WalkInSpace.ru - Статьи - Марс - Подробное описание Марса. Часть 2
Главная Новости Форум Поиск



Подробное описание Марса. Часть 2

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 3000 мбар. 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 не больше, не 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? Во-первых, 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 238 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 поднимается 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 (1мкм) 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 38. 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, которые обращаются вокруг Марса, причем внутренняя отстоит от центра планеты точно на три ее диаметра, а внешняя – на пять».

Спутники Марса показаны на рисунке 39. Они очень маленькие и находятся почти на круговых орбитах. Они представляют 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 оси 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, углекис-лый газ. Но при этом часть атомов углерода-12 в нем была замещена на радиоактивный изотоп углерод-14. Грунт осве-щали 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, то 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.


WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2019

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz


Яндекс.Метрика