Марс - Красная Звезда
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Марс - красная звезда
Описание местности

Ландшафт Марса

     Капитан Джон Картер, герой приключенческих романов Эдгара Барроуза, отправился искать золото в Аризону, а оказался на засушливой планете, где светили две луны, жили шестиногие существа и прекрасные принцессы. Ее ландшафт напоминал древнюю, разрушенную Южную Аризону.

     Как и фантасты, ученые обычно представляют Марс уменьшенной копией нашей планеты, но с более холодным и засушливым климатом. Считается, что его поверхность сформировалась под воздействием тех же процессов, что происходили на Земле. В начале XX в. многие думали, что на Марсе есть вода и придет время, когда там «будут яблони цвести», но миф развеялся в конце 1960-х, когда космическая станция обнаружила бесплодную, покрытую кратерами поверхность, гигантские горы, глубокие каньоны, вероятно, возникшие из-за суровых погодных условий. Изображения, полученные со станций Viking и Mars Pathfinder, напоминали самые мрачные земные ландшафты. Ученые сравнили экваториальные области Марса с американским Юго-Западом и выяснили, что полярные области схожи с Сухими долинами – бескрайними ледяными пустынями в Антарктиде.
     Дальнейшие исследования показали, что такие сопоставления следует делать осмотрительно. Информация, собранная космическими станциями за последние пять лет, свидетельствует о том, что Марс – гораздо более сложная и загадочная планета, чем предполагалось ранее. На, казалось бы, простой вопрос: «Был ли Марс когда-либо теплым, влажным и пригодным для жизни?» – невозможно ответить однозначно. Исследование Марса шло неравномерно. За последние десять лет (на момент написания статьи шел 2004 год) NASA потеряла на Красной планете три станции: Mars Observer, Mars Climate Orbiter – орбитальную станцию для изучения климата и Mars Polar Lander – станцию для посадки в полярной области. Затем пришел успех. Никогда ранее ученые не располагали столь полной информацией о поверхности и атмосфере Марса. Теперь появилась возможность изучать кратеры, каньоны и вулканы, воссоздающие картину далекого прошлого. Но пока не удается понять, какие процессы сформировали рельеф поверхности в период между древней и нынешней историей Марса, разделенной миллиардами лет. Несомненно, Марс и Земля похожи, но имеются и принципиальные различия. Так, большую часть земной поверхности покрывает почва, возникшая в процессе химической эрозии подстилающих горных пород или ледниковых морен, а на поверхности Марса лежит пыль – мелко-зернистый материал, выпавший из атмосферы и скрывший весь древний ландшафт, за исключением самых крутых склонов. Толстый слой пыли покрывает даже высочайшие вулканы, а самые плотные слои лежат на участках, которые, если наблюдать в телескоп, кажутся нам светлыми областями. Оседая, она захватывает из атмосферы летучие вещества и образует покров из льдистой пыли. Позже лед улетучивается, оставляя в грунте ямки. Интересно, что толщина льдистого пылевого покрова зависит от широты. Согласно данным, до 50% поверхности полюсов могут быть покрыты слоем льда. В свое время ледяная мантия стекала по склонам словно вязкая жидкость – совсем как земные ледники.

На дне каньона Кандор в системе долин Маринера ученые насчитали 100 слоев толщиной по 10 м каждый. Это могут быть как пласты осадочных пород, которые впоследствии прорезал каньон, так и пыль, осевшая в результате циклических атмосферных процессов. Фото Mars Global Surveyor.

     Второе отличие Марса от Земли – это ураганные ветры. Космические аппараты зафиксировали пылевые бури, проносящиеся над всей территорией планеты, мощные смерчи и лавины. По пылевым наносам позади препятствий можно судить о сезонных изменениях ветра. На свободных от пыли участках видны следы ветровой эрозии и отложения осадочных материалов. Признаки эрозии наблюдаются в кратерах, из которых материал был унесен ветром, и в ярдангах – гребнях, высеченных песком в подстилающих породах. На процесс отложения указывают обширные песчаные поверхности и дюны. Последние состоят из частиц размером с песчинку, которые перемещаются как бы мелкими прыжками (сальтацией). Однако чтобы поднять их в воздух, нужен более сильный ветер, чем для возбуждения сальтации; поэтому основная часть пыли попадает в атмосферу во время бурь и смерчей. По-видимому, ветровая активность существует с тех лет, когда Солнечная система была еще молодой. На многих снимках видны два типа кратеров (возможно, образовавшиеся именно в то время): неглубокие, подвергшиеся эрозии кратеры, частично заполненные осадочным материалом и покрытые песчаными дюнами, другие – не тронуты стихией, они глубже и имеют чашевидную форму. Майкл Мейлин (Michael Malin) и Кеннет Эджетт (Kenneth Edgett) из компании Malin Space Science Systems, которая управляет камерой аппарата Mars Global Surveyor, предположили, что процессы формирования ландшафта происходили в определенной последовательности: сначала огромная масса песка переносилась ветром и частично оседала в кратерах, а позже образовывались чашевидные кратеры. Но откуда взялось такое гигантское количество песка, ответить пока невозможно.
     Третье отличие Марса от Земли – удивительное разнообразие погодных и климатических циклов. Марсианский год составляет 687 земных суток. Угол наклона оси вращения Марса, определяющий смену времен года, очень близок к наклону земной оси. На Красной планете нет атмосферных осадков и океанов, столь важных для формирования погоды на Земле. В зависимости от времени года атмосферное давление (составляющее меньше 1% земного) изменяется в пределах 25%, что обусловлено конденсацией и сублимацией CO2 у полюсов. Разреженная атмосфера не в состоянии сгладить суточные колебания температуры, которые на поверхности Марса достигают 100°С. Термические свойства атмосферы зависят от наличия в ней частиц пыли и льда, поэтому динамика процессов, происходящих в атмосфере Марса, достаточно сложная. Погода характеризуется сильными ветрами, высокими ледяными облаками, туманами, заморозками, пылевыми смерчами и бурями.
     Как и на Земле, штормовые ветры приходят из северных полярных широт. Крупнейшие пылевые бури обычно зарождаются весной в южном полушарии, когда планета быстро прогревается, и нередко бушуют над всей планетой. Mars Global Surveyor проследил развитие глобальной пылевой бури, которая началась в июне 2001 г. и длилась четыре месяца и была результатом слияния нескольких региональных бурь. Мейлин сравнил резкие климатические изменения в период пылевых бурь на Марсе с последствиями извержения вулкана Пинатубо в 1991 г., вызвавшими резкое похолодание на обширной территории. Важную роль в динамике атмосферы играют полярные шапки. Наблюдения за их размером и формой свидетельствуют, что они в основном состоят из воды в твердом состоянии, а не из менее прочного сухого льда (твердого CO2), который не может сохранять куполообразную форму. Важное открытие: идет быстрое разрушение слоя сухого льда, покрывающего часть южной полярной шапки. Ясно, что эрозия не вечна, как и оседание и выдувание пыли. Должны быть другие циклические явления, связанные с изменениями орбиты Марса, которые вновь позволят появиться льду и пыли. Мейлин и Эджетт выдвинули предположение, что ветровая активность атмосферы в прошлом была значительно выше, а это еще раз подтверждает, что климат Марса меняется.

Марс – это 4 мира в одном: густо усеянное кратерами южное полушарие (с сетью долин, подобных речным), более ровное северное (со следами древних береговых линий), эквато-риальная зона (с вулканами и каньонами) и полярные шапки. На карте совмещены фото, полученные широкоугольной камерой, и данные измерения высот. Цвета близки к реальным. ТОПОГРАФИЯ ПОВЕРХНОСТИ МАРСА. Раз-ность высот между глубо-чайшими впадинами (темно-синий цвет) и самыми высокими вулканами (белый цвет) достигает 30 км, на Земле она составляет 20 км. Большой синий круг в южном полушарии планеты – впадина Эллада, один из крупнейших кратеров во всей Солнечной системе.
ТОЛЩИНА КОРЫ. Сопоставляя топографичес-кую карту Марса с данными измерения его поля тяготения, исследователи смогли определить толщину твердой коры Марса. Она составляет около 40 км под северными равнинами и около 70 км под возвышенностями на юге. Толще всего она (красный цвет) под гигантскими вулканами Фарсида, а тоньше (пурпурный цвет) – под бассейном Эллада. ВОДА. Нейтроны, образующиеся в результате бомбардировки поверхности Марса космичес-кими лучами, позволяют судить о присутствии воды на глубине до 1 м. Дефицит нейтронов средней энергии (надтепловых) свидетельствует о насыщенности водой (синий цвет), предполагае-мого количества которой достаточно, чтобы дважды заполнить озеро Мичиган. На большей глубине воды может быть еще больше.
МАГНЕТИЗМ. У Марса нет единого магнитного поля, но некоторые участки его коры намаг-ничены до более высоких значений, чем на Земле. На этих участках богатые железом породы напоминают стержневые магниты. Можно предположить, что в период затвердевания пород Марс обладал глобальным магнитным полем. Полосы, протянувшиеся с востока на запад, напоминают формы при движении платформ. ГЕОЛОГИЯ. Состав инфракрасных спектров указывает на типы горных пород. В южном полушарии преобладает базальт (зеленый цвет), а на севере – андезит (синий цвет). Близ экватора видны обнажения гематита (красный цвет), образовавшиеся, как правило, при наличии воды. Определить типы пород, скрытых пылью (желто-коричневый цвет) или облаками (белый цвет), пока не удается.

     Четвертым важным отличием Марса от Земли является почти полное отсутствие воды в жидком состоянии. При существующей температуре и атмосферном давлении вода недолго остается на поверхности, однако может существовать в виде льда под слоем грунта в течение всего марсианского года, на что указывают характерные типы рельефа. Аппарат Mars Odyssey обнаружил лед на большей части Марса вне экваториальной зоны, а данные моделирования показывают, что он залегает на значительной глубине. Впрочем, иногда вода все же течет на поверхности Марса. В 2000 г. Мейлин и Эджетт описали овраги, словно созданные водой. Было выдвинуто множество гипотез для объяснения их происхождения: выходы водоносных слоев (которые должны располагаться необъяснимо высоко на краях кратеров); фонтанирующие под давлением гейзеры; выбросы углекислого газа под большим давлением; вулканическое тепло на глубине. Позднее Филип Кристенсен (Philip Chrisstensen) из Аризонского университета обнаружил овраги, расположенные прямо под скоплениями снега и льда, образование которых связано с марсианскими климатическими циклами. В более холодные периоды склоны покрываются смесью снега и пыли, затем Солнце нагревает это теплоизолирующее одеяло, и появляется талая вода, которая стекает по склону, образуя мелкие овраги. В более теплые периоды лед тает и даже иногда полностью испаряется.
     Несмотря на обилие воды, климат Марса засушлив, а минералогический состав грунта говорит об отсутствии воды на поверхности. На Земле в процессе выветривания с участием теплых текучих вод образовались почвы с высоким содержанием кварца, гидратированные глины и такие соли, как карбонат и сульфат кальция. На Марсе космические аппараты пока не обнаружили залежей этих минералов. Темные марсианские базальтовые дюны состоят в основном из пироксена и плагиоклаза, которые на Земле быстро выветриваются. Из вышесказанного можно заключить, что нынешняя холодная и сухая атмосфера Марса сформировалась уже давно.
     Всегда ли Марс отличался от Земли? Под покровом пыли и песка имеются многочисленные свидетельства того, что Красная планета менялась. Прежде всего ландшафты северного и южного полушарий Марса разительно отличаются друг от друга. Южное полушарие выше и изобилует кратерами (что свидетельствует о его древности), а на северном их меньше; здесь характерны обширные низменности. Между ними располагается плато Фарсида (промежуточное по возрасту) с гигантскими вулканами, по сравнению с которыми их земные собратья кажутся карликами. Низменности северного полушария ровные, поэтому можно предположить, что значительную часть истории Марса они были днищами озер, выложенными многочисленными пластами лавы и осадочными породами южного происхождения. На новых топографических картах видны древние кратеры, покрытые тонким слоем молодых отложений.

Смерчи, проносящиеся над равнинами к северо-западу от горы Олимп, оставляют за собой пылевые полосы (правое фото). Подобное наблюдалось и в бассейне Аргир (верхнее левое фото), и к востоку от долин Маринера (нижнее левое фото). Предполагается, что вихри захватывают светлую пыль, обнажая темный грунт. Изображение справа получено спутником Mars Odyssey, а два слева – Mars Global Surveyor.

     Вдоль края южных возвышенностей прослеживаются промоины, которые могли быть образованы только потоками воды. Они значительно больше своих земных аналогов. Знаменитый марсианский каньон долины Маринера в длину потянулся бы от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса, а в ширину – от Нью-Йорка до Бостона. Глубина каньона сопоставима с высотой горы Маккинли. Ничего подобного на Земле нет. Его верховья, кажется, размыты водной стихией. Все марсианские промоины имеют схожие черты. И поскольку все они врезаются в плато Фарсида, то их возраст – средний.
     Вытянутые островки и другие детали промоин напоминают скебленд на северо-западе США – земли, смытые до коренной породы споканским потопом в конце последнего ледникового периода (10 тыс. лет назад). В то время водоем размером с одно из Великих озер прорвал ледовую дамбу и обмелел за несколько дней. На Марсе подобные катастрофы были гораздо масштабнее. Они могли быть спровоцированы вулканическими источниками тепла или общим тепловым потоком из глубины планеты. Похоже, что тепло растопило лед под слоем вечной мерзлоты и создало огромное давление, под действием которого вода прорвала преграду и вырвалась на свободу. Из всех особенностей марсианского рельефа, связанных с водой, больше всего споров вызывают сети долин. Разбросанные по всем возвышенностям южного полушария, они напоминают сети рек на Земле. Похоже, они были сформированы поверхностными водами, подпитываемыми таянием снега или даже дождями, которые в древние времена могли идти на Марсе. Это убедительный довод в пользу того, что когда-то Красная планета была такой же теплой и влажной, как Земля.
     Но марсианские реки отличаются от земных, питаемых дождями. Они больше напоминают русла рек пустынных областей, берущих начало из бедных подземных источников, обычно расположенных в амфитеатрах с крутыми склонами, а не из объединения мелких притоков. Чтобы понять природу сетей долин, необходимо выяснить их возраст. Исследования северной части возвышенностей показали, что огромное количество эрозийного материала образовалось в период интенсивной метеоритной бомбардировки Марса на ранних этапах его истории, в результате чего менялся ландшафт и распределение водотоков. Кратеры заполнялись водой и обломками; каналы начинали связывать их в сети, но удары метеоритов постоянно нарушали этот процесс. Так, равнина Аргир диаметром около 1 тыс. км, ставшая частью системы долин, по которым вода от Южного полюса идет в каналы, пересекающие экватор, когда-то была заполнена водой. Роль воды и льда в таких системах по-прежнему не ясна, но в любом случае они кардинально отличаются от земных водных систем. Аппарат Mars Global Surveyor обнаружил слоистое строение верхней коры Марса, что видно почти на всех обнажениях пород – на стенах каньонов, склонах кратеров, столовых гор и долин. Слои, различающиеся по толщине, цвету и прочности, свидетельствуют о том, что на Марсе периоды отложения осадков, образования кратеров и эрозии последовательно сменяли друг друга. Лучше всего сохранились самые старые пласты, а лежащие выше подвергались эрозии и уносились ветрами.
     Откуда они появились? Отсутствие на изображениях валунов свидетельствует о том, что слои не были образованы потоками лавы, но они могут состоять из вулканического пепла или могли возникнуть в результате ударов метеоритов о поверхность Марса. Например, на Луне ученые обнаружили наложения кольцевых структур, соответствующие кратерам разных возрастов. Марс тоже подвергался метеоритным атакам, взрыхляющим его поверхность, которую затем уносили вода и ветер.

Белая скала, обнаруженная космическим аппаратом Viking в 1970-х гг. (вставка), – прекрасный пример того, сколь обманчивы марсианские ландшафты. Она похожа на груды соли, принесенной потоком воды, однако спектральные измерения показали, что это сцементированная марсианская пыль. Красноватая пыль, смешанная с черным песком, покрывает кратер (в правом верхнем углу снимка). Изображение, полученное с аппарата Mars Global Surveyor, свидетельствует об очень сложных напластовываниях геологических событий.

     Представления ученых о ранних этапах истории Марса стали еще менее определенными, чем раньше. Сомнения зародились, когда специалисты приступили к изучению воды в жидкой фазе. Ее наличие имеет принципиальное значение для геологических процессов, изменения климата и происхождения жизни. Древние сети долин и каналов, возможно, сформированные потоками, говорят об изобилии воды. Есть свидетельства того, что когда-то на Марсе шли дожди, и значит, его атмосфера некогда была более плотной. Но космические аппараты не обнаружили признаков карбонатных осадочных пород, которые должны были образоваться, будь у Марса плотная атмосфера из углекислого газа. Для объяснения этого факта предложены три гипотезы. Согласно первой, атмосфера Марса на ранних этапах действительно была плотной: на планете даже могли существовать озера и океаны, свободные ото льда. Роберт Крэддок (Robert A. Craddock) из Национального музея авиации и космонавтики и Алан Ховард (Alan D. Howard) из Вирджинского университета предположили, что углекислый газ мог улетучиться в космос или связаться в карбонатных минералах, которые до сих пор не удалось обнаружить. Любопытно, что полученные аппаратом Mars Odyssey спектры выявили следы карбонатов в пыли. Возможно, Марс всегда отличался разреженной атмосферой, был холодным, и стоячие воды покрывал лед. Стивен Клиффорд (Steven M. Clifford) из Института Луны и планет в Хьюстоне считает, что грунтовые воды могли пополняться за счет подтаивания ледников и толстого слоя вечной мерзлоты. Хед III (Head III) и Джон Мастед (John F. Mustard) из Университета Брауна указали на зависимость ледяного и пылевого покровов от географической широты – свидетельство изменений климата.
     Это означает, что несмотря на то, что Марс был очень холодным, потепления могли «оживлять» планету. Перемены климата были вызваны изменениями орбиты, подобными тем, которые вызывали периоды оледенения на Земле. Согласно третьей гипотезе, климатические изменения были не столь значительны, чтобы на Красной планете потекли поверхностные воды. Мягкий климат существовал только в течение коротких периодов после падения крупных астероидов. Каждый «космический пришелец» приносил с собой насыщенное водой вещество, а при ударе об атмосферу выделялось достаточно энергии и воды, чтобы пошел дождь. Вскоре после этого Марс возвращался в прежнее замороженное состояние. А Виктор Бейкер (Victor Baker) из Аризонского университета считает, что вулканическая активность в районе Фарсиды способствовала тому, что на ранних этапах климат Марса был более мягким. Возможно, ни одно из выдвинутых предположений не верно. Придется ждать результатов дальнейших исследований. В отличие от Земли на Марсе сохранилось много реликтовых ландшафтов, которые помогут планетологам понять условия их формирования и расшифровать геологическую историю.
Автор материала: Арден Олби («В мире науки») 

Пластиковые окна и двери schuco.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru