Солнечная система (Астрономия и астрофизика)
Шрифт:
Природа северной и южной полярных шапок неодинакова. Северная шапка больше по размеру и состоит, главным образом, из водяного льда, а южная в основном из замерзшего углекислого газа. Причина этого в различии средней сезонной температуры и продолжительности сезонов в северном и южном полушариях.
Особенности движения Марса
Сезонные явления определяются тем: как в течение года изменяется поток солнечного тепла на планету в целом и как он перераспределяется между
Положение полярной оси Марса не остается постоянным: под влиянием солнечного притяжения, действующего на экваториальное вздутие планеты, ось Марса прецессирует с периодом около 173000 лет. У Земли этот период около 26000 лет, поскольку вместе с более близким Солнцем на нее еще вдвое сильнее действует Луна. Так что в смысле прецесси оси вращения Марс спокойнее Земли.
Однако плоскость орбиты Марса испытывает значительно большие возмущения, чем плоскость земной орбиты. В основном под влиянием Юпитера она изменяет свой наклон с периодом около 1,2 млн. лет и прецессирует с периодом около 70000 лет. Это приводит к тому, что наклон оси вращения Марса к плоскости его орбиты испытывает колебания с периодом около 120 тыс. лет, изменяясь в пределах от 13° до 42°, т.е. на ±15° от среднего положения i=28°. Для сравнения укажем, что наклон земной оси к ее орбите колеблется всего на ±1°.
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
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.