Солнечная система - Владимир Сурдин

Рис. Долина Нергала.

Интересно отметить, что в пору наводнений на Марсе, похоже, не было сильных дождей. Исследование форм кратеров, находящихся поблизости от протоков и промоин, показывает, что если они и разрушались, то только текущей по поверхности водой, а не ливнями.

С прошлым существованием воды на Марсе связана структура многочисленных иссеченных районов (например, равнина Хриса, где опустился «Викинг-1») и широкие, до 80 км., долины. Можно сделать вывод, что очень давно на Марсе существовали реки и озера, было более высокое давление атмосферы и значительно более высокая температура, поскольку водно-эрозионные образования встречаются в очень высоких широтах.

Космические зонды установили многие особенности атмосферы планеты. Оказалось, что температура зимней полярной шапки практически совпадает с температурой конденсации углекислого газа при низком марсианском давлении: 148 К. С наступлением зимних холодов атмосфера в районе полярных шапок конденсируется и выпадает в виде снега из СО₂. «Шапка» охватывает огромные площади, достигая широт 55° и ниже. Толщина покрова на поверхности невелика и составляет, вероятно, единицы сантиметров. Поэтому с наступлением весны шапка быстро тает и съеживается. Но уменьшившись до размера центрального ядра, шапка перестает сокращаться. Для северной полярной шапки радиус ядра составляет 500—700 км. Здесь мы видим многочисленные слои обычного льда вперемешку с напластованиями пыли и льда из СО₂. Полная толщина этого огромного естественного хранилища водяного льда может достигать километра.

Природа северной и южной полярных шапок неодинакова. Северная шапка больше по размеру и состоит, главным образом, из водяного льда, а южная в основном из замерзшего углекислого газа. Причина этого в различии средней сезонной температуры и продолжительности сезонов в северном и южном полушариях.

Особенности движения Марса

Сезонные явления определяются тем: как в течение года изменяется поток солнечного тепла на планету в целом и как он перераспределяется между ее частями. Первое обстоятельство зависит от эксцентриситета орбиты; второе — от ориентации оси вращения планеты по отношению к ее орбитальной плоскости и перигелию (если эксцентриситет велик).

Положение полярной оси Марса не остается постоянным: под влиянием солнечного притяжения, действующего на экваториальное вздутие планеты, ось Марса прецессирует с периодом около 173000 лет. У Земли этот период около 26000 лет, поскольку вместе с более близким Солнцем на нее еще вдвое сильнее действует Луна. Так что в смысле прецесси оси вращения Марс спокойнее Земли.

Однако плоскость орбиты Марса испытывает значительно большие возмущения, чем плоскость земной орбиты. В основном под влиянием Юпитера она изменяет свой наклон с периодом около 1,2 млн. лет и прецессирует с периодом около 70000 лет. Это приводит к тому, что наклон оси вращения Марса к плоскости его орбиты испытывает колебания с периодом около 120 тыс. лет, изменяясь в пределах от 13° до 42°, т.е. на ±15° от среднего положения i=28°. Для сравнения укажем, что наклон земной оси к ее орбите колеблется всего на ±1°.

Форма орбиты Марса также непостоянна: под влиянием планетных возмущений эксцентриситет меняется от 0,0 до 0,12. Вместе с очень сильным изменением наклона оси к орбите это должно вызывать контрастную смену климата с характерным временем 10⁵ лет. Быть может именно в этом причина периодической структуры полярных шапок Марса, напоминающей годовые кольца деревьев. Заметим, однако, что максимальный наклон оси вращения Марса (42°) остается в пределах того диапазона (0°—60°), который обеспечивает минимальную среднегодовую инсоляцию на полюсах вращения планеты. Только в том случае, если ось наклонена на угол более 60°, среднегодовой поток солнечного тепла на полюса превышает этот поток на экваториальные точки планеты.

Потери воды в первую половину истории Марса

Примерно 3 млрд. лет назад разогрев коры планеты под действием эндогенных источников тепла (распад радиоактивных элементов и уплотнение ядра планеты) стал достаточно заметным. Именно в эту пору, по-видимому, кое-где начал таять подпочвенный лед. Одним источником водяного пара на планете была вода, выделявшаяся вулканами и заполнявшая водоемы на поверхности, другим — таяние подпочвенной мерзлоты из-за разогрева коры планеты. По данным об изотопном составе азота и некоторым другим сведениям было найдено, что максимальное давление у поверхности планеты могло достигать 1—3 бар. (на Земле сейчас 1 бар.). При таком давлении возникает сильный парниковый эффект и тает не только лед из углекислого газа, но и часть водяной полярной шапки.

Как только на поверхности появилась вода, давление углекислого газа стало быстро падать, поскольку он хорошо растворяется в воде. Уходящие в подгрунтовые резервуары реки уносили его с собой, где он, скорее всего, выпадал в осадок в составе карбонатов. Одновременно происходила катастрофическая потеря водорода из атмосферы. Молекулы водяного пара диссоциировали под действием ультрафиолетового излучения Солнца, а водород ускользал в космическое пространство. Относительно небольшие запасы воды на поверхности планеты были исчерпаны, парниковый эффект уменьшился, температура понизилась, значительная часть подпочвенной воды перешла в состояние вечной мерзлоты, а какое-то количество ее оказалось химически связанным.

Вместе с вечной мерзлотой снова появились полярные шапки, которые стали ловушками для остатков водяного пара в атмосфере. Если предположить, что потери водорода шли с той же скоростью, что и теперь, потерянная вода могла бы составить слой толщиной в 100 м., а по некоторым оценкам и больше.

Проведенная в конце 1990-х гг. съемка рельефа планеты с аппарата «Марс Глобал Сервейер» показала, что на территории Великой Северной Равнины можно выделить протяженную береговую линию, находящуюся на одном горизонтальном уровне. По-видимому, она окаймляла Северный океан Марса. Удалось проследить, как постепенно береговая линия сокращалась, а океан отступал, разделившись на две части. Возможно, океан был причиной того, что северный полярный район сейчас примерно на 4 км. ниже южного.

Признаки высокой активности планеты приходятся на очень далекие времена, главным образом на первую половину истории Марса. К этому времени относятся грандиозные пирокластические извержения, засыпавшие пеплом едва ли не половину поверхности планеты, плотная теплая атмосфера, реки, крупнее земных, образование огромных каньонов и феерия вулканов в стране Фарсида.

Новые гипотезы о природе полярных районов

Образование полярных слоистых отложений связано с очень низкой зимней температурой в районах полюсов, ниже температуры конденсации и водяного пара, и углекислого газа. Роль центров конденсации играют мельчайшие пылинки, взвешенные в атмосфере и ответственные за розовый цвет неба Марса. На них нарастает слой инея, пылинка утяжеляется и выпадает на поверхность. Таков необычный путь конденсации ничтожных количеств влаги, присутствующей в атмосфере. За сезон выпадает один слой частиц, однако он вряд ли отличим от предыдущего и последующего. Слои, которые видны на рис., отмечают более крупные климатические изменения. Слоистые отложения уходят на большую глубину под полярными шапками, вероятно, на 1—2 км. вблизи южной и на 4—6 км. у северной полярной шапки.