"Техника-молодежи" 1978 г №5 с.56-59
ВЛАДИМИР КОВАЛЬ,
астроном
«Красная планета» — одна из самых популярных и самых загадочных планет солнечной системы. Целое столетие Марс завораживал людей таинственными каналами, и вот совсем недавно вместо псевдоискусственной прямолинейности межпланетные автоматические станции обнаружили абсолютно реальные замысловатые меандры не менее таинственных сухих речных русл. Популярная среди землян проблема «марсиан» теперь решается не в аудиторных диспутах, а непосредственно на поверхности самой планеты с помощью целой серии остроумных физико-химических и биологических экспериментов.
Безводные пустыни, слегка припорошенные тонким углекислотным «снегом» полярные шапки оказались усеянной кратерами горной страной с широко развитыми, мощными ледниками. Канонически ровная поверхность планеты при ближайшем рассмотрении вздыбилась величайшими в солнечной системе 20-км стратовулканами, разверзлась гигантскими (до 6 км глубины и 4 тыс. км в длину) планетарными каньонами. Марс буквально со всех сторон изучают автоматические межпланетные станции, искусственные спутники планеты и спускаемые аппараты. Но Марс отчаянно сопротивляется всем попыткам проникнуть в его тайны, встречая земные зонды затяжными всепланетными ураганами, отвечая на продуманные эксперименты двусмысленными данными.
Тем не менее чуткие приборы «Маринеров», «Марсов» и «Викингов» обнюхали, ощупали, взяли на вкус и прослушали на планете свои небольшие площадки. Но исследователям этого мало: они продолжают искать все новые, более тонкие способы, чтобы выявить особенности Марса, скрытые под «бьющими в глаза» оранжевыми покровами.
Результатами этих усилий явились приводимые здесь цветные фотокарты (вверху). Они созданы на основе снимков, полученных и переданных на Землю «Викингом-2» летом 1976 года.
Подчас все особенности планеты, которые удается установить в очень сложных экспериментах, так или иначе связаны с цветовым видением. Обычно используется цветовая дешифровка в соответствии с восприятием человеческого глаза, в основу которого положено трехкомпонентное сочетание основных цветов, дающих все гаммы тончайших оттенков. Еще в 1909 году — во время очередного великого противостояния Марса — Гавриилом Тиховым впервые были получены необычные снимки, сделанные с различными светофильтрами. Ныне на подлете к планете, начиная с расстояния в 400 тыс. км, с космического корабля началась съемка ее в фиолетовом, зеленом и красном свете, которая продолжалась до расстояния в 200 тыс. км. Фиолетовое изображение Марса сделано при длине волны 0,45 ± 0,03 микрона, зеленое — при длине волны 0,53+ 0,05 микрона, красное — при длине волны 0,59 ± 0,05 микрона. Эти изображения были скомбинированы и обработаны вычислительной машиной в меркаторской проекции, охватывающей всю окружность планеты — от 30° северной широты до 63° южной. Сочетаясь обычным образом, они дают изображение в натуральных цветах, как показано на нижней карте. Но решение интересных проблем зачастую зависит от умения взглянуть на проблему так, как еще никто до тебя не смотрел. И вот тут-то подчас открываются скрытые ранее закономерности. Авторам программы, сотрудникам отдела геологоразведки во Флагстаффе (штат Аризона) Лоуренсу, Содерблому, Эдвардсу, Элиасону хотелось выявить детали, не всегда заметные в обычном цвете.
На космических снимках Земли легко различаются зеленые леса, желтые степи и белые снега. Ну а как, к примеру, отличить бурую воду от бурой суши или желтые пески от желтой растительности? Вначале проблема кажется трудноразрешимой. Но ведь умудряются же пчелы отделять белые ульи, покрашенные цинковыми белилами, от таких же, на наш взгляд, но покрашенных белилами свинцовыми. Разгадка заключается в том, что хотя для невооруженного глаза эти детали кажутся одного цвета, но в различных длинах волн они отражают свет по-разному. Поэтому в космических системах предусмотрены приборы, делающие снимки в различных спектральных линиях, так что при дешифровке легко выделить различные типы поверхностей — влажных, сухих, гладких, шероховатых, рыхлых, плотных.
Фотокарта Марса в необычном цветовом сочетании. Схема цветной фотокарты. Фотокарте Марса в обычном цвете. (Снимки взяты из американского журнала «Сайенс ньюс».)
На карте Марса, составленной американскими учеными, используются все три цвета, как и в оригинале, но сочетаются они по-другому, не так, как на снимке в естественных красках. Синим цветом на карте показано соотношение яркостей в фиолетовом и зеленом фильтрах. Красным — соотношение между яркостью красного и зеленого изображений. За зеленый цвет выбрано не соотношение истинных цветов, а альбедо — отражательная способность в красных длинах волн. Сочетание этих «ложных» цветов дает совершенно иную картину Марса. Чему же соответствуют эти новые цветовые контрасты? На карте отчетливо проступают известные топографические детали, например, гора Олимп н другие огромные вулканы на возвышенности Тарсис, в виде ярко-красных пятен. Обширная голубая область около 290° — это, вероятно, близкая к поверхности мерзлота в бассейне Эллады. Но, как показывает сравнение, чаще всего в изменениях цвета отражаются те или иные характеристики рельефа областей, расположенных на широте около 30° от экватора. По-видимому, это две провинции. Одна, красноватая, — старая, богатая гребнями, изрезанными плато и кратерами; другая, исторически более молодая, состоит из равнин между кратерами и сходна с лунными морями. Севернее южного экваториального пояса расположены несколько ярких областей, поверхность которых, по мнению исследователей, усеяна принесенными ветром обломками. Однако в самом поясе изменения в цвете, по-видимому, непосредственно связаны с местной литологией, а не со случайными обломками, рассеянными ветром по Марсу. На это указывает «систематическая резкость» границ цвета — вдоль границ, разделяющих области с различным возрастом и типом поверхности. Внутри каждой провинции цвет распределен более равномерно. В еще более северных районах, где в противоположность, например, лавам, вероятно, преобладает насыпная почва, тоже можно предположить два типа поверхности: более темные участки однородного старого материала со сравнительно слабым вертикальным рельефом и самые яркие — более высокие, зубчатые, с резкими перепадами уровней, расположенные с северо-востока на юго-запад.
Крупные вулканы Тарсиса, считающиеся одной из самых молодых деталей планеты, неожиданно выпадают из общей схемы «старого — красного» и «синего — молодого», их темно-красный цвет остается необычным, загадочным исключением. Возможно, что эти области станут целью дальнейших наземных и космических спектральных исследований.
Узнать свойства марсианских пород можно и еще одним оригинальным методом. Там, где царит тьма, различать предметы помогают их температурные контрасты. Кошки и змеи прекрасно используют возможности инфракрасного, теплового видения, легко отличая теплую «светящуюся» добычу от темных неживых предметов. Американский физик Р. Вуд еще в начале века изготовил пластинки, чувствительные к ближним инфракрасным лучам, и получил множество снимков различных пейзажей, которые в этих лучах выглядели весьма необычно. Использование тепловых датчиков на космическом эонде может не просто дать температуру марсианской ночи, но, что гораздо важнее, проследить, насколько быстро остывают различные участки по мере погружения Солнца за горизонт. Производя замеры температуры в определенные моменты суток, можно узнать, с какой скоростью материалы поверхности поглощают и отдают тепло: это свойство называется термической инерцией. Таким способом можно определить, покрыты ли данные участки песком, щебнем или каменными глыбами, и соотнести эти выводы с такими факторами, как роль ветра в распределении тепла по планете.
В августе 1976 года измерения, проведенные с помощью инфракрасного термического картографа, показали, что остаточная северная полярная шапка состоит целиком из воды (отсчеты были слишком высокими для твердой углекислоты, но достаточными для водяного льда). Но полярные льды слабо реагируют на суточные изменения, поэтому выгоднее вести круглосуточное наблюдение других областей.
Замеры перед рассветом показывают, как охладилась поверхность за ночь; измерения при восходе Солнца показывают, как она начинает нагреваться днем, а отсчеты к концу дня позволяют определить количество поглощенного тепла. С заходом Солнца и наступлением ночи поглощенное за день тепло выделяется и температурная кривая приобретает симметричный спад. Для получения наиболее полной картины лучше всего производить замеры в полночь, чтобы получить минимальную температуру поверхности. Но полуночные измерения — опасное дело! Для этого сверхчувствительные инфрадатчики, обычно расположенные в тени солнечных батарей спутника, нужно, когда аппарат вошел в тень планеты, развернуть к ней, быстро снять отсчеты и снова успеть развернуть до выхода аппарата из тени. Ведь при прямом «взгляде» на Солнце датчики перегорели бы, так что маневры, сбор данных и обратный поворот зонда должны быть проделаны за те 20 минут, пока он находится в тени Марса. Но подобное затмение спутника происходит только дважды за марсианский год (в течение нескольких оборотов), так как орбита аппарата наклонна и он проходит то «над», то «под» тенью.
Результаты этого сложного и трудного маневра (одна подготовка программ к которому, по словам руководителя группы X. Киффера из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, потребовала нескольких недель) отражены на цветном снимке на 2-й стр. обложки журнала (вероятно, рисунок в номер не пошёл, он опубликован в №6). Это не фотография, а совокупность 6-7 тыс. отдельных точечных данных, полученных с расстояния около 18 тыс. км и обработанных ЭВМ. Синим цветом показаны самые низкие температуры, а красным — самые высокие. Между ними располагаются 266 спектральных градаций. Измеренное излучение занимает полосу от 18 до 26 микрон. Время года соответствует приблизительно середине августа на Земле, максимальное разрешение в центре диска составляет почти 100 км. Север на изображении находится вверху: предрассветный край справа — к востоку от него. Зонд находился чуть южнее марсианского экватора, так что нулевая широта сдвинута вниз примерно на 35%. Экватор искривлен, так как диск представляет собой сферическую поверхность. Непрерывная темно-синяя область внизу — это южная полярная шапка. Огромный вулкан Олимп виден, как синее пятно в верхнем левом краю диска, большой каньон Валлес Маринерис идет чуть ниже экватора в красной области в центре. Присмотревшись, можно обнаружить три синих пятна на месте других трех крупнейших вулканов Марса: севернее экватора на полуночном меридиане — Аскреус Монс, а наискось от него к нижнему левому сектору — Павонис Монс и Арсиа Монс.
Самая низкая температура на Марсе достигает 139°К и зарегистрирована всего в 8° от южного полюса. Неожиданны, однако, теплые пятна! Ученые предполагали, что самым теплым местом будет западный край, еще совсем недавно освещавшийся Солнцем, а области с более низкой температурой должны бы располагаться слева направо по диску, с постепенным ее падением до предрассветного правого края.
Вместо этого самые высокие температуры разбросаны почти по всему диску слева направо, до 16° южной широты, где приборы показывают 180° К.
На общей карте полуночных температур выделяются и отдельные странные детали. Так, пятнистый оранжевый прямоугольник близ центра диска устремлен к синей области на северо-западе. Его температура достигает 170°К с резкими перепадами в 160°К к северо-востоку и юго-западу от него. Он находится к востоку от вулкана Арсиа Монс, на обширных южных равнинах Марса, как раз в эпицентре зарождения гигантских пылевых смерчей. Эти смерчи по времени обычно совпадают с периодом великих противостояний — как, например, большая полугодовая буря, зарегистрированная в 1871 году, когда летний нагрев планеты во время ее прохождения через перигелий возрастает почти на 50% (по сравнению с зимним в афелии). И еще одна неожиданность — оказалось, что наибольшей тепловой инерцией обладает район марсианских каньонов. Широкая — до 120 км и глубокая — до 6 км — расщелина выделяется красной горизонтальной полосой: тепло удерживается там почти всю ночь.
Данные инфразондирования заставляют по-новому взглянуть и на противоречивые эксперименты по обнаружению жизни на этой холодной планете.
Ведь живое всегда тянется к теплу, особенно в условиях его острого дефицита. Так что «горячие» на протяжении марсианской ночи большие каньоны, пожалуй, и есть те самые «оазисы», где могли бы найти приют живые микроскопические «марсиане».
Какими неожиданностями одарит нас «красная планета» в ближайшем будущем?!
"Техника-молодежи" 1978 г №6 с.1
 | 8. АВГУСТОВСКАЯ ПОЛНОЧЬ НА МАРСЕ Это изображение не фотография Марса, а его температурная карта, созданная компьютером на основе 7 тысяч данных, полученных в течение 20 мин инфракрасным картографом американского аппарата «Викинг» с расстояния около 18 тыс. им. Планета в эти минуты была обращена прочь от Солнца, а время года соответствовало середине августа на Земле. Самые низкие температуры — до 139 К — показаны синим цветом, самые высокие — красным. |