Виталий Бронштэн - Планета Марс
Отвлечемся от печальной судьбы растительной гипотезы и посмотрим, какими объективными данными о
роде "морей" Марса располагали астрономы в докосмический период.
Колориметрические наблюдения Н. П. Варабашова, И. К. Коваля, В. В, Шаронова, Н, Н. Сытинской показывали, что альбедо "морей" сначала, как и у материков, растет с длиной волны от фиолетовых лучей к красным, хотя и медленнее, чем у материков, но начиная с зеленого участка спектра этот рост замедляется, и поэтому
контраст "морей" с материками в красных лучах значительно возрастает (рис. 9).
Многочисленные поляриметрические наблюдения, проведенные на протяжении многих лет О. Дольфюсом, давали больше возможностей для суждения о природе отражающей поверхности. Дело в том, что характер изменения степени поляризации с углом фазы планеты (или отражающей поверхности) сильно зависит от состава и структуры поверхности. У плотных пород вид кривой отличается от ее вида в случае раздробленных
рошков. Поведение поляризационных кривых в разных участках спектра зависит и от состава вещества поверхности (рис. 10).
Подведя итоги своим многолетним исследованиям, О. Дольфюс сделал вывод, что поверхность марсианских "морей", как и поверхность материков, покрыта мелкораздробленным веществом, однако более темным, чем вещество материков, или же смесью этого вещества с другим, более темным.
5i'UM результатом можно было бы удовлетвориться и заняться подбором подходящего вещества в лабораторных экспериментах, если бы не сезонные изменения альбедо, цвета и, как выяснилось из тех же поляриметрических
Хнаблюдений Дольфюса, поляризации "морей". Наибольшие отклонения от "средней" поляризационной кривой наступали весной и держались до конца лета соответствующего полушария.
Как только ни пытались астрономы объяснить сезонные изменения в "морях". Шведский астроном Сванте Аррениус еще в 1911 г. предложил гипотезу о том, что "моря" Марса подобны земным такырам-глинистым пустыням, покрытым соляными корками. При увлажнении они намокают и темнеют. Но, как показал Дольфюс, кривая поляризации для такыров резко отличается от наблюдаемой на Марсе.
В 1947 г. французский астроном А. Довилье изучил ряд кристаллических минералов, приобретающих определенную окраску под действием ультрафиолетовых лучей и теряющих ее при увлажнении парами воды. Дольфюс отклонил гипотезу Довилье по тем же причинам; к тому же максимум потемнения не совпадал с максимальным содержанием водяных паров в атмосфере Марса.
Уже в 1965 г. польский астроном Р. Смолуховский предложил иной вариант гипотезы Довилье: породы в "морях" окрашиваются солнечными ультрафиолетовыми лучами, причем степень этого окрашивания зависит от температуры и возрастает в теплое время года. Этот механизм не противоречит данным поляриметрии, но требует резких усилений контрастов "морей" с материками в периоды хромосферных вспышек на Солнце,. чего не наблюдается.
Американский астроном Д. Мак Лафлин в 1954 г. предложил "вулканическую" гипотезу, согласно которой "моря" сложены вулканическим пеплом, выбрасываемым при извержениях и рассеиваемых ветрами, дующими в постоянных направлениях. Предположение Мак Лафлина об активном вулканизме на Марсе (поддержанное советским астрономом С. К. Всехсвятским) получило полное подтверждение в ходе космических полетов последних лет, его предположение о наличии на планете отложений вулканического пепла - тоже, но не в таких масштабах, как это предполагал Мак Лафлин.
Американский астроном Дж. Койпер в 1957 г. выдвинул предположение, что темные области на
это поля застывшей лавы, аналогичные лунным "морям" и (какое предвидение!) темным пятнам на Меркурии*). Причину сезонных перемен в их окраске Койпер видел в том, что воздушные течения, имеющие сезонный характер, в одни сезоны наносят пыль и песок на поверхность лавы, а в другие-сдувают их.
Критикуя гипотезу Койпера с точки зрения ее соответствия наблюдениям, Дольфюс выдвинул два возражения: во-первых, поляриметрия не показала существенных различий в гладкости материков и "морей"; во-вторых, у гладких поверхностей типа застывшей лавы поляризационная кривая имеет иной вид, чем у "морей" Марса.
С лавовыми покровами Койпера получилось та;: же, как с отложениями пепла Мак Лафлина: фотографии с космических аппаратов показали, 410 они действительно имеются в различных местах поверхности Марса, но вовсе не устилают сплошь территорию марсианских "морей".
Наконец, в 1967 г. американские астрономы Дж. Поллак и К. Саган предложили оригинальную гипотезу "сдувания", удовлетворявшую всем фотометрическим и поляриметрическим наблюдениям и не требовавшую наличия в морях каких-то особых покровов. Идея этой гипотезы состоит в том, что "моря" лежат в среднем выше материков и на них будут оседать более крупные зерна пыли (100-200 микрон), чем в светлых областях. Это и порождает различие в светлоте (слой мелкой пыли всегда светлее). Весной и летом изменение метеорологических условий вызывает в свою очередь измерение скорости зональных ветров и, как следствие, увеличение среднего размера частиц в темных областях и их потемнение. Однако гипотеза Поллака и Сагана не получила подтверждения в ходе исследований марсианского рельефа: "моря" оказались вовсе не возвышепностями, а скорее областями, переходными от возвышенностей к низинам. О дальнейших попытках выяснить природу "морей" мы расскажем ниже.
*) Фотографирование поверхности Меркурия с близкого расстояния американской космической станцией "Маринер-10" в марте 1974 г. показало, что он очень похож на Луну, хотя площадь лавовых "морей" на нем значительно меньше.
Макрорельеф "красной планеты"
С давних пор Марс, в отличие от Земли и Луны, считался гладким, без резко выраженного рельефа, без гор и впадин. Основанием для такого заключения были фотометрические наблюдения, показывавшие, что планета отражает свет Солнца по закону Ламберта, т. е. как гладкий матовый шар. Правда, это относилось лишь к материкам, но ведь они покрывали большую часть планеты. Только у южного полюса была замечена возвышенность, получившая название гор Митчелла. Она проявляла себя тем, что при таянии южной полярной шапки здесь всегда оставался белый островок, отделявшийся от шапки (общеизвестно, что в горах снега и льды тают позднее, чем в низинах).
Первый удар по представлению о "гладком Марсе" нанесли фотографии "Маринера-4", переданные на Землю в июле 1965 г. Ученые воочию увидели на Марсе горы, в том числе кольцевые горы-кратеры, подобные лунным. Значит, планета имела рельеф. Но получить полное представление о нем по 20 снимкам "Маринера-4", охватывавшим едва один процент поверхности Марса, было невозможно.
На помощь пришла радиолокация. В основе этого метода исследования небесных тел лежит получение отраженного планетой радиосигнала, посланного с Земли. Для посылки и приема сигналов применяются мощные радиотелескопы, для их усиления и анализа - сложные электронные устройства. 'За последние годы в этой области достигнут значительный прогресс.
Как нетрудно понять, время прохождения сигнала до Марса и обратно прямо пропорционально расстоянию до планеты. Если бы поверхность Марса была плоская и располагалась перпендикулярно к лучу зрения, а Марс и Земля были бы неподвижны, то все было бы просто: радиолуч достигал бы возвышенности раньше, чем низины, и приходил бы обратно скорее как раз на время, необходимое лучу, чтобы пройти двойную разность высот между ними. Поскольку скорость радиоволн, как и света, равна 300000 км/сек, а разности высот на Марсе должны измеряться немногими километрами, времена относительного запаздывания сигнала будут составлять несколько микросекунд. Но современная
ная техника позволяет измерять и такие промежутки времени.
Однако Марс-шарообразный, он движется вокруг Солнца и вращается вокруг своей оси. Так1.г же движения совершает и наша Земля, а вместе с ней-радиотелескоп, передающий и принимающий сигналы. Поэтому время прохождения сигнала туда и обратно все вр( мя будет меняться.
К счастью, эти изменения происходят плавно и по известному закону, поэтому учесть их не представляет особого труда. Главная трудность состояла в другомв том, чтобы выделить на поверхности Марса отдельные малые участки и получать отражения от каждого из них в отдельности. Иначе говоря, требовалось повысить разрешающую способность радиолокационного "лота".
Один из способов добиться этого состоял в том, что всегда изучалось отражение от точки в центре диска планеты, которая, как легко сообразить, является ближайшей к Земле. Ясно, что отражение от нее придет первым. К сожалению, мы еще не можем посылать сигпал в виде узкого луча (шириной хотя бы не более 100 км). Радиолуч с удалением от Земли расширяется и захватывает весь Марс, отражаясь сначала от центральной точки (обращенной к Земле), потом от окружающей ее узкой кольцевой зоны, потом от более широкой зоны и т. д Но для нас в данном случае важен лишь самый первый отраженный сигнал. Поскольку Марс довольно быстро вращается вокруг оси, за ночь (точнее, за время, пока Марс находи гся над горизонтом станции наблюдения, ибо радиолокацию планеты можно производить и днем) через центр диска пройдут различные точки поверхности планеты, расположенные на одной ее параллели. Регистрируя время запаздывания сигнала, мы получим как бы разрез рельефа вдоль этой параллели.
