Солнечная система (Астрономия и астрофизика) - Сурдин Владимир Георгиевич - Страница 41

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.

В экваториальном поясе известно несколько районов, по природе похожих на полярные отложения, но меньшей толщины. Протяженность каждого из них около 1000 км. Таковы, например, экваториальные слоистые отложения в районе 4°ю.ш., 156°з.д. Есть основания считать, что они действительно возникли в полярном районе и что процесс их таяния растянулся на несколько сотен миллионов или даже миллиард лет, вплоть до наших дней. По мере сублимации льда и уноса ветром пылевых частиц из-под отложений появляется неповрежденный древний кратерный рельеф. Такие же отложения, наполовину скрывающие рельеф «дна», находятся у 73°ю.ш., 215°з.д., в районе северной полярной шапки.

Первые предположения о том, каким образом полярные отложения могли оказаться вблизи экватора, возникли, когда было обнаружено, что району слоистых отложений в экваториальной зоне соответствует похожий участок на диаметрально противоположной стороне планеты. Возникла гипотеза о миграции полюсов. Она хорошо объясняла наблюдаемые факты, но требовала настолько большого смещения полюсов, что объяснить его колебаниями полярной оси было бы невозможно.

Наиболее вероятная причина смещения полюсов лежит в перераспределении масс в мантии планеты (или даже в ее коре). Если вновь возникшие наиболее плотные части мантии (масконы) находятся достаточно далеко от экватора, нарушается устойчивость вращения, и в результате вся кора Марса, которая представляет собой как бы единую плиту, стремится сместиться таким образом, чтобы маскон переместился к экватору. Положение оси вращения планеты в пространстве при этом не изменяется. Разумеется, несбалансированная масса не обязательно должна быть масконом у поверхности, это может быть и какая-то масса в глубине планеты или заполняемые лавой огромные кратерные моря.

Выявлению движений коры, происходивших в истории Марса, способствуют хорошо сохранившиеся древние районы с возрастом почти 4 млрд. лет. Путь полярных районов за длительное время похож на грандиозную подкову. Северный полюс побывал вблизи северо-западной окраины массива Олимп, в точке 45°с.ш., 160°з.д., затем подолгу оставался в трех районах сегодняшнего экватора и оставил там много полярных слоистых отложений. Одно из смещений, последнее по времени, совпадает с периодом мощных вулканических извержений в районах горы Олимп и Фарсиды. Предполагается, что одной из причин смещения как раз и была вулканическая активность и связанный с нею перенос масс.

С такими смещениями связано направление некоторых следов на поверхности планеты. На снимках Марса выделены необычные кратеры удлиненной формы с боковыми выбросами, напоминающими крылья бабочки. Много лет думали, что удар метеорита под любым углом к поверхности приводит к появлению кратеров только круглой формы. Но оказалось, что есть исключение: если тело падает под углом менее 5° к поверхности, получается удлиненный кратер. Вероятность такой траектории для обычных метеоритов, подлетающих к планете с любого направления, очень мала. Действительно, на Луне таких кратеров примерно 0,5%. Вероятное количество касательных падений было рассчитано и для Марса, но удлиненных кратеров оказалось намного больше. Причем эти кратеры там довольно крупные, так что породившие их тела должны быть достаточно массивными.

Далее было найдено, что удлиненные кратеры примерно одной возрастной группы ориентированы своей осью в одинаковом направлении. Чтобы объяснить это, предложили интересную гипотезу: кратеры образованы обломками некогда существовавших, но теперь упавших спутников Марса. Каждая группа обломков от одного разрушенного спутника выпадала на поверхность Марса по дуге большого круга при определенном положении полярной оси. По направлению цепочек удлиненных кратеров удалось восстановить примерное положение полярной оси относительно поверхности в разные эпохи, и эти положения совпали с теми результатами, которые получены по мерзлотным отложениям