"На зов таинственного Марса" - читать интересную книгу автора (Шевченко Владислав Владимирович)

Зима и лето красной планеты

Если когда-нибудь возникнет необходимость составить специально марсианский календарь, то, по-видимому, за основу можно будет взять наш, земной календарь — так много общего между особенностями вращения обеих планет.

Марс совершает оборот вокруг своей оси за 24 часа 41 минуту. Марсианские сутки лишь немного длиннее земных. Ось вращения Марса составляет угол в 24 градуса с перпендикуляром к плоскости его орбиты. Для Земли данная величина равна 23,5 градуса. Это обстоятельство означает, что смена времен года, или сезонов, на Марсе происходит так же, как и на Земле, только их продолжительность вдвое больше, поскольку полный оборот по орбите вокруг Солнца Марс делает за два земных года.

Как и на Земле, на Марсе можно выделить климатические пояса. Тропический пояс охватывает области, близкие к экватору. В средних широтах, к северу и к югу от тропического пояса, располагаются умеренные пояса. Вблизи полюсов, ограниченных полярными кругами, находятся холодные полярные пояса, вернее, южная и северная полярные шапки.

Но в отличие от Земли в тропиках Марса не растут пальмы, а в умеренных поясах не встретить живописных ландшафтов с лесами и равнинами. Только природа полярных зон примерно одинакова — вечный холод и снега.

Климат Марса из-за большей удаленности от Солнца значительно суровее земного. На единицу марсианской поверхности в среднем приходится меньше половины той солнечной энергии, которую получает земная поверхность. Поэтому среднесезонные температуры составляют всего лишь –60 градусов по Цельсию и значительно меняются в течение суток.

В северном полушарии начинается долгое, но прохладное лето, а в южном — столь же долгая и суровая зима. Продолжительность этого периода составляет 180 марсианских суток. Но вот, миновав точку афелия, Марс опять устремился к Солнцу. Быстро, за 150 суток, проходят осень в северном полушарии и весна в южном, и можно опять праздновать марсианский новый год.

Неправда ли, очень похоже на сезонные циклы нашей Земли? В январе у нас снег и морозы, а где-нибудь в Южном полушарии Земли — в Южной Америке, Южной Африке или Австралии в самом разгаре жаркое лето.

Для жителей Земли жаркое лето, например в субтропиках, — это +30 или +35 градусов по Цельсию. А на Марсе?

Когда в марсианских субтропиках северного полушария прохладное лето сменяется короткой осенью, в середине дня температура не поднимается выше –20 градусов по Цельсию. К концу дня столбик термометра может опуститься до –40 градусов, а вечером, примерно в 21 час по нашим земным представлениям о времени, станет совсем холодно: -70 градусов. Вот такие на Марсе субтропики! Невольно вспомнишь, какое благодатное время с богатыми урожаями мандаринов и лимонов, других фруктов наступает осенью в субтропиках Земли!

Марс имеет сильно вытянутую орбиту, из-за чего в разные сезоны ощутимо меняется его близость к Солнцу и, соответственно, количество получаемого от Солнца тепла. В течение марсианского года величина солнечной энергии, поступающей на поверхность планеты, изменяется в полтора раза. По этой же причине продолжительность четырех времен года на Марсе тоже неодинаковая для северного и южного полушарий.

Совершим вместе с красной планетой полный оборот вокруг Солнца. Начнем, например, с перигелия — точки орбиты, в которой Марс наиболее близко подходит к нашему светилу. В это время в северном полушарии в самом разгаре, если так можно сказать, марсианская зима. Поскольку планета приблизилась к Солнцу, зимняя погода мягкая и не отличается суровостью. Но вблизи перигелия Марс движется с наибольшей орбитальной скоростью, поэтому сезон быстро кончается. Его продолжительность, как и лета в южном полушарии, составляет всего лишь 160 марсианских суток.

Очевидно, что лето южного полушария хотя и короткое, но «теплое».

В северном полушарии начинается весна, а теплое южное лето сменяется прохладой осени. Оба эти сезона, каждый в своем полушарии, длятся долго — около 200 марсианских суток. Планета приближается к точке наибольшего удаления от Солнца — афелию. Скорость орбитального движения уменьшается, и темп сезонных изменений тоже падает.

Но вот осень в северном полушарии Марса сменилась, как мы уже говорили, короткой и мягкой зимой. И что же? Самая высокая температура в это время не превышает –50 градусов, а ночью мороз достигает –120 градусов. Да что говорить о зиме, когда даже летом на исходе ночи, перед рассветом, в субтропической и тропической зонах Марса температура может опускаться до –90 градусов.

На Земле отличить один сезон от другого проще всего в умеренном климатическом поясе: буйная зеленая растительность лета сменяется белыми снегами зимы. Так увидели бы сторонние наблюдатели сезонные изменения на нашей планете.

Наблюдая Марс, астрономы прежде всего заметили сезонные изменения в высоких широтах, то есть в полярных климатических зонах.

Еще в конце XVIII века Вильям Гершель в Англии при наблюдениях Марса подметил, что размеры белых полярных шапок планеты периодически изменяются, а цикл этих изменений полностью совпадает со сменой сезонов.

Возникло предположение, что с началом лета ледяные или снеговые полярные шапки начинают интенсивно таять.

Далее было обнаружено, что уменьшение «снеговых» шапок влечет за собой «волну потемнения», которая медленно распространяется из полярных областей в умеренные широты. На первый взгляд это явление вполне убедительно говорило о потоках влаги, оживляющих в теплый сезон марсианскую поверхность.

Примерно через 100 лет после наблюдений В. Гершеля итальянские астрономы А. Секки и Д. Скиапарелли сообщили в разное время, что они видят тонкие, длинные линии, как бы связывающие сетью каналов полярные и умеренные зоны планеты. Название «каналы» утвердилось за этими образованиями.

Но что понимать под этим словом.

Американский астроном П. Ловелл, построивший в пустыне Аризоны специальную обсерваторию для наблюдений Марса, был, например, горячим защитником гипотезы искусственного происхождения каналов. Вокруг этого предположения другие ученые выстраивали еще более удивительные гипотезы о существовании марсиан и марсианской цивилизации, более развитой, чем земная.

Около семидесяти лет длилось это «нашествие марсиан на Землю» и не прекращались споры о существовании самих каналов.

Объекты подобных размеров находятся на пределе видимости с Земли. Поэтому часть наблюдателей «видела» каналы, другая часть утверждала, что происходит «обман зрения» и отдельные, не связанные на самом деле между собой мелкие детали воспринимаются как тонкие линии или сеть подобных линий.

Что же происходит в действительности и какова природа сезонных изменений Марса на самом деле?

Не будем подробно прослеживать весь путь открытий и заблуждений, который пройден наукой, прежде чем ею были добыты достоверные факты. Многие десятилетия потратили астрономы на наблюдения и обдумывание результатов, годы провели конструкторы над проектами космических аппаратов, прежде чем были получены известные сегодня знания о природе Марса. Конечно, известно еще далеко не все. Многие подробности ждут своего уяснения.

Итак, что же мы узнали? Да, полярные шапки Марса действительно изменяют свои размеры и структуру из-за того, что сезонные изменения температуры влияют на состояние замерзшего вещества этих образований. Да, волна потемнений действительно существует и периодически проходит от полярных областей в умеренные пояса и обратно. Но природа этого явления совсем иная, чем думали астрономы.

Оказалось, что каналов в том понимании, какое существовало во времена споров, на поверхности Марса нет. С борта космических станций были сфотографированы удивительные детали рельефа — огромные долины и протяженные трещины. Совместить какой-нибудь из каналов, нанесенных на старые карты, с вновь обнаруженной долиной или трещиной в марсианской коре не удалось. И уж тем более, эти достоверные образования не имеют никакого отношения к сезонным изменениям полярных шапок или к природе волн потемнения.

Следует ли разочаровываться и огорчаться, что реальная действительность оказалась гораздо скучнее придуманных гипотез? Наверное, нет. Природные механизмы наблюдаемых явлений не менее интересны. Когда становятся понятными причины и следствия и видишь, как одно событие естественно вытекает из другого, остается лишь в очередной раз воскликнуть: ну как же все удивительно устроено природой!

Наиболее заметный рост белых верхушек Марса происходит с начала осени до начала весны в каждом полушарии. Осенью над полярной областью начинает сгущаться плотная белая мгла. Постепенно она окутывает значительную территорию, распространяясь, особенно в южном полушарии, на часть умеренного пояса. Этот плотный туман сохраняется до весны, когда под ним постепенно начинает проглядывать сама полярная шапка. С приходом весны размеры белого пятна начинают быстро уменьшаться и значительная часть полярной шапки стаивает. Оказывается, полярные белые области Марса состоят из двух слоев. Нижний и основной слой образован обычным водным льдом. Подобно ледовому материку на Земле — Антарктиде, толщина северной полярной шапки Марса, состоящей из льда, может достигать 4 километров.

Этот гигантский резервуар замерзшей воды в полярных областях Марса во время смены сезонов практически меняется по размерам очень мало. Наблюдаемые сезонные изменения полярных шапок происходят за счет второго, верхнего слоя, состоящего из замерзшей углекислоты или «сухого» льда.

С приближением марсианской осени над полярными областями начинают появляться неустойчивые голубовато-белые облака. Сначала облака, едва сгустившись, исчезают и не живут больше одних суток. Потом одни и те же образования можно наблюдать в течение нескольких суток. Наконец, как уже упоминалось выше, полярную зону окутывает плотная мгла. В это время на поверхность осаждается снег или иней из углекислоты.

Слой «сухого» льда невелик и достигает лишь нескольких сантиметров, но площадь, покрываемая им, быстро растет.

Замерзшая углекислота укутывает и льды постоянной полярной шапки, и еще большую территорию окружающей поверхности.

В это время температура полярных областей Марса опускается до –125 градусов по Цельсию, до самой низкой отметки во все времена года на всей планете. Эта температура как раз и соответствует известной из физики температуре замерзания углекислоты в условиях Марса, то есть при существующем там низком давлении.

С наступлением весны повышающаяся температура поверхности разрушает слой инея, полярные шапки постепенно уменьшаются до незначительных размеров. Летом в полярной зоне температура повышается до — 70 градусов. Остается лишь нижний, основной слой полярного льда, который не тает, потому что состоит из замерзшей воды. А для таяния водного льда, как мы знаем, нужны гораздо более высокие температуры, гораздо большее количество тепла. Но подобного тепла нет не только в полярных зонах Марса, его нет и в умеренных поясах, нет и в тропиках планеты.

То, что было рассказано о полярных шапках Марса, относится и к северной и к южной верхушкам планеты. Но есть и некоторые своеобразные отличия.

Припомните, лето в северном полушарии приходится на время прохождения планетой афелия, то есть точки наибольшего удаления от Солнца. А лето в южном полушарии совпадает с прохождением перигелия, то есть с наибольшим приближением к Солнцу. Для климатических особенностей Марса это означает, что вода систематически собирается у северного полюса, а углекислоты больше накапливается у южного.

На эти процессы, происходящие в масштабах всего марсианского шара, оказывают влияние и другие особенности природы планеты. Но вот интересная подробность: южная полярная шапка больше состоит из углекислоты, а северная полярная шапка в большей мере образована водяным льдом вперемешку с пылью. В районе южного полюса располагается и «полюс холода» Марса. Здесь были зафиксированы самые низкие температуры: -139 градусов по Цельсию.

Эти общие выводы подтверждают наблюдения космических аппаратов непосредственно на марсианской поверхности.

Приборы, работавшие на поверхности Марса в течение долгого времени, зафиксировали в северном полушарии падение атмосферного давления до минимума осенью, непосредственно перед осенним равноденствием по марсианскому календарю.

Позже давление стало подниматься и увеличилось на 30 процентов до максимального значения в середине зимы, примерно во время зимнего солнцестояния.

Обратим особое внимание на то, что приведенные данные относятся к северному полушарию!

И вспомним, что в первом случае в это же время южная полярная шапка в процессе сезонных изменений достигла своих наибольших размеров, так как был конец зимы — начало весны для южного полушария, а во втором случае полярная шапка уменьшилась до предела, так как в южном полушарии в это время в самом разгаре было лето.

Что же происходило? В первом случае заметная доля углекислого газа в воздухе Марса вымерзла, сконцентрировалась на поверхности в южной полярной области и в прилегающих территориях. Поэтому общая масса атмосферы уменьшилась и давление упало.

Но измерения ведь были сделаны в северном полушарии. Значит, массы углекислого газа перетекли через всю планету, как бы всасываемые южной полярной шапкой.

По подсчетам специалистов, объем вымерзшей части углекислого газа мог составлять примерно 5000 кубических километров! Этого количества газа хватило бы на то, чтобы покрыть «сухим» льдом толщиной в 23 сантиметра всю площадь южной полярной шапки в период ее наибольших размеров.

Во втором случае — наоборот, летнее тепло испарило покров из «сухого» льда, количество газа в атмосфере планеты заметно увеличилось, и на всем марсианском шаре поднялось атмосферное давление. И опять массы газа текли через всю планету, но уже в обратном направлении.

Отвлечемся на короткое время от описания марсианского климата и из марсианского лета перенесемся в жаркое лето на Земле. Пусть мы оказались на раскаленной летним зноем городской улице. Подойдем к киоску с мороженым. Вполне закономерное и естественное желание в такой жаркий день. Но… мы здесь по делу… Главная наша цель — не мороженое, а… «сухой» лед. Да-да, тот самый, из которого состоят марсианские полярные шапки! Попросите у продавца разрешение заглянуть в контейнер с пачками мороженого, и вы увидите среди сладких и вкусных брикетов слегка «дымящиеся» кусочки «сухого» льда.

Положим один такой кусочек на солнечное место. Очень скоро лед исчезнет без следа. Кусочек «сухого» льда растаял, но никакой лужицы после него не осталось.

При нагревании замерзшая углекислота из твердого состояния сразу переходит в газообразное. То есть лед не «тает», а испаряется, превращается не в жидкость, а в газ.

То же самое происходит и на Марсе, когда начинают «таять» полярные шапки. Верхний слой углекислого льда или инея с наступлением весны и лета испаряется. Поэтому сезонные изменения нельзя связывать с потоками жидкой воды, текущими по поверхности планеты от полярных зон в умеренные широты, как это думали астрономы в прошлом.

Но что же происходит, ведь сезонные волны потемнения — это вполне реальное явление, достоверно установленный эффект?

Да, это явление многократно наблюдалось и относится к одному из самых впечатляющих и до недавнего времени весьма загадочных процессов на Марсе.

С наступлением весны от полярных шапок в направлении к экватору начинает двигаться темный вал — волна потемнения. Со скоростью конного экипажа эта волна за два марсианских месяца добирается до экватора и, пересекая его, движется дальше. Летом, когда размеры полярной шапки уменьшаются до минимума, темная полоса оказывается уже в противоположном, зимнем полушарии. Но начинается осень, и рост размеров полярной шапки как бы возвращает полосу потемнения назад. Быстро проходит волна изменений в обратном направлении, потемневшие было за лето области опять приобретают свой зимний, более светлый оттенок.

По заманчивым объяснениям сторонников развитой марсианской жизни, весенние воды оживляли буйную растительность, которая произрастала в течение лета и увядала, жухла с началом осени, когда потоки воды в каналах иссякали.

Но теперь мы знаем, что ни воды, ни каналов, увы, на Марсе нет. А волны потемнения, как оказалось, вызываются громадными процессами перемещения пыли.

Помните, в начале главы мы рассказывали о воздушных потоках, охватывающих всю планету и меняющих свое направление от одного полюса к другому в разные сезоны марсианского года.

Но что такое воздушный поток в атмосфере планеты? Это же ветер, хорошо нам знакомый, обычный ветер, который может быть и приятным дуновением прохлады и жестоким ураганом.

Ветер, который дует в одном и том же направлении в течение длительного времени, уносит верхний слой сыпучего материала поверхности — светлую пыль, в результате чего обнажаются более темные участки ландшафтов. Светлая пыль уносится все дальше к экватору, а вслед за ней движется волна потемнения — это обнажаются более темные породы.

Затем направление ветров меняется. На смену летнему сезону приходит осенне-зимний, и светлая пыль возвращается на свое место. Волна прошла в обратном направлении, сезонный цикл замкнулся. Планета продолжает свое кружение в пространстве, лето сменяется зимой, сильный холод сменяется не очень сильным. Пульсируют, не затихают природные циклы.