получены снимки, на которых на склонах, на языках оползня видны несколько метеоритных кратеров диаметром в несколько сотен метров. Возраст оползней солидный. Полосы на языках оползней дают представление о направлении движения грунта. Полосы же на дне каньона дают информацию о направлении ветров. Значительные области на поверхности Марса покрыты грунтом, который в древности переработан многократными ударами. Специалисты этот грунт называют реголитом.

Воды на Марсе очень мало (даже в виде водяного пара). Тем не менее у специалистов есть основание предположить, что каньоны образовались потоками воды. Удивляться не надо. Космические аппараты сфотографировали на Марсе русла высохших рек. Два из этих снимков показаны на рисунке 106. В долине реки Нер-гал (верхняя часть рисунка) реки как таковой нет, есть только высохшее русло. Протяженность этого русла 400 километров. Мало того, рельеф местности позволяет заключить, что река Нергал впадала в огромное водохранилище. Внизу на рисунке 106 видно русло реки Маадим, протяженность которого достигает 700 километров. Обмеление этих и других рек происходило постепенно. Видимо, на планете менялись условия. Но куда исчезла вода и, вообще, откуда она бралась в более ранний период? Анализ всех данных, полученных с помощью космических аппаратов, позволяет нарисовать следующую картину.

Еще до того, как космические аппараты высадились на Марсе, большинство специалистов сходилось на том, что так называемые

Рис. 106. Вверху: сухое русло древней марсианской реки Нергал с притоками (долина глубоко прорезает лавовую равнину). Полная ее длина около 400 км. Внизу: долина Маадим длиной около 700 км. В средней ее части видна тонкая, более поздняя долина. Маадим находится в южном полушарии и вытянута вдоль меридиана 187° от 29 до 14° ю. ш., где соединяется с большим кратером. Снимок NАSА

шапки Марса представляют собой не что иное, как лед, то есть замершую воду. Прямые измерения на Марсе показали, что температура зимней полярной шапки практически совпадает с температурой конденсации углекислого газа при марсианских давлениях: 148 К или — 125 °C. Это наводит на мысль, что полярные шапки Марса могут состоять из замерзшего углекислого газа. Это значит, что, когда наступают зимние холода, в районе полярных шапок атмосферный газ конденсируется и выпадает в виде снега из углекислого газа. Толщина такого снежного покрова не больше 10 сантиметров. Но площадь шапок большая — от полюса до широты 55° и ниже. Когда наступает весна, этот снег тает и остается не тронутым теплом только в небольшой центральной области. Эта область невелика, всего 500–700 километров. Она покрыта снегом не из углекислого газа, а из воды. То есть это настоящий снег. Дело в том, что летом в этой области температура такая, при которой снег из углекислого газа обязан растаять. Правда, часть этого углекислого снега все же сохраняется и летом. Поэтому реальная картина такая: в полярных шапках имеются многочисленные слои обычного льда из воды вперемежку с напластованиями пыли и льда из СО2. Полная толщина этого хранилища достигает нескольких километров. Мы уже говорили о том, что южное и северное полушария (а значит, и полярные шапки) на Марсе находятся в неравноправных условиях. Поэтому не должно удивлять, что северная полярная шапка Марса (размер ее больше, чем размер южной шапки) состоит главным образом из водяного льда, тогда как в южной шапке преобладает лед из углекислого газа. Здесь основным регулятором выступает температура. В южном и северном полушарии сезонные температуры отличаются. Длительность сезонов в разных полушариях Марса также неодинакова.

Так все-таки что собой представляли реки на Марсе, и откуда бралась вода? Первичная атмосфера на Марсе была не той, что сейчас. Собственно, все планеты (в том числе и Земля) проходили через это. Когда-то на Марсе атмосферное давление было намного больше — 100, а может быть, и все 3000мбар. Такое давление означает тепло, при котором тает любой лед, как водяной, так и лед из углекислого газа. Но в результате такого таяния должно еще больше повышаться атмосферное давление. Атмосфера из углекислого газа создает парниковый эффект, тем более если в атмосферном газе содержится водяной пар. В результате температура у поверхности Марса должна была повыситься ни больше, ни меньше как на все 100 градусов. В итоге мы получаем 30–50 °C. Это комфортные земные условия. Очень важную роль в этот период в атмосфере Марса, в его температуре играл водяной пар. А в то время водяного пара было много. Откуда он мог взяться? Прежде всего из той воды, которая выделялась при извержении вулканов. Она заполняла углубления на поверхности планеты и образовывала водоемы. Кроме того, при столь высокой температуре обязаны были таять подпочвенные мерзлоты. Это происходило из-за разогрева коры планеты. В это благоприятное, комфортное время на Марсе и текли реки. И какие реки! Многие реки брали свое начало «под землей». Иногда реки брали свое начало в небольших кратерах, но многие из них при этом уходили «под землю». Речь идет о явлениях, похожих на карст. В данном случае это результат растворения подземных месторождений солей или карбонатов. Специалисты не сомневаются, что на Марсе таяла вечная мерзлота. Мало того, специалисты считают, что и сейчас значительная часть воды на Марсе находится в подпочвенном состоянии вечной мерзлоты. Где скапливалась вода? В первую очередь, в естественных котлованах. Ими могли служить, прежде всего, кратеры. Они и заполнялись водой. Конечно, вода заполняла все углубления, создавая озера.

Но! Атмосфера состоит главным образом из углекислого газа. А она зиждется на водном основании. Углекислый газ хорошо растворяется в воде. В результате в тех условиях на Марсе атмосферное давление должно было падать, поскольку часть атмосферного газа (а большая часть его — углекислый газ) растворялась в воде и покидала атмосферу. Далее растворенный в воде атмосферный углекислый газ уносился водой и затем, скорее всего, выпадал в составе карбонатов в осадки. Так что воды на Марсе было достаточно. Но он ее потерял. Потерял потому, что у него не хватило сил удержать ее. Внизу в атмосфере находится вода (водяной пар). Выше молекулы воды (как и в атмосфере Земли) разрываются (диссоциируют) на отдельные атомы. А дальше водород убегает в космическое пространство. На Земле притяжение больше, и то она теряет 100 тонн водорода каждые сутки. На Марсе сила тяготения меньше. И поэтому потери его были больше. Вода ускользала с планеты очень быстро. Вода ушла. Закончились тепличные условия, которые обеспечивала вода. А далее все просто и понятно: температура понизилась, подпочвенная вода перешла в фазу льда (вечная мерзлота). Часть воды оказалась связанной в глинах. В этих условиях появились снежные полярные шапки. Они стали ловушками для паров воды, которые еще остались. Марс потерял воду, которая могла покрыть всю его поверхность слоем в 100 метров, а может, и больше.

Космический аппарат выполнял измерения в северном полушарии в период «макушки лета». Он зарегистрировал, что в керне полярной шапки в это время образуются протяженные промоины, которые обнаруживают многочисленные слои льда. Эти слои перемежаются тонкими слоями более темного материала. Температура шапки в это время составляет –73 °C (то есть 200 К). Но она низка для того, чтобы появилась жидкая вода и могли образоваться ручьи. Лед испаряется, происходит сублимация льда. Он сразу переходит в пар. Поэтому и наблюдается повышенная концентрация водяного пара в атмосфере Марса вблизи летней полярной шапки. Лед покрыт слоем пыли, поэтому процесс испарения идет медленно.

Процессы на планете, а значит, и ее эволюция, во многом определяются ее массой. Так же и судьба звезды определяется ее массой. От плотности ядра планеты зависит температура плавления вещества, а также скорость процессов гравитационной и геохимической дифференциаций. От этой плотности зависит и скорость потери некоторых составляющих атмосферы. В прошедшей истории Марса были грандиозные извержения, в результате которых едва ли не половина планеты оказалась засыпанной пеплом. Была плотная и теплая атмосфера, а также бурные реки, намного большие земных. В прошлом образовались огромные каньоны. Вулканическая активность также была грандиозной.

Примерно 3 миллиарда лет назад кора Марса сильно нагрелась. Действовало тепло изнутри. Это операция радиоактивного распада и расслоение ее недр. В результате нагрева стал таять подпочвенный лед. Поэтому происходило последующее разламывание и опускание участков поверхности. Одновременно появились реки. На Марсе хранилось огромное количество воды в виде подпочвенной мерзлоты. Меняли вид поверхности и солевые излияния. Возможно, вид поверхности формировался и ледниками. Они могли образовать широкие протоки, которые огибали препятствия на поверхности планеты. Ледники создавали разные острова весьма странной обтекаемой формы. Атмосфера меньше влияла на формирование поверхности Марса. Специалисты считают, что сильных дождей в пору наводнений на Марсе не было. Поэтому ливни не разрушали поверхность планеты, ее кратеры и другие образования. Полагают, что и сейчас на Марсе много воды. Но она находится не на поверхности и не в атмосфере, а очень глубоко, в вечной мерзлоте. Во время тектонической активности Марса возникали в коре глубочайшие (в несколько километров) трещины. Они заполнялись водой, и так создавались естественные резервуары воды. Дальнейшая судьба воды зависела от температуры: то ли она замерзала, то ли снова выделялась на поверхность. Как мы уже видели, много воды в виде снега сосредоточено в полярных шапках. Что же касается таяния льдов полярных шапок, то оно обходится без жидкой фазы. Жидкой воды при таком таянии не образуется. Лед сразу испаряется, причем как лед углекислого газа, так и лед воды. Так, вначале весной тает сухой лед из углекислого газа. Он непосредственно переходит в газ. Затем, по мере потепления, то есть летом, начинает таять водяной лед. Он точно так же испаряется, то есть сразу превращается в пар, минуя жидкую фазу воды. Поэтому в результате таяния полярных льдов никаких наводнений нет.

Положение полярной оси Марса периодически меняется. То же происходит и с Землей (это мы описали в книге «Озонные дыры»). Период этого изменения составляет 120 тысяч лет. Поэтому (и не только поэтому) климат Марса (как и Земли) периодически меняется. Можно не сомневаться, что период оледенения на Марсе закончится и там снова будет тепло и комфортно. Земля же идет к очередному оледенению. Может, Марс и станет перевалочной базой для землян на тысячи лет. Только чем они будут дышать, и что они будут кушать?

Пылевые бури на Марсе уже вошли в поговорку. Это время, когда пылью заволакивает все. И надолго. Условия для пылевых бурь создаются в период великого противостояния. В это время Марс находится ближе всего к Солнцу. Поэтому он получает больше всего солнечной энергии. Солнечная энергия рассеивается в околосолнечном пространстве. Поэтому чем дальше, тем на единицу объема ее меньше. Не просто меньше, а намного меньше. Дело в том, что объем сферы определяется кубом радиуса сферы. Радиус — это и есть удаление от Солнца. Это значит, что если удаление планеты от Солнца удвоится, то она получит от Солнца энергии, но не в два раза меньше, а в 23=8 раз.

Но в период великого противостояния на атмосферу Марса действует не только большее количество солнечной энергии. Важно и то, что до этого в южном полушарии Марса была весна. Полагают, что именно весна в каждом из полушарий является спусковым механизмом, своеобразным сигналом к началу пылевой бури. Почему? Да потому, что именно с началом весны начинает таять (превращаться в пар) углекислота в полярной шапке. Это происходит так. До наступления весны, в конце зимы сухим льдом из углекислого газа покрыты полярные шапки Марса вплоть до широты 50°. Это огромные пространства. При наступлении весны весь этот углекислый газ переходит сразу в атмосферу. Из физики ясно, что при таком превращении вещества (его испарении) должно происходить охлаждение. Тепло уходит на компенсацию энергетических потерь, которые неизбежны при любом переходе вещества из одной фазы в другую. Когда испаряется лед из углекислого газа, температура на поверхности полярной шапки (весной) составляет 148 К. Это –125 °C. В сущности даже весной полярные шапки Марса являются кладовыми холода. Поскольку в атмосферу добавляется приличное количество углекислого газа, атмосферное давление там растет. Нарушается равновесие (баланс) сил, и атмосфера неизбежно приходит в движение. Атмосферный газ устремляется туда, где давление меньше, то есть в противоположное полушарие. Так и образуются сильнейшие ветры, которые переносят большие массы атмосферного газа в южное полушарие, где в это время осень. Там этот газ конденсируется. В результате изъятия газа из атмосферы южного полушария давление там падает. Перепад давлений между северным и южным полушариями огромный. Поэтому атмосферный газ интенсивно перекачивается из северного полушария в южное. Так и создаются сильные бури. Когда углекислый газ в южной полярной шапке конденсируется и превращается в сухой лед (малый по объему), составляющие атмосферы, такие как аргон, азот и другие, остаются в атмосферном газе. Поэтому их относительное количество (относительно углекислого газа) растет. Бури всегда начинаются южнее экватора. Это происходит потому, что перигелию соответствует лето в южном полушарии.

В обычное время скорость ветра не превышает 10 м/с. Во время бурь она увеличивается в десятки раз. Образуются мощные вихри. Смерчи-вихри поднимают в воздух массы рыхлого грунта, и все заволакивает пылью. Затем пылевые облака перехватывают значительную часть солнечной энергии. Поэтому температура поверхности планеты падает. Это происходит очень неравномерно. Создаются большие местные перепады температуры. А это еще больше усиливает ветры. Во время пылевых бурь в атмосферу поднимаются сотни миллионов тонн пыли. Основная масса пыли переносится близко от поверхности планеты. Во время пылевой бури энергию Солнца перехватывает атмосфера. Поэтому она и нагревается больше, чем обычно. Пылевые бури на Марсе длятся 50 — 100 земных суток.

На Земле и Венере работает парниковый эффект. Полученное от Солнца тепло удерживается атмосферой за счет разницы атмосферного поглощения в видимой и дальней инфракрасной областях спектра солнечного излучения. На Марсе все происходит наоборот. Там работает антипарниковый эффект. Он вызван тем, что пылевые облака на Марсе непрозрачны для приходящего от Солнца излучения. Зато они прозрачны для того излучения, которое идет от поверхности планеты. Поэтому планета свое тепло отдает в космическое пространство (у нее нет теплицы в виде озонного слоя, как у Земли), а тепло от Солнца недополучает из-за сильной запыленности атмосферы. Поэтому и происходит выстуживание поверхности планеты. Конечно, когда нет пылевых бурь и атмосфера Марса чистая, ситуация в энергетическом плане более благоприятная.

Особенность атмосферы Марса не только в ее составе и очень низкой плотности. Она и в том, что атмосфера неспособна задерживать ультрафиолетовое излучение Солнца.

Одним из самых интересных объектов на Марсе специалисты считают Элладу. Эта чаша диаметром около 2000 километров является уникальной. Ее можно даже наблюдать с Земли. Это светлое образование имеет форму правильного круга. Вначале, до полетов космических аппаратов полагали, что это некая огромная воронка с плоским дном. Но снимки, полученные космическими аппаратами, показали, что все «дно» Эллады покрыто развитой системой горных хребтов, которые ничем не напоминают то, что видно за пределами этого круга. На самом деле Эллада является гигантской чашей правильной формы. Как ни удивительно, она служит местом хранения (чуланом) пылевых бурь на Марсе. Поэтому ее еще называют «сундуком Пандоры». При наблюдении с Земли создавалось впечатление, что видно дно этой чаши. На самом деле за дно принимали светлые облака марсианской пыли. Дело в том, что даже в условиях спокойной атмосферы в небе над Элладой имеются облака. Это не только облака из пыли, но и облака из конденсата углекислого газа. Они грядами располагаются вдоль краев этой огромной чаши.

Поразительно то, что горные хребты, каких больше нигде нет на Марсе, упрятаны в чашу на глубину 5 километров. Ответа на этот вопрос пока нет. Остается неясным, почему яркость спокойного розового неба Марса намного меньше, чем в пылевую бурю. И в то же время она почти в 100 раз больше, чем это следует из расчетов яркости для незапыленной атмосферы Марса. У Марса небо розовое, потому что в атмосфере постоянно присутствует заметное количество мелкой пыли. На ней и рассеивается солнечный свет. При рассеянии белого света (состоящего из всех цветов радуги) важны свойства рассеивающего вещества, в данном случае пыли. Важны прежде всего размеры частиц-пылинок, на которых и происходит рассеяние. Мелкие частицы пыли остаются в атмосфере Марса в течение нескольких лет.

На Земле подобные частицы достаточно быстро вымываются дождями. Но на Марсе дождей нет, поэтому атмосфере очиститься трудно. Ведь без дождя только под действием силы притяжения с высоты 10 километров такая частица размером в один микрометр (1 мкм) будет падать в течение нескольких сотен марсианских суток.

Что касается грунта Марса, то в нем содержится железа 12–14 %. До 20 % в нем кремния. Имеется много других элементов: кальция 4 %, алюминия 2–4 %, магния около 5 %. Имеется титан. Серы в грунте содержится 3 %.

Высокое содержание железа в грунте говорит о том, что Марс сильно отстал от Земли в смысле процессов гравитационного разделения (дифференциации). Если это разделение завершилось, планета имеет солидное ядро, которое намного тяжелее остальной части планеты. Так, в ядре Земли плотность вещества в 10 раз больше, чем плотность воды в нормальных условиях (10 г/см3). У Марса пока что сформировалось очень маленькое ядро. В нем сосредоточено всего 5–9 % всей массы планеты. Внутреннее строение Марса показано на рисунке 107. Литосфера Марса в отличие от литосферы Земли очень толстая.

Еще несколько слов о спутниках Марса. Спутники Марса Фобос и Деймос были открыты в 1877 году. Все любят цитировать Д. Свифта, который еще за 157 лет до открытия спутников Марса в знаменитых «Путешествиях Гулливера» писал о том, что астрономы Лапуты «открыли… две меньшие звезды, или спутника, ко

Рис. 107. Схема внутреннего строения Марса

торые обращаются вокруг Марса, причем внутренняя отстоит от центра планеты точно на три ее диаметра, а внешняя — на пять». Спутники Марса показаны на рисунке 108. Они очень маленькие и находятся почти на круговых орбитах. Они представляют

Рис. 108. Орбиты Фобоса и Деймоса 235

собой типичные астероиды, которые когда-то были захвачены Марсом. Фобос обращается вокруг Марса с периодом 7 часов 39 минут, а Деймос — с периодом 30 часов 18 минут. Это обращение весьма своеобразное. Фобос восходит на западе и заходит на востоке. Это повторяется три раза в сутки. Размеры большой и малой осей Фобоса равны 27 и 20 километрам, а Деймоса — 16 и 10 километрам. Оба спутника совершают синхронное движение вокруг Марса. Своими большими осями они всегда направлены к центру Марса. Как и наша Луна, они всегда направлены к своей планете одной и той же стороной.

Плотность Фобоса почти вдвое больше плотности воды. Общая его масса примерно в 7 миллионов раз меньше массы Луны. Ускорение свободного падения на среднем уровне поверхности Фобоса в 1400 раз меньше, чем у поверхности Земли. Это значит, что человек в среднем весил бы там 60–70 граммов. При большом желании человек мог бы преодолеть силу притяжения Фобоса и отправиться в космическое пространство. Для этого ему надо было бы подпрыгнуть на высоту 2,6 метра. Что касается Деймоса, то его ускорение свободного падения в два раза меньше.

В заключение описания Марса у нас есть возможность вернуться непосредственно к проблеме жизни вне Земли. Дело в том, что на Марс были посланы космические аппараты «Викинг». Их основной задачей был поиск возможных форм жизни на планете. Людям всегда очень хотелось, чтобы на Марсе была разумная жизнь. Поэтому возникла легенда о каналах на Марсе, которые прорыты разумными существами. Высказывались соображения и о растительности на Марсе. Поводы к этому были. О растительности на Марсе как будто свидетельствовали такие факты. Каждые полгода по марсианскому календарю с началом весны в одном из полушарий Марса появляется темная окантовка вокруг тающей полярной шапки. Затем она постепенно распространяется к экватору со скоростью примерно 30 километров в сутки. Когда она достигает экватора, то не останавливается, а переходит через него. Затем, но уже через полгода, такая же окантовка (волна) движется подобным образом, но уже от другого полюса. Это происходит регулярно. Когда волна прошла, области высоких широт светлеют, никакой окантовки нет. Приводилось и еще одно доказательство существования растительности на Марсе. После пылевых бурь на поверхность планеты выпадает пыль. Но наблюдения показывают, что контрасты между темными и светлыми областями при этом не меняются. Если бы там была растительность, то это было бы понятно. Эти доводы «за». Но есть доводы и «против». Так, в условиях очень сухой марсианской атмосферы вегетационный период в развитии растительности должен приходиться на весну. В это время тает полярная шапка и в атмосфере появляется хоть немного влаги. Далее можно рассуждать, что эта влага постепенно распространяется по направлению к экватору. Поэтому она способствует росту растительности. Однако прямые измерения с помощью наземных инфракрасных спектроскопов не позволили обнаружить органические молекулы СН. Если бы они там были, то они выдали бы себя своим излучением в виде характерных полос вблизи длины волны 3,5 мкм. Но измерения этих полос не обнаружили.

Что же касается волны потемнения, которая распространяется от полярной шапки к экватору, то этот процесс, видимо, связан с переносом больших количеств пыли регулярными ветрами. Вулканы выбрасывают темную пыль, а местные ветры разносят эту пыль. При этом образуются характерные полосы, которые направлены от вулкана. Такие полосы наблюдаются. Правда, и в этом объяснении не все просто: на Марсе нет вулканов, которые выбрасывали бы пыль. Высказывались и другие объяснения этих волн.

Жизнь на Марсе искали два космических аппарата. Оба «Викинга» содержали портативные автоматизированные химические лаборатории. Они предназначались для того, чтобы определить, есть ли в грунте Марса какие-либо организмы. Экспериментов было подготовлено и проведено несколько. В одном из них в герметически закрытой камере атмосфера над пробой грунта содержала, как и марсианская, углекислый газ. Но при этом часть атомов углерода-12 в нем была замещена на радиоактивный изотоп углерод-14. Грунт освещали светом, подобным солнечному. Если в этих условиях находятся земные микроорганизмы и растения, то они энергично поглощают углекислый газ. После этих приготовлений проба грунта нагревалась. В процессе нагрева органические вещества разлагались. Поэтому приборы должны были обнаружить усвоенный радиоактивный углерод. Это определенно доказывало бы использование микроорганизмами фотосинтеза. При проведении этого эксперимента на Земле (моделировались марсианские условия) эксперимент «работал» безотказно. Когда же аппараты «Викинг» проводили эти эксперименты на Марсе, их результат был разным: то «да», то «нет». Другими словами, радиоактивный углерод то регистрировался, то нет.

Проводился и эксперимент «наоборот». Обитателей грунта подпитывали радиоактивной пищей. При этом проходил обмен веществ с окружающей средой. В результате этого обмена обитатели грунта должны были выделить меченый углекислый газ. Можно считать, что эксперимент на Марсе в этом варианте удался. Но многие специалисты считают, что получилось нечто не похожее на то, что ожидалось.

Третий эксперимент был тщательно отработан на Земле. Имитировались условия Марса. Суть эксперимента состояла в следующем. Грунт помещали в камеру с точно известной контрольной атмосферой. В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходила подкормка грунта питательной смесью. Как следствие, изменялся состав газовой среды. На Земле проведение этого эксперимента занимало две недели. На Марсе из грунта сразу же стали выделяться углекислый газ и кислород. И вообще все реакции завершились за двое суток.

Как все это трактовать — не очень ясно. Говорит ли этот результат о том, что микроорганизмы на Марсе намного активнее земных? А может, дело в другом. Может, состав самого грунта на Марсе обладает необычными химическими свойствами. Возможно, в нем присутствуют некоторые перекиси, которые и обуславливают эти свойства? Если такой состав смачивать водой, то у него интенсивно выделяется газ. Конечно, очень важна и роль солнечного ультрафиолетового излучения, которым облучается грунт. Мы уже говорили, что на Марсе ультрафиолет беспрепятственно проникает до самой поверхности планеты. Почему ультрафиолет не уничтожает микроорганизмы? Конечно, уничтожает. Поэтому ищут микроорганизмы не на поверхности планеты, а на некоторой глубине, куда ультрафиолет не проникает.

На «Викинге» использовался специальный прибор (хроматограф), в котором образец грунта нагревался. Затем выходящие из грунта продукты разложения органических веществ (газы) анализировались с помощью масс-спектрометра. Этот прибор способен опознавать различные химические элементы и соединения. Грунт брали на глубине 4–6 сантиметров. В этом эксперименте было зарегистрировано выделение сравнительно больших количеств кислорода, а также водяного пара и углекислого газа. Но при этом не было обнаружено каких-либо органических соединений. Специалисты не сомневаются в том, что если бы такие соединения были, то прибор бы их зарегистрировал. Чувствительность прибора к примесям составляла одну десятимиллиардную долю. Об эффективности прибора можно судить по экспериментам, которые были проведены на Земле (в Антарктиде). Этот (или такой же) прибор обнаружил в одной десятой грамма грунта, взятого в Антарктиде, более двадцати органических соединений. Значит ли это, что на Марсе точно нет жизни? Не значит. Возможно, «Викинг» проводил измерения там, где жизни (микроорганизмов) было слишком мало. Но не надо обманывать себя тем, что прибор был безупречным. Его создали специалисты исходя из земных представлений о жизни. Ну, а если жизнь там совсем не похожая на земную? Тогда нельзя говорить о каких-либо результатах эксперимента. Ведь промелькнуло в 1996 году сообщение, что следы окаменелых микроорганизмов были обнаружены в метеорите, который некогда прилетел с Марса.