Царство Эола[4]
Есть ли у Марса атмосфера? Этот вопрос длительное время вызывал споры среди ученых. В начале нашего столетия при изучении Марса в телескоп Г. А. Тихов утверждал, что есть. Это утверждение поддержал американский астроном В. Райт. По его данным, Марс должен быть окружен плотной атмосферой, высота которой достигает 100-150 км. Однако ученые недоумевали: на фотографиях Марса отсутствовали такие признаки атмосферы, как белые облака, и все детали рельефа были видны, как если бы атмосферы не было или она была бы прозрачной. Этот вопрос в какой-то мере разрешился, когда в 30-х годах нашего столетия были получены данные об атмосферном давлении Марса. Оно оказалось равным 8,5 кПа, т. е, в 12 раз меньше, чем на Земле. На самом деле даже эта цифра была завышена почти в 10 раз.
Как показали измерения, произведенные советскими и американскими автоматическими межпланетными станциями, атмосфера Марса чрезвычайно разрежена, и среднее значение давления у поверхности равно 610 Па; на Земле такое давление отмечается на высоте 30 км. Разреженностью атмосферы и объясняется хорошая видимость поверхности Марса на фотографиях. Но даже наличие такой атмосферы имеет важное значение для планеты, так как защищает ее поверхность от метеоритов, хотя и очень малых (менее 1 см в диаметре), которые испаряются, не долетая до нее. На Луне же и такой атмосферы нет, поэтому ее поверхность испещрена и большими и очень мелкими кратерами.
В 40-х годах с применением инфракрасного спектрометра стало возможным изучить состав атмосферы Марса. Сначала удалось определить присутствие углекислого газа, причем в значительно больших количествах, чем предполагалось ранее. Затем было установлено присутствие ничтожного количества кислорода и водяных паров. В результате измерений, произведенных непосредственно на поверхности Марса приборами станций обнаружено, что углекислый газ составляет 95% всей атмосферы, азот 2-3% и аргон 1-2%. Такие важные и необходимые для жизни элементы как кислород и вода присутствуют в долях процента: кислорода 0,3%, а водяных паров и того меньше.
Как возникла атмосфера Марса? Так же, как и на Земле — в результате дегазации — выхода газов из недр планеты. Однако сила тяжести на Марсе значительно меньше, чем на Земле, поэтому большая часть газов улетучивается в мировое пространство, и лишь незначительная их часть способна удержаться вокруг планеты.
Несмотря на разреженную атмосферу и низкое давление, на Марсе существуют ветры и даже очень сильные, сильнее, чем на Земле. Для возникновения ветров необходимо несколько условий: суточное и сезонное изменения температуры и контрастность рельефа. Температурные различия на Марсе большие. В летнее дневное время на экваторе поверхность нагревается до +25° С, а ночью остывает до -80° С. На полюсах температура практически и летом и зимой остается отрицательной, поэтому движение ветров на Марсе большей частью направлено от полюсов к экваториальным областям, причем, как и на Земле, из зимнего полушария в летнее.
Что касается рельефа, то на Марсе он даже контрастнее, чем на Земле, и определить это помогло давление атмосферы. Известно, что с высотой местности давление изменяется: чем выше рельеф, тем оно меньше, и наоборот. Приняв, что среднее давление в 6,1*102 Па характерно для местности с условной нулевой отметкой, получили, что наивысшие значения давления характерны для участков с высотой 3-4 км, а наинизшие — для высокоподнятых точек рельефа — в 27 км. Таким образом, общий контраст рельефа на Марсе достигает 30-31 км, тогда как на Земле он равен 20-21 км. На Марсе существуют возвышенности и низменные равнины, горные массивы, вулканы, вулканические плато и многочисленные кольцевые структуры.
Еще при телескопическом изучении на Марсе были установлены пыльные бури. В 1971 г. сильная буря разразилась в конце сентября и продолжалась несколько месяцев, как раз в то время, когда советские и американские автоматические станции подлетали к Марсу. Новая сильная пыльная буря 1973 г. вновь скрыла южную половину планеты. Сильные бури на Марсе не такое уж редкое явление. Менее значительные циклоны и антициклоны возникают очень часто, как в северном, так и в южном полушариях почти во все времена года. Средняя скорость ветров на Марсе составляет 50 м/с, а максимальная превышает 100 м/с. При такой скорости ветры увлекают поверхностные частицы почти в 5 раз тяжелее, чем на Земле, и переносят их на значительные расстояния.