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.
Из отдельных снимков, полученных искусственным спутником Марса, носившим название «Викинг-2», можно сложить мозаику. На двух мозаичных изображениях рельефа — снежный покров на краю северной полярной шапки. На снимках, составивших мозаику, можно различить многие подробности рельефа. В нижней части левой мозаики видна мелкая рябь на поверхности Марса. Это долина, сплошь покрытая песчаными дюнами.
Снимки получены в период летнего сезона в северном полушарии. Полярная шапка уменьшилась в размерах, и только на вершинах холмов и протяженных возвышенностях остался покров из льда и снега.
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.
Ураган на всей планете
Марс имеет массу в десять раз меньшую, чем Земля. Сила тяжести на поверхности планеты тоже существенно меньше земной. Критическая скорость, необходимая, чтобы преодолеть земное притяжение, составляет 11 километров в секунду. На Марсе достаточно развить скорость 5 километров в секунду, чтобы навсегда покинуть планету.
Атомы и молекулы газов под влиянием теплового движения очень часто разгоняются до такой скорости и свободно уходят в межпланетное пространство. Этим и объясняется малая плотность современной атмосферы Марса.
Давление у поверхности планеты в среднем такое же, как в земной атмосфере на высоте примерно 35 километров над поверхностью нашей планеты. Значит, среднее давление у поверхности Марса в 160 раз меньше, чем давление воздуха на Земле на уровне моря. Но эта величина колеблется в зависимости от характера местности. В низинах давление в пять — десять раз выше, чем на вершинах гор.
Марсианский воздух состоит на 95 процентов из углекислого газа и незначительных долей азота, кислорода, паров воды и некоторых других газов. В атмосфере Марса, а значит, и в марсианских облаках очень мало водяного пара, примерно в 100–200 раз меньше, чем в воздухе самых сухих районов Земли.
Наиболее «сухой» сезон в каждом полушарии Марса приходится на зиму. Низкие температуры вымораживают и без того мизерное количество водяных паров в атмосфере, которые оседают на поверхность в виде инея.
Весной содержание водяного пара в воздухе относительно увеличивается и к середине лета достигает наибольшей величины.
В летнем воздухе Марса в утреннее время на всех широтах часто можно наблюдать туманы. Так же как и углекислый газ, водяной пар перемещается в зависимости от времени года. Так как его содержание в атмосфере невелико, подобные изменения могут уловить только очень чувствительные приборы. Например, в северном полушарии в период между летним солнцестоянием и осенним равноденствием наибольшее содержание водяных паров в атмосфере постепенно перемещается от полярной области к экваториальным широтам, то есть вслед за уходящим летним теплом.
Легкие облака из водяного пара образуются на сравнительно небольших высотах — менее 20 километров над поверхностью. А вся атмосфера Марса простирается на расстояния в десять раз больше. Выше водяных облаков — облачные массивы из конденсата углекислоты, которые иногда достигают больших размеров и сохраняются на протяжении нескольких недель.
В некоторых районах, часто над горами, наблюдаются кучевые и перистые облака, формирующиеся на высотах примерно 50 километров над поверхностью.
Можно представить, что на фоне розоватого марсианского неба эти серебристые призрачные узоры выглядят очень живописно.
В нашей, земной атмосфере основные облачные образования не поднимаются выше нескольких километров. Реактивный самолет даже в самый ненастный день, пробив тяжелые тучи, выходит на солнечные просторы. Все облака оказываются внизу, а кругом только темно-синее небо и слепяще-яркое Солнце. Бортпроводница сообщает, что полет проходит на высоте 9 или 10 километров. А на Марсе облачность в несколько раз выше.
Еще одна интересная подробность — необычный цвет марсианского неба.
Почему земляне в безоблачный день видят голубое небо?
Когда белый свет Солнца, который, как известно, слагается из многих цветов спектра — от темно-красного до фиолетового, — попадает в земную атмосферу, путь лучей оказывается разным. Фиолетовые и синие лучи окрашивают небосвод, потому что рассеиваются внутри атмосферы, а желтые и красные свободно проходят сквозь воздушную оболочку Земли. Поэтому, если мы смотрим прямо на Солнце, высоко над горизонтом оно кажется нам несколько желтоватым. А во время захода или восхода, когда солнечным лучам приходится пронизать большую массу воздуха, прежде чем попасть в наш глаз, Солнце имеет красный цвет. Голубые и фиолетовые лучи полностью потерялись, рассеялись по дороге, и до нашего глаза добрались только желто-красные.
Но всегда ли безоблачное небо бывает чисто голубым?
Каждый, наверное, мог заметить, что после долгого засушливого периода небо кажется каким-то белесым, тусклым. Но стоит пройти хорошему ливню, и умытые небеса опять сияют голубизной!
Что же произошло?
Во время сухого периода в воздух поднялось много пыли и мелких песчинок, на которых лучи света тоже рассеиваются, отражаясь от них многократно и воспринимая цвет этих твердых частиц. Именно пыль и песчинки, замутнившие атмосферу, придают небу несвойственный ему белесоватый оттенок. Когда же дождь прибьет пыль к земле, воздух очистится, небеса вновь станут естественного голубого цвета.
Наблюдатели, поднимавшиеся на стратостатах, отмечали/ что непосредственно над горизонтом, который выделяется полосой белой дымки, небо имеет светло-синий оттенок. Несколько выше этого слоя оно окрашено в сине-голубой цвет такой насыщенности, какую мы видим с поверхности Земли. Ближе к зениту цвет неба становится темно-синим, почти черным.
Примерно таким же можно увидеть дневное небо Марса. Ведь характер рассеивания света газовой средой не зависит от ее химического состава и определяется размерами частиц, рассеивающими солнечные лучи. В чистом, незапыленном воздухе свет рассеивают молекулы газа. Их размеры, очевидно, так же малы в марсианской атмосфере, как и в земной.
Интенсивность окраски зависит от количества рассеивающих частиц. Поэтому, когда луч зрения пересекает толщу атмосферы по кратчайшему пути (наблюдатель смотрит в зенит), в сильно разреженной атмосфере голубое свечение почти незаметно и небесный свод имеет темно-синюю или вовсе черную окраску. При наблюдении горизонта и прилегающих к нему зон на пути луча зрения оказывается толща атмосферы в двадцать с лишним раз большая. Слабое свечение газовой среды становится более насыщенным.
По аналогии с Землей можно было бы считать, что в реальных условиях Марса над горизонтом должна простираться область голубого свечения, выше голубого пояса — черный купол неба, а находящаяся в атмосфере пыль — придавать всему небесному своду белесоватый оттенок.
Но многочисленные цветные фотографии марсианских ландшафтов, сделанные непосредственно на поверхности, упорно демонстрируют нам розовое небо над горизонтом, постепенно переходящее в черный купол ближе к зениту.
В марсианской атмосфере постоянно содержится значительное количество пыли. Поднятые с красной поверхности мельчайшие частицы переносят этот удивительный цвет планеты и на ее атмосферу.
В чем же причина такой устойчивой замутненности марсианского воздуха, несмотря на сильную разреженность самой газовой оболочки?
1971 год — год великого противостояния. К Марсу направились два советских и один американский космические аппараты. Их задача — выйти на орбиты искусственных спутников планеты для длительных исследований и телевизионной съемки поверхности. Наименьшее расстояние между Землей и Марсом, равное всего лишь 56 250 тысячам километров, приходится на 10 августа.
Незадолго до этого срока, в июле, наземные обсерватории отмечали, что на планете различаются все известные детали. Четко видны контуры южной полярной шапки, видна северная полярная шапка. Контраст морей и материков хорошо разделяет очертания темных и светлых областей. И не отмечено абсолютно никаких признаков облачности.
Но уже во второй половине сентября начали наблюдаться явные приметы сильной пылевой бури. В средних широтах южного полушария появились отдельные пылевые облака желтого цвета. К концу сентября плотная мгла окутала значительную часть всего южного полушария. В последний день сентября в желтой пелене пропала южная полярная шапка.
В ноябре три космических аппарата, с разрывом в несколько дней, приблизились к Марсу и перешли на орбиты его искусственных спутников. Пылевая буря продолжалась с прежней интенсивностью. Наблюдать детали поверхности оказалось невозможно из-за плотной пелены облаков.
Поскольку облака не пропускали солнечное излучение, температура поверхности понизилась. Измерения с космических аппаратов показали, что в отдельных местах весьма заметно «похолодало»: от 10 до 60 градусов ниже обычных для этого сезона температур.
Только в первой декаде января следующего, 1972 года буря стала утихать, атмосфера очистилась от плотных пылевых облаков и восстановился обычный температурный режим поверхности.
Изучая многочисленные снимки поверхности Марса, сделанные с космических аппаратов, ученые отметили, что перед началом сильной пылевой бури в отдельных местах начинают появляться столбы пыли шириной около 1 километра на высотах от 1 до 16 километров над поверхностью. На Земле подобные образования достигают лишь нескольких сотен метров в высоту и не играют существенной роли в зарождении пылевых бурь. На Марсе же, по-видимому, с возникновения мощных вихревых столбов пыли начинается развитие бурь. Ученые назвали такие вихри «пылевыми дьяволами» — настолько коварна их роль в зарождении грозного, охватывающего всю планету явления.
Итак, обычно во время противостояния, особенно во время великого противостояния, когда планета проходит перигелий, Марс погружается в пучину пылевых ураганов. Хотя исследование пылевых бурь еще далеко не полностью выявило природу этих грандиозных явлений, в общих чертах причины их возникновения понятны. Близкое Солнце усиливает нагрев поверхности и атмосферы днем, создавая резкие климатические изменения в течение сравнительно коротких марсианских суток. Все это нарушает равновесие марсианской среды. Начинаются вихри, усиливаются ветры.