Солнечная система

Глава VI МАРС

Большая полуось орбиты 1,524 а.е.=228 млн. км.

Сидерический период обращения («год») 687,0 сут.=1,88 лет.

Синодический период (средний) 780 сут.=2,14 лет.

Сидерический период вращения («звездные сутки») 1,026 сут.=24ч. 37мин. 23с.

Средние солнечные сутки (1 Sol) 1,028 сут.= 24ч. 39мин. 36с.

Наклонение орбиты к эклиптике 1,9°.

Эксцентриситет орбиты 0,093.

Средняя орбитальная скорость 24 км/с.

Наклон экватора к орбите 25,2°.

Масса 6,42×10²³кг.=0,107 М_⊕.

Средняя плотность 3,94 г/см³.

Экваториальный радиус 3397км.=0,533 R_⊕.

Полярный радиус 3376км.=0,530 R_⊕.

Сжатие, (R_e—R_p)/R_e 1/163.

Ускорение свободного падения 3,71 м/с².

Скорость ускользания (2-я космич.) 5,03 км/с.

Безразмерный момент инерции (в единицах MR²) 0,366

Сферическое альбедо (по Бонду) 0,16.

Поток солнечного излучения у поверхности 589 Вт/м².

Полное поглощаемое излучение 1,8×10¹⁰ МВт.

Эффективная температура 210 К.

Температура у поверхности 150—260 К.

Давление у поверхности 6,1×10^—3 бар.

Состав атмосферы (% объема) С0₂ (95,3), N₂ (2,7), Аr (1,6).

Количество спутников 2.

В раннюю эпоху физические условия на Марсе были благоприятными для возникновения и развития простейших форм жизни. Одна из главных задач будущих исследований — установить, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе, и если нет, то почему.

Марс с давних времен привлекает пристальное внимание ученых и любителей астрономии. Во время великого противостояния Марса в 1877 г. итальянский астроном Джованни Скиапарелли (1835—1910) составил подробную карту планеты, на которой изобразил множество тонких темных линий, соединяющих марсианские «моря». Во время следующих противостояний Скиапарелли наносил на карту все новые линии. Он не был первым, кто их заметил, но именно его наблюдения стали очень популярными и закрепили за линиями название canali. Скиапарелли не утверждал, что «каналы» имеют искусственное происхождение и вообще содержат воду. Ведь именно Скиапарелли доказал, что марсианские моря лишены воды. Итальянское слово canali следовало переводить как «проливы» и понимать исключительно как дань астрономической традиции: если «моря» чем-то соединены, то это «проливы». Но талантливый и очень энергичный американский астроном Персиваль Ловелл (1855—1916) воспринял этот термин буквально и поверил в искусственность марсианских каналов.

Ловелл принял эстафету в 1894 г. и число зафиксированных им каналов становилось все больше. В отличие от каналов Скиапарелли, которые соединяли темные участки Марса, каналы Ловелла могли и пересекать эти области, поскольку Ловелл считал их не морями, а участками растительности, а сами каналы — полосами растительности, протянувшимися вдоль водных артерий. Он сумел заразить своим энтузиазмом коллег-ученых и множество любителей астрономии. Газеты и журналы тех времен полны самых удивительных сообщений о Марсе. Писали, что марсиане страдают от жажды на безводной планете; что они из последних сил создают глобальные ирригационные сооружения и экономят последние капли воды… Был даже организован сбор средств на постройку ракеты, которая якобы должна была доставить воду на Марс (и это в XIX веке!), после чего и сборщики и собранные ими средства таинственным образом исчезли.

Волна фантазий о Марсе захватила и начало XX в. «Война миров» Г. Уэллса, «Аэлита» А.Н. Толстого и много других произведений посвящено марсианам, — добрым или безжалостным, мудрым и вымирающим. Появление радио усилило эффект «марсианских фантазий»: в 1930-х гг. в США возникла паника, когда по радио передавали хорошо поставленный спектакль по роману Г. Уэллса. К визиту марсиан публика была подготовлена. Интересно, что марсиане остались и в литературе второй половины XX в. Это лиричные «Марсианские хроники» Р. Брэдбери, приключения Лакки Старра среди бесплотных марсиан у А. Азимова, таинственные марсианские хищники у А. и Б. Стругацких, кинобоевики… Но это уже литература другого характера, скорее, стандартные декорации, населенные земными проблемами.

Всеобщий интерес к Марсу стимулировал его изучение; в результате средства наземной астрономии здесь были исчерпаны раньше, чем для других планет, и весьма своевременно появились космические аппараты. Когда в 1959 г. к Луне устремился первый космический зонд, стало ясно, что и Марсу недолго осталось ждать.

В 1965 г. «Маринер-4» (США) во время сближения с Марсом передал несколько снимков, на которых было видно много кратеров, подобных лунным, что совсем не походило на прежние представления о Марсе. Но через четыре года пролетные зонды «Маринер-6 и -7» передали новые изображения поверхности Марса, многие районы которой совсем не похожи на Луну. Например, снимки областей вблизи северного и южного полюсов несомненно указывают на выпадение там атмосферных осадков.

Марс стал первой из планет (после Земли), получившей искусственные спутники. Космические зонды засняли всю его поверхность. Это результаты миссий «Маринер-9» (1971), «Марс-4 и -5» (1974), «Викинг-1 и -2» (1976), «Марс Глобал Сервейер» (1997), «Пасфайндер» (1997), «Марс Одиссей» (2001) «Марс Экспресс» (2004) и «Марс Риконисэнс Орбитер» (2006).

На космических снимках Марс предстает диском оранжевого цвета, на котором хорошо заметны несколько типов крупных деталей: протяженные оранжевые области, за которыми долго сохранялось название «пустыни», более темный экваториальный пояс, белые полярные шапки, многочисленные кратеры и особые геологические образования. Как правило, поверхность хорошо видна сквозь очень разреженную атмосферу, в которой появляются облака — легкие белые, голубые и более плотные желтые (пылевые).

Марс вдвое меньше Земли, но вдвое больше Луны: его средний диаметр 6775 км. Его масса в 10 раз меньше земной, а ускорение свободного падения у поверхности такое же, как на Меркурии, или 38% земного. Средняя плотность Марса в 1,4 раза меньше, чем у Земли.

Из внешних планет Марс наиболее близок к Земле. Продолжительность его солнечных суток, для которых придумано особое название «сол» мало отличается от земных: 1Sol=24ч. 39,5мин. Каждые 780 дней Марс сближается с Землей на расстояние от 55 до 102 млн. км. Эти сближения называются противостояниями. Если расстояние при сближении не превышает 60 млн. км., противостояние называют великим. Диаметр диска Марса в это время достигает 25". Но с великими противостояниями часто совпадают глобальные пылевые бури, резко ухудшающие видимость. Разумеется, не сближения с Землей служат причиной пылевой бури. Дело в том, что великими противостояния становятся в том случае, когда Земля встречается с Марсом в районе перигелия его довольно эксцентричной орбиты; эта же причина увеличивает поток солнечного тепла, вызывающего песчаные бури. Большая полуось орбиты Марса составляет 228 млн. км., а из-за эксцентриситета (0,093) действительное расстояние до Солнца может быть больше или меньше на 21 млн. км. Из-за этого поток тепла, получаемого планетой от Солнца, в течение марсианского года изменяется в 1,45 раза.

Подобно другим планетам Марс обращается вокруг Солнца против хода часовой стрелки (и вращается в том же направлении), если смотреть с северного полюса эклиптики. Точка полюса мира для Марса находится примерно в 10° от звезды Денеб в созвездии Лебедя, через который проходит Млечный Путь. Поэтому его полоса служит своеобразной часовой стрелкой на небе, показывающей звездное время. Марсианский год продолжается 687 юлианских суток или 669 Sol (марсианских суток). Подобно земной, плоскость экватора Марса заметно наклонена к плоскости орбиты (25°, у Земли 23,4°). В сочетании с вытянутостью орбиты это приводит к неодинаковой длительности времен года в северном и южном полушариях планеты (лето в северном полушарии длится 177 сут., зима — 156 сут.; в южном, естественно, наоборот). Короткое лето в южном полушарии в среднем на 20°С теплее, чем продолжительное лето северного полушария.

На единицу поверхности Марса приходится в среднем только 43% от потока солнечной энергии, получаемой Землей. И хотя марсианская поверхность лучше поглощает излучение, чем земная, средняя температура верхнего слоя грунта на Марсе в полдень в период летнего солнцестояния на северном тропике обычно не превышает 250—260 К (от —10 до —20°С), а максимальная в 14 ч. достигает 268 К (около —5°С). Это знойный летний полдень по марсианским меркам. Лишь в районах с самой темной поверхностью в экваториальной части планеты тонкий верхний слой грунта может после полудня иметь температуру около 0°С или чуть выше.

Температура атмосферы Марса всегда останется низкой. Среднегодовая температура на широте тропика близка к 230 К (—43°С), а минимальная составляет 180 К (—90°С) и ниже. На широте 55° зимняя температура может падать до 150 К. Большие перепады температуры в течение суток связаны с разреженностью атмосферы Марса. Даже в тропиках уже на небольшой глубине грунта, около 25 см., температура близка к 215 К (—60°С), постоянна в течение суток и мало меняется с временами года. Средняя температура на планете также близка к этому значению. Самая низкая температура была зарегистрирована над зимней полярной шапкой. Минимальные температуры на Марсе не могут быть ниже 148 К: при этой температуре конденсируется углекислый газ атмосферы, что предотвращает дальнейшее понижение температуры. Если пренебречь этими минимальными значениями, то можно говорить о сходстве температуры на Марсе с зимней Антарктидой.

Оттенки от розового до кирпично-красного характерны для всей поверхности Марса. Лимб на снимках не совсем четкий, как и должно быть у планеты, имеющей атмосферу. Так же, как у Венеры, атмосфера Марса на 95% состоит из углекислого газа, но чрезвычайно разрежена. Среднее давление у поверхности составляет 6,1 мбар. Это в 15000 раз меньше, чем на Венере, и в 160 раз меньше, чем у поверхности Земли. Принятое ныне значение 6,1 мбар соответствует некоторой условной поверхности, так как для Марса такой удобной точки отсчета, как «уровень моря», не существует. В глубоких низинах давление достигает 10—12 мбар, а на некоторых горных вершинах менее 1 мбар. С высотой температура в атмосфере быстро падает. На высоте около 50 км., а зимой и ниже, она бывает настолько низкой, что начинает замерзать сам углекислый газ атмосферы. Голубые облака, наблюдаемые иногда в районе полюса и терминатора, состоят из кристаллов замерзшей углекислоты.

В атмосфере Марса содержится 2,5% азота, 1,6% аргона, 0,1—0,4% кислорода, угарный газ (0,06%) и малые количества благородных газов — неон, криптон, ксенон. Но главная составляющая, как уже говорилось, — углекислый газ (95%). Облака земного типа (из водяных капель) на Марсе бывают редко. Атмосфера очень сухая. В самых безводных районах Земли в атмосфере в сотни раз больше водяного пара. В среднем его концентрация в атмосфере Марса близка к 0,05%. Тем не менее, в низинах, таких, как глубокий каньон долины Маринера, часто наблюдается туман.

В январе 1972 г. случай представил первым земным зондам исключительную возможность детально исследовать пылевую бурю на Марсе. Оказалось, что она бушует 50—100 сут. Верхняя граница пылевых облаков проходит на уровне 7—15 км. над поверхностью планеты, а средние размеры частиц составляли 1—10 мкм. в начале бури и около 1 мкм. в ее конце. Было подсчитано, что разреженная атмосфера Марса в бурю поднимает и удерживает количество пыли, превышающее 1 млрд. т. Наблюдения показали, что активная фаза бури развивалась несколько раз.

Одно из интересных явлений, связанных с бурей, это «антипарниковый» эффект. В отличие от Венеры и Земли марсианские пылевые облака непрозрачны для приходящего и прозрачны для уходящего излучений, что вызывает выстуживание поверхности планеты. Поэтому во время глобальной пылевой бури температура поверхности падает, а атмосфера быстро разогревается.

На рис., представляющем полушарие Марса с долготой центра 0°, видны каньон Долины Маринера и три гигантские горы (древние вулканы) в светлой области Фарсида. Небольшая область со сложным рельефом вверху, над каньоном — Лунное плато, справа от него — земля Ксанфа, и над нею — равнина Хриса. На их границе в 1976 г. совершил посадку «Викинг-1». От Лунного плато к югу тянется извилистая линия одного из «каналов» — это борозды Сакра, которые оканчиваются каньоном Гебы. Южная часть планеты в тени, там зима.

Размеры каньона долины Маринера поражают воображение. На Земле нет ничего, даже отдаленно на него похожего по своим масштабам. Голова каньона расположена в лабиринте Ночи (центр 8°ю.ш., 97°з.д.). Дальше каньон проходит к востоку между 4° и 18°ю.ш. примерно до 35°з.д., где отклоняется к северу. Общая длина каньона достигает 4,5 тыс. км. Знаменитый Большой каньон в Аризоне (Сев. Америка) целиком уместился бы в одном из его второстепенных оврагов этого марсианского каньона. Его ширина превышает 100 км., глубина в среднем 2—3 км., а в некоторых частях заметно больше.

Рис. Долина Маринера.

Большинство кратеров на поверхности Марса образовалось в эпоху интенсивной метеоритной бомбардировки, примерно 3,5—4 млрд. лет назад. Значительная их часть сохранилась очень хорошо. Примерно от 40°з.д. и далеко к востоку тянется область, наиболее густо покрытая метеоритными кратерами всевозможных размеров. Она простирается от 50°с.ш. и почти до самого южного полюса, причем к востоку граница ее постепенно спускается от 50°с ш. до экватора (у 220°з.д.). Эта граница — раздел между лавовыми полями, которыми покрыта значительная часть северного полушария планеты, и материковыми районами южного. От 220°з.д. и далее к востоку граница проходит примерно на уровне 10°ю.ш. почти до 130—140°з.д.

Типичный метеоритный кратер Скиапарелли диаметром 470 км. (центр у 3°ю.ш., 343°з.д.), можно видеть в центре карты. Кратеры заполняют обширные равнины и низменности. Одна из них — это равнина Аргир, диаметром около 900 км, с центром у 50°ю.ш., 42°з.д. Это типичное кратерное море, каких много на Луне. На восточной оконечности равнины Аргир расположен кратер Галле, диаметром около 100 км. (центр 51°ю.ш., 31°з.д.). Другая равнина — глубокая впадина Эллада, протяженностью от 1600 до 2000 км. (центр 45°ю.ш., 290°з.д.). На долготе Эллады, но к северу от экватора (от 0° до 30°с.ш.), находится очень темная область Большой Сирт. Если светлые области отражают до 30% падающего света, то Большой Сирт — только 8—10%. Слева от Большого Сирта — земля Аравия, ниже — крупный кратер Гюйгенс с темным дном.

Рис. Кратер Гюйгенс.

Структура у многих марсианских кратеров такая же, как у лунных. У них есть кольцевой вал, иногда центральная горка. Однако из-за большей силы тяжести диаметр кратеров, образованных одинаковыми метеоритами, получается примерно вдвое меньше лунных. Количество кратеров на единицу площади больше, чем на Луне. В этом сказалась близость Марса к поясу астероидов, «пришельцы» из которого обеспечивали интенсивную метеоритную бомбардировку. Иногда метеоритные кратеры на Марсе образуются и в наши дни. Грунт Марса очень сыпучий, и как ни мала ветровая эрозия деталей рельефа, все-таки валы кратеров постепенно разрушаются. Вместе с тем, местами можно видеть свежие кратеры, возраст которых вряд ли превышает несколько миллионов лет.

В формировании рельефа Марса различаются много периодов, которые значительно перекрывались. Наиболее характерные виды рельефа Марса — это обширные кратерированные области, пустынные равнины, вулканические зоны и, наконец, районы особого рельефа, которые не укладываются в одну группу.

Хотя некоторые естественные образования на Марсе тянутся на большие расстояния, 2000 км. и более, но «каналов», которые отмечали астрономы прошлого, на Марсе нет. Истоки великого спора о каналах лежат в природе человеческого глаза. Он особенно чувствителен к линейным структурам. Если ряд плохо различимых точек находится примерно на одной (прямой или кривой) линии, то они воспринимаются как сплошная линия. Для таких объектов острота зрения в 10—20 раз превосходит «положенную» человеку 1'. Не у всех людей эта способность видеть линии вместо плохо различимых точек одинакова. Поэтому Ловелл совершенно честно утверждал, что видит каналы, а скажем Холл (который сумел открыть очень маленькие луны Марса), столь же искренне их не видел. Именно такими цепочками случайных пятен и оказались марсианские «каналы». Кстати, после того, как в 1940-х гг. наблюдения Марса начали проводить в прекрасных условиях видимости на высокогорной обсерватории Пик-дю-Миди, опытные астрономы О. Дольфюс и др. не замечали каналов.

К северо-западу от долин Маринера находится страна гигантских вулканов Фарсида с центром у 0°, 110°з.д. Три вулканических конуса и лежащая к северо-западу от них гора Олимп — высочайшие вершины на планетах группы Земли. С запада и с северо-запада страна Фарсида окаймлена двумя равнинами — Амазония и Аркадия. Вулканические сооружения меньших размеров встречаются и немного западнее, в области Элизия.

Когда в 1971 г. первые искусственные спутники Марса вышли на орбиты, лишь четыре темных пятна постоянно присутствовали над хаосом пылевых облаков. Этими пятнами оказались гигантские вулканические вершины — гора Олимп и три вулканических конуса в области Фарсида — гора Аскрийская, гора Павлина и гора Арсия, превышающие по высоте 20 км. Они образуют почти правильный треугольник с вершинами в точках 9°ю.ш., 120°з.д.; 18°с.ш., 134°з.д. и 11°с.ш., 114°з.д. Эти давно недействующие вулканы представляют собой самые высокие известные горы. На Земле нет ничего похожего. На всех вершинах имеются вулканические кальдеры гигантских размеров. Например, на вершине горы Арсия, самой южной из них, кальдера диаметром 130 км. Возраст ее несколько сотен миллионов лет.

Самый высокий из четырех вулканов — гора Олимп, 27400 м. от подножья (наш Эверест всего 8850 м.). Гора Олимп — щитовой вулкан. При извержениях таких вулканов лава растекается на большие расстояния. Склоны горы Олимп очень пологие, а диаметр основания достигает 600 км. На склонах видны бесчисленные застывшие потоки. Лава изливалась через находящуюся на вершине кальдеру поперечником около 70 км.

Согласно мифам, на белой вершине Олимпа обитали боги. Неясное светлое образование округлой формы на диске Марса астрономы назвали Снегами Олимпа (Nix Olympica). Название оказалось пророческим: по удивительному совпадению белое пятно оказалось 1000-км. кольцом облаков, часто опоясывающим высочайший вулканический конус, носящий теперь имя Olympus Mons (гора Олимп). Вулканы существуют и в других районах Марса. Но пока среди них не найдено ни одного действующего.

Вся группа вулканов начала извергаться около 1,5 млрд. лет назад. Точнее их возраст можно было бы определить по метеоритной датировке, т.е., по количеству метеоритных кратеров на склонах. К сожалению, нынешняя интенсивность выпадения метеоритов на Марсе известна неточно, и пока нельзя применить этот метод датировки.

Обширные равнины Марса, лишенные кратеров (есть и такие), покрыты, подобно лунным морям, толстым слоем пепла и застывшей лавы. Тучи пепла выбрасывали вулканы, а ветер разносил их по планете. Следы ветровой эрозии заметны во многих районах Марса.

С ветрами связаны темные пятна на дне некоторых кратеров или вблизи них. После очередной бури появляются новые пятна, а прежние становятся менее заметными. Одно и то же пятно может быть как темным, так и светлым, в зависимости от положения Солнца и наблюдателя. Ясно, что это игра света и тени. Такое свойство имеют периодические гряды песчаных дюн — пустынные барханы, наметаемые ветром. Часто они образуются на дне неглубоких кратеров, где нарушается однородность воздушного потока.

Плотность газа у поверхности Марса всего 16 г/м³ (на Земле 1 кг/м³), но скорости марсианских ветров весьма велики, поэтому ветер постепенно сдвигает горы песка. Темные и светлые полосы проходят вдоль плоскогорий и тянутся на расстояние до 500 км. в направлении господствующих ветров. Подавляющая часть поверхности Марса представляет мелкий красный песок, из которого выступают бесчисленные камни. Размер песчинок очень мал: от 1 до 50 мкм. В начале пылевой бури ветры легко поднимают такие песчинки. В сухом марсианском климате частицы грунта слабо сцеплены друг с другом, поэтому под действием ветра песок легко «стекает» даже с пологих склонов.

Естественная окраска поверхности Марса определяется присутствием гидратов окислов железа, образующих слой красной пудры на зернах силикатного песка — основной составляющей поверхности. Примесь гидратов железа составляет до 10%. Не исключено, что в районах более темной поверхности и эоловых полос имеются примеси других пород, возможно ферросиликатов.

Самый большой каньон на Марсе — долины Маринера, протяженностью 4500 км. и глубиной до 5—7 км. На его дне атмосферное давление достигает 12 мбар. Ширина отдельных долин также очень велика и доходит до 150 км. и более. По сторонам имеется развитая система «притоков» — оврагов. Западная оконечность долин переходит в лабиринт Ночи — разветвленную систему провалов. Каждый из них достигает 30 км. в ширину, а их система охватывает обширный район планеты. Геологический процесс, благодаря которому образовался лабиринт Ночи, как-то связан с подпочвенными явлениями, возможно, с таянием вечной мерзлоты. Сам каньон образовался в тектонических процессах, которые в дальнейшем, по-видимому, прекратились.

Рис. Лабиринт Ночи.

Для планетологов глубокий каньон — это возможность заглянуть в прошлое планеты. Исследование снимков склонов каньона позволило установить несколько эпох в образовании поверхности планеты. Здесь видны слои пыли, лавы и вулканического пепла, причем общая толщина слоя реголита (грунта, переработанного в древности многократными метеоритными ударами) достигает 2 км. Это могут быть древние вулканические пеплы или даже сухое дно древнего водохранилища.

Период формирования каньона начался около 3 млрд. лет назад. Каньон примерно на миллиард лет старше вулканов Фарсиды. Долины Маринера на Марсе, по-видимому, никогда не были полностью заполнены водой: на планете слишком мало воды. Более того, сейчас на большей части поверхности Марса вода вообще не может существовать в жидком виде: при давлении 6,1 мбар она кипит при температуре 2°С; парциальное давление самого водяного пара намного ниже. Поэтому вода в открытом сосуде там отчасти выкипит, отчасти замерзнет. Давление 6,09 мбар называется критическим и соответствует тройной точке воды: при более низком давлении чистая жидкая вода существовать не может, а возможны только два ее агрегатных состояния — пар и лед. Именно поэтому за уровенную поверхность Марса принята высота, на которой атмосферное давление равно 6,1 мбар. На уровне среднего радиуса Марса среднее атмосферное давление равно 6,36 мбар при сезонных вариациях от 4,0 до 8,7 мбар.

Водяного пара в атмосфере Марса очень мало. Белые конденсационные облака, которые иногда наблюдаются над горными вершинами, очень разреженные. Толщина условно осажденного слоя воды из атмосферы составляет всего 0,02—0,07 мм. даже вблизи тающей полярной шапки в разгар лета (в земной атмосфере слой воды почти в тысячу раз больше, 10—20 мм.). По мере удаления от тающей полярной шапки количество пара в атмосфере уменьшается до нескольких микрометров.

Тем не менее, по крайней мере некоторые детали марсианского рельефа обязаны своим происхождением потокам воды. На рис. видно извилистое русло древней марсианской реки Нергал с притоками. Его длина достигает 400 км. В долине Нергала давно нет воды. По-видимому, река впадала в огромное водохранилище, образованное широкой низменностью в районе каньона Узбой и цепи кратеров Холден-Хейл. Извилистая форма Нергала напоминает русла земных рек. Были обнаружены и другие многочисленные долины такой же природы. Их изучение показало, что обмеление рек происходило постепенно. Широкие потоки с течением времени превращались в небольшие речки, а затем в узкие ручьи.

Рис. Долина Нергала.

Интересно отметить, что в пору наводнений на Марсе, похоже, не было сильных дождей. Исследование форм кратеров, находящихся поблизости от протоков и промоин, показывает, что если они и разрушались, то только текущей по поверхности водой, а не ливнями.

С прошлым существованием воды на Марсе связана структура многочисленных иссеченных районов (например, равнина Хриса, где опустился «Викинг-1») и широкие, до 80 км., долины. Можно сделать вывод, что очень давно на Марсе существовали реки и озера, было более высокое давление атмосферы и значительно более высокая температура, поскольку водно-эрозионные образования встречаются в очень высоких широтах.

Космические зонды установили многие особенности атмосферы планеты. Оказалось, что температура зимней полярной шапки практически совпадает с температурой конденсации углекислого газа при низком марсианском давлении: 148 К. С наступлением зимних холодов атмосфера в районе полярных шапок конденсируется и выпадает в виде снега из СО₂. «Шапка» охватывает огромные площади, достигая широт 55° и ниже. Толщина покрова на поверхности невелика и составляет, вероятно, единицы сантиметров. Поэтому с наступлением весны шапка быстро тает и съеживается. Но уменьшившись до размера центрального ядра, шапка перестает сокращаться. Для северной полярной шапки радиус ядра составляет 500—700 км. Здесь мы видим многочисленные слои обычного льда вперемешку с напластованиями пыли и льда из СО₂. Полная толщина этого огромного естественного хранилища водяного льда может достигать километра.

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.

Сезонные явления определяются тем: как в течение года изменяется поток солнечного тепла на планету в целом и как он перераспределяется между ее частями. Первое обстоятельство зависит от эксцентриситета орбиты; второе — от ориентации оси вращения планеты по отношению к ее орбитальной плоскости и перигелию (если эксцентриситет велик).

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.

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.

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

Целый ряд явлений на Марсе, по-видимому, можно объяснить этими гипотезами. Например, долины, оставшияся от древних марсианских рек, которые ныне находятся вблизи полюса, передвинулись туда из экваториального района. Мерзлотные отложения возникли в полярном районе, а у экватора оказались много позднее. Холмы слоистых отложений на днищах некоторых кратеров вблизи экватора — также остатки древних полярных отложений, из-под которых теперь появился еще более древний рельеф. Наконец, находит объяснение молодость нынешних полярных районов.

Путь полюсов Земли ученые находят методами палеомагнитного анализа: породы, которые образовались в зонах срединноокеанических рифтов (и вообще в извержениях), несут как бы «застывшее» направление магнитного поля. В 1990-х гг. обнаружили нечто подобное и на Марсе, где палеомагнитные поля образуют узкие длинные полосы. Современное магнитное поле Марса представляет собой суммарный эффект этих полос; оно очень слабое и составляет на экваторе от 0,07 до 0,8 мкТл (на Земле около 30 мкТл).

20 июля 1976 г. в северо-западной части равнины Хриса (22,4°с.ш. и 47,5°з.д.) совершил успешную посадку «Викинг-1», впервые на поверхности Марса стала работать автоматическая станция. Два зонда «Викинг» были первыми в США для посадки на другую планету (не считая Луны). Главной их задачей был поиск жизни на Марсе. В это же время орбитальные блоки «Викингов» изучали планету сверху.

При посадке опоры «Викинга-1» углубились в рыхлый грунт. Сразу же аппарат передал изображение грунта под опорами и вблизи них. Это была предосторожность: если бы аппарат начал понемногу тонуть в зыбучих песках, об этом узнали бы на Земле. Но все обошлось благополучно. В тот же день «Викинг-1» передал панорамное изображение окружающей местности. Поверхность Марса оказалась примерно такой, как ожидалось: пыльная пустынная местность, обильно усеянная камнями. Ландшафт напоминает некоторые пустыни на Земле. Песчаные дюны и барханы вытянуты примерно по диагонали из левого верхнего угла панорамы и указывают направление сильных ветров (перпендикулярное гребням дюн). Правая сторона панорамы — юго-восток. В центре находится штанга метеокомплекса. Большой валун в левой, северо-западной части панорамы имеет длину 2 м. и высоту над песком 1 м. Сверху валун покрыт песчаной шапкой, нанесенной ветром.

Линия горизонта на панораме рис. неровная. Ее неправильность, а также некоторые особенности рельефа, например, широкое углубление на первом плане в правой части панорамы, позволили предположить, что «Викинг-1» сел в небольшой кратер, а линия горизонта — это вал кратера. Размер наибольшей каменной глыбы на горизонте составляет 140 м.

Через полтора месяца после посадки «Викинга-1», 6 сентября 1976 г. на равнину Утопия в точке 47,9°с.ш. и 225,9°з.д. опустился «Викинг-2». Расстояние между станциями составило 6500 км. Они опустились в диаметрально противоположных часовых поясах, но местность в обоих случаях похожа: пустыня, покрытая ржаво-красным песком и обильно усеянная камнями с крупными порами, характерными для вулканических изверженных пород. Размер камней вблизи аппарата 5—20 см, а вдали достигает нескольких метров. Каменистая равнина в месте посадки «Викинга-2» уходит до самого горизонта, образующего, в отличие от «Викинга-1», ровную линию.

После посадки «Викинга-1» предстояло выяснить, насколько велика реальная опасность песчаных заносов. Ряд повторных изображений, переданных в последующие дни, показал, что перемещение песка под действием ветра незаметно. Пылевой бури не было; скорость ветра не превышала 7 м/с. Примерно одинаковые скорости ветра в обоих местах указывали на спокойное состояние атмосферы. Направление ветра в районах посадки «Викингов» имело суточную зависимость. В Утопии ветер дул утром с юго-востока, в полдень с северо-запада и в полночь с северо-востока.

Максимальные дневные температуры воздуха в районе посадки «Викинга-1» оказались ниже того, что ожидалось для летнего солнцестояния и в самом разгаре лета не превышали — —20°С. Наибольшая температура грунта оказалась градусов на 15 выше. Ночью температура падала до —86°С. Атмосферное давление было 7,5—7,7 мбар. По-видимому, «Викинг-1» опустился в пониженном районе. Метеорологическая обстановка оставалась спокойной довольно долго.

Станции работали долго и собрали много научных данных. Орбитальные аппараты функционировали до июля 1978 г. («Викинг-2») и августа 1980 г. («Викинг-1»), передав тысячи детальных изображений Марса. А на поверхности «Викинг-2» функционировал до апреля 1980 г., а «Викинг-1» проработал аж до 13 ноября 1982 г. Источниками электроэнергии у них служили термоэлементы, нагреваемые радиоактивными изотопами. Их мощность с годами упала. Таким образом, марсианская экспедиция «Викингов» продолжалась 6,4 земного года или 3,4 марсианского года.

Изображения местности вокруг аппарата «Викинг-2», переданные осенью 1977 г., когда по марсианскому календарю на равнине Утопия начиналась зима, показали, что в тени камней видны небольшие горки снега. Но метеоприборы сообщали о температурах хотя и низких, но все же явно недостаточных для образования снега из углекислого газа. Вместе с тем, ничтожное количество водяного пара вблизи осенней полярной шапки заставляет сомневаться в том, что это обычный иней или снег. Окончательного ответа нет.

Измерения показали, что в грунте Марса очень много железа, 12—14%. Много также кремния (до 20%). Присутствуют кальций (около 4%), алюминий (2—4%), магний (около 5%), титан. Необычно много в грунте серы, 3%. Высокое содержание железа в грунте — это наиболее серьезное свидетельство того, что гравитационная дифференциация (опускание тяжелых элементов и пород к ядру планеты) у Марса затянулась и выражена значительно слабее, чем у Земли. Этот процесс отражается на безразмерном моменте инерции. Если у Земли он равен 0,33, что соответствует радиусу ядра 0,57 радиуса планеты, то для Марса отличие от 0,4 (однородность) значительно меньше: 0,37. Это указывает, что ядро Марса совсем маленькое. В нем сосредоточено не более 5—9% массы планеты. К тому же, у Марса не только малое по сравнению с земным ядро, но и очень толстая литосфера.

Спустя 21 год после «Викингов», 4 июля 1997 г., в северо-восточной части земли Ксанфа, в районе долины Ареса, в точке 19,33°с.ш., 33,55°з.д. опустился аппарат «Пасфайндер». Аппарат состоял из посадочного модуля и небольшого автономного шестиколесного марсохода «Соджорнер» массой всего 10,6 кг. Его связь с Землей происходила через посадочный модуль.

На рис. представлен один из снимков поверхности Марса, сделанный аппаратом «Пасфайндер». Цвет неба — розовый; это цвет мельчайшей пыли, выносимой в атмосферу пылевыми бурями и остающейся там подолгу. Например, силикатная частица радиусом 1 мкм. при условии движения в совершенно спокойной атмосфере будет падать с высоты 10 км. в течение нескольких сотен марсианских суток. Красный цвет песка планеты — это следствие высокого содержания гидроокисей железа в грунте.

Изображение окрестностей района посадки «Пасфайндера» очень похоже на снимки «Викингов». Поверхность — все тот же ржаво-красный песок с многочисленными камнями и полосами наметенного песка. Станция села в долине, которая когда-то, возможно, была обширным водным резервуаром. Марсоход «Соджорнер» был оснащен специальным прибором, который можно было направлять на камни и другие образования на поверхности, чтобы определять их химический и, косвенно, минеральный состав. Исследование первого же камня показало, что по своей геологической истории он гораздо ближе к породам Земли, чем Луны. По-видимому, почти на 1/3 он состоит из кварца (которого на Луне нет); его история, возможно, включает многократные расплавления при излияниях лавы и затвердевания. По составу он отнесен к андезитам, второй по распространенности на Земле вулканической породе.

В месте посадки лето было в разгаре. Метеостанция «Пасфайндера» сообщала о погоде. Максимальная дневная температура в течение трех дней была от —13 до —18°С, минимальная в ранние утренние часы падала до —76°С. Давление 6,75 мбар, ветер 3 м/с и меняется по направлению в течение суток. За два десятилетия до этого на «Викинге-1» температура немного отличалась, но это скорее связано с высотой места. Небо было чистое; пыли в атмосфере было не больше, чем над земными городами.

В конце августа 2003 г. произошло великое противостояние Марса. Более того — величайшее, ибо столь тесного сближения наших планет еще не было на памяти человечества. В эпоху космических полетов великие противостояния не играют уже той роли, какую они играли в прошлые столетия для астрономов, изучающих Марс с поверхности Земли. Но по стечению обстоятельств именно в этом году на Марс отправилась первая полноценная геологическая экспедиция в составе двух автономных марсоходов — «Спирит» и «Оппортьюнити». Уже четыре земных года они работают в разных полушариях планеты, пройдя десятки километров и передавая важные данные о свойствах марсианской поверхности.

В это же время поверхность Марса и даже свойства его неглубоких подповерхностных слоев исследуют с орбиты «Марс Глобал Сервейер», «Марс Одиссей», «Марс Экспресс» и «Марс Риконисэнс Орбитер». Полученные ими данные все более уверенно свидетельствуют не только о древних потоках воды, но и о современных залежах вечной мерзлоты, и даже о следах небольших течений в нашу эпоху.

Одной из основных задач в исследовании Марса считается поиск жизни. В недалеком прошлом высказывались мнения, что некоторые наблюдаемые на Марсе явления можно объяснить существованием растительности. Одно из таких явлений — «волна потемнения», активно изучалось сторонниками «органической» гипотезы. Многие астрономы сообщали, что каждые полгода по марсианскому календарю с началом весны в одном из полушарий Марса вокруг тающей полярной шапки появляется темная окантовка. Постепенно она распространяется к экватору со средней скоростью около 30 км. в сутки. Достигнув экватора, волна переходит через него. Спустя полгода такая же волна движется от другого полюса. Это явление наблюдается более или менее регулярно. Области высоких широт, по которым прошла волна, затем снова светлеют.

Сторонники «органической» гипотезы указывали, что таким свойством обладает растительность: в условиях очень сухой марсианской атмосферы вегетационный период в развитии растительности должен быть приурочен именно к весне, когда при таянии шапки в атмосфере появляется влага. Ее постепенное распространение к экватору вызывает волну вегетации (листики распускаются), считали сторонники «органической» гипотезы.

Предлагались и другие, «неорганические» гипотезы о природе волны потемнения. Они связывают темные области с эоловыми процессами — переносом пыли регулярными ветрами. Предполагали также, что темную пыль выбрасывают вулканы, а местные ветры разносят ее, образуя характерные полосы, направленные от вулкана. В отношении переноса пыли гипотеза блестяще подтвердилась, но пока на Марсе не найдено ни одного действующего вулкана.

Другая неорганическая гипотеза объясняет волны потемнения увлажнением каких-то гигроскопических веществ на поверхности. Однако попытки подобрать такие вещества, которые изменяли бы оттенки под действием ничтожных количеств влаги, убедительного результата не дали.

Вместе с тем, было доказано, что микроорганизмы, похожие на земные, вполне могли бы жить на Марсе. Поиск микроорганизмов стал основной задачей «Викингов». Портативные автоматизированные химические лаборатории обоих аппаратов произвели эксперименты и подробный анализ с тем, чтобы узнать, есть ли в грунте Марса микроорганизмы. Для этого было подготовлено несколько специальных исследований.

В герметически закрытой камере атмосфера над пробой грунта содержала, как и марсианская, углекислый газ, но часть атомов углерода-12 в нем была замещена на радиоактивный изотоп углерод-14. Пробу грунта освещали светом, подобным солнечному. Земные микроорганизмы и растения в этих условиях энергично поглощают углекислый газ. Затем пробу грунта нагревали, органические вещества разлагались, а приборы должны были обнаружить усвоенный радиоактивный углерод, что доказывало бы использование микроорганизмами фотосинтеза. На Земле этот эксперимент действовал безотказно. Но на Марсе ответ был неопределенным; радиоактивный углерод иногда регистрировался, иногда нет.

Во втором приборе использовали тот же принцип, но в отношении газовой среды: гипотетические обитатели грунта подкармливались радиоактивными питательными веществами; в результате метаболизма (обмена веществ с окружающей средой) они должны были выделить меченый углекислый газ. Результаты этого эксперимента можно было считать положительными, хотя и очень непохожими на то, что ожидалось.

Еще меньше были похожи на земные результаты третьего эксперимента, где грунт помещали в камеру с точно известной атмосферой и вводили в него питательную смесь. В результате жизнедеятельности микроорганизмов в камере должен был измениться состав газа. Нормальное проведение эксперимента на Земле занимало две недели. Но на Марсе из грунта сразу же выделялись углекислый газ и кислород, а все реакции завершились за двое суток. Результаты можно было объяснить необычными химическими свойствами марсианского грунта — присутствием в нем некоторых перекисей. При смачивании водой такой состав дает сильное газовыделение. По-видимому, грунт Марса очень едкий. Большую роль в этом, вероятно, играет ультрафиолетовое излучение Солнца, облучающее грунт. Оно проникает до самой поверхности планеты и было бы в состоянии уничтожить большинство земных микроорганизмов, если их поместить на поверхность Марса. Поэтому поиск марсианских микроорганизмов, как предполагалось, следовало бы вести в верхнем слое грунта, но не на самой поверхности. Для этого с помощью манипулятора удалось даже убрать камень и взять из-под него пробу. Но все реакции неизменно протекали столь же необычно, как и раньше.

Наиболее тяжелый удар по надеждам встретить микрофлору на Марсе нанес газовый хроматограф, соединенный с масс-спектрометром. В нем образец грунта нагревался, а выходящие из него газовые продукты разложения анализировались. Был исследован ряд образцов марсианского грунта, взятых с глубины от 4 до 6 см. Зарегистрировано выделение сравнительно больших количеств кислорода, водяного пара и углекислого газа. Но никаких органических соединений не отмечено, хотя чувствительность прибора к примесям достигала одной десятимиллиардной доли. Тот же прибор в образце антарктического грунта массой всего 0,1 г. обнаружил более двадцати органических соединений.

Любая известная форма жизни при разложении выделяет органические летучие вещества. Поэтому можно сделать вывод, что либо количество микроорганизмов в местах посадки «Викингов» было ничтожно мало, либо их вообще нет на планете, хотя объяснить это трудно. Многие земные микроорганизмы смогли бы приспособиться к обитанию в верхнем слое марсианского грунта. В любом случае, «Викинги» были хорошим экспериментом с достаточно строгими результатами.

В августе 1996 г. все информационные агентства мира сообщили о так долго ожидавшемся открытии, — о следах внеземной жизни в метеоритном теле, найденном в Антарктиде. Обычно метеориты мало выделяются на фоне почвы, поэтому их редко находят. Удобными для их поиска оказались снежно-ледовые пустыни Антарктиды. Разумеется, при падении горячие метеориты уходят глубоко в лед и снег, поэтому на находку свежих образцов надеяться не приходится. Но при выветривании старых льдов вмороженные когда-то метеориты выходят на поверхность. Так в Антарктиде удается найти до 400 образцов за год, и так были найдены метеориты ЕЕТА 79001 в 1979 г. и ALH 84001 в 1984 г., отнесенные к группе SNC.

Метеоритный материал этой группы встречается очень редко. На 1997 г. было известно 12 метеоритов SNC. Это аббревиатура от названий населенных пунктов, вблизи которых нашли эти метеориты: Шерготти, Накла и Шассиньи (Shergotty, Nakhla, Chassigny). Четыре метеорита SNC удалось обнаружить сразу после выпадения, поэтому они не были загрязнены земными материалами. Метеорит Накла (Египет, близ Александрии), который выпал в 1911 г., долгое время был известен главным образом тем, что при падении убил собаку. Эта жертва — единственный известный случай в истории. Но наибольшую известность SNC-метеориты (их часто называют «шерготитами») получили по другой причине: они пришли с Марса. Еще несколько лет назад в это просто не верили. Но подробные исследования показали, как это происходит.

Чтобы покинуть поле тяготения Марса, осколки от метеоритного удара должны разлететься со скоростями не менее 5 км/с. Теория указывает, что для этого давление взрыва в момент удара должно достигать 1,5 Мбар, но при таких давлениях материал разрушается и плавится. По признакам, которые содержит материал самих метеоритов, выяснилось, что фактически они испытали лишь 1/4 давления, предсказанного теорией. Дело в том, что высокие давления в момент взрыва имеются только на достаточно большой глубине. Разрушенный и выброшенный материал подхватывает обломки на поверхности, которые таким образом приобретают необходимую скорость, но сами не разрушаются. Так шерготиты оказались в космосе. Дальнейший путь марсианских камней был очень запутанным и продолжался много миллионов лет. Часть таких метеоритов возвращается в конце концов на Марс, часть захватывается полем Юпитера и частично попадает в его атмосферу, часть выбрасывается из Солнечной системы. Наконец, небольшая часть достигает Земли и, возможно, Венеры и становится своего рода «обменным фондом» между планетами.

Несомненно, что такие же выбросы возможны и с Земли. Метровые обломки породы, выброшенной из большого (24 км.) метеоритного кратера Риис (Ries) в южной Германии, найдены в Швейцарии. Для этого их начальная скорость должна была составлять 1,4 км/с. А еще более мощные удары могли выбрасывать обломки и за пределы земного тяготения.

Шерготиты обладают интересными особенностями. Обломок, который выпал в Индии в 1965 г., содержит следы его образования в глубоком резервуаре магмы на другой планете. Другой представляет собой кусок слоистого материала, содержащего карбонаты, что может дать некоторые данные о прошлом климате Марса. Этот образец был недавно найден в Антарктиде. (Возникает вопрос, надо ли посылать на Марс экспедицию за образцами грунта). Наконец, если на Марсе когда-либо была жизнь, возможно, следы ее сохранились в этих метеоритах.

Сейчас столкновения крупных тел очень редки, и на Землю попадает мало марсианского материала, по оценкам, всего 1/2 тонны за год. Но на ранних этапах истории Солнечной системы планетных обломков должно было быть очень много.

Быстрое развитие технологии позволило создать научные приборы, которые способны провести анализ состава вещества на основе всего нескольких десятков тысяч его атомов. С использованием таких приборов в 1980 г. удалось выполнить изотопный анализ газа, содержавшегося в микроскопических количествах в метеорите ЕЕТА 79001. Результаты оказались сенсационными: состав газа и соотношение изотопов в нем такие же, как в атмосфере Марса по данным «Викингов». Изотопный состав — это своеобразный паспорт; химический состав может значительно изменяться, но изотопный очень стабилен. Так удалось доказать, что ЕЕТА 79001 и другие шерготиты действительно возникли на Марсе.

Метеорит ALH 84001 очень не похож на остальные. Довольно крупный, весом 1,9 кг, он пролежал после находки 10 лет, не привлекая внимания исследователей. Но в 1993—94 гг. удалось доказать, что изотопный состав содержащегося в нем кислорода также соответствует марсианскому, а метеорит обладает скрытыми признаками шерготитов.

В августе 1996 г. группа ученых объявила о возможном присутствии в этом метеорите древних окаменелостей биологического, но не земного происхождения. (Как правило, все метеориты загрязнены земной флорой. Вопреки распространенному мнению, Антарктида вовсе не стерильное место, микроорганизмов там сколько угодно).

Методы современной физики и химии позволяют определить возраст таких обломков и длительность их пребывания в открытом космосе. Возраст 11 образцов SNC не очень большой, от 180 до 1300 млн. лет. Но ALH 84001 оказался самым старым. По первым определениям, он возник из жидкой магмы 4,5 млрд. лет назад, когда Марс еще даже не до конца сформировался. Затем (3,9 млрд. лет назад) он подвергся сильному удару, который оставил в нем многочисленные трещины. За 16 млн. лет до нас еще более мощный удар выбросил его с поверхности Марса в космос, где он путешествовал до встречи с Землей. 13 тыс. лет назад он выпал на льды Антарктиды в районе Алан Хиле, где его и нашли.

«Мы уверены, что где бы ни образовался этот метеорит, что-то в нем жило, — писала газета Нью-Йорк Таймс. — Состав углеводородов указывает на биологическую активность». Эта цитата относится, однако, вовсе не к образцу ALH 84001. История повторяется. В 1961 г. сенсационные статьи посвящались метеориту Оргей, выпавшему во Франции в 1864 г. Его исследовал еще Луи Пастер. В 1961 г. группа специалистов в США объявила о том, что органические включения в метеорите имеют биологическое происхождение. Споры в научной прессе длились 14 лет, но закончились признанием, что включения «имеют земное происхождение».

Состоявшуюся в августе 1996 г. пресс-конференцию по итогам 1,5-летней работы с образцом ALH 84001 провели ученые, представлявшие различные научные направления. Кроме того, были независимые критические выступления. Заподозрив присутствие в метеорите микроокаменелостей древних бактерий неземного происхождения, ученые провели тщательные исследования по нескольким независимым направлениям, используя самую совершенную технику. Они не утверждали, что какое-либо из выбранных направлений привело к категорическому выводу о марсианских микроорганизмах. Скорее выводы можно сформулировать так, что ни одно из проведенных исследований не отвергает такой возможности.

Во-первых, вблизи поверхности (но не у самой оплавленной корки) обнаружена колония многочисленных овальных, а в некоторых случаях — удлиненных и червеобразных образований, очень похожих на окаменелые колонии древнейших земных бактерий. Но критики замечают, что земные бактерии с типичными размерами 0,5—20 мкм. в 100—1000 раз больше этих образований. Последних скорее следует отнести к «нанобактериям», так как их размеры всего 10—100 нм., и увидеть их удалось лишь благодаря большому прогрессу в технике электронных микроскопов. (Есть сообщения, что что-то похожее найдено и на Земле.) Другое серьезное возражение касается невозможности разместить в столь малом объеме элементарный аппарат наследственности (ДНК/РНК), а также все клеточные механизмы. Не обнаружены ни следы стенок (клеточных мембран), удерживающих протоплазму, ни образования в стадии деления. Наконец, остается вопрос, как и почему окаменелости нанобактерий оказались в изверженной, а не в осадочной породе.

Второе доказательство (в пользу исследователей) — присутствие заметных следов особых органических соединений — полициклических ароматических углеводородов, которые образуются после разложения погибших микроорганизмов. Вокруг каждого из пятнышек, которые могут быть такими следами, имеются также отложения карбонатов, окислов, сульфидов и сульфатов железа. Именно такие образования сопутствуют земным окаменелостям, это продукты их жизнедеятельности и разложения после гибели. Ученые считают, что они образовались около 3,6 млрд. лет назад, причем кроме радиоизотопного определения возраста об этом же говорят проходящие через отложения трещины, возникшие еще на Марсе. Интересен изотопный состав карбонатов. В ферментах (и в следах земных бактерий) изотопа углерода-13 меньше, чем в природных материалах. Именно это и обнаружено в ALH 84001 методами тонкой лазерной спектрометрии.

Третий аргумент — возраст образований, совпадающий с тем, когда климат Марса был благоприятным для возникновения жизни. Но и здесь оппоненты представили другую оценку возраста того же образца, — всего 1,39 млрд. лет, а это уже совсем другие условия на Марсе.

Рассматривались и другие стороны проблемы. В частности, если жизнь на Марсе была, то почему ее нет сейчас? Возникшую однажды жизнь уничтожить очень непросто. Жизнь приспосабливается к окружающей среде и приспосабливает ее к себе. Поэтому многие высказывают мнение, что жизнь на Марсе, если бы она сейчас существовала, было бы трудно не обнаружить.

Последующие результаты исследований показали, однако, что основные аргументы в пользу окаменелостей все же выглядят недостаточно убедительными. Было доказано, что в образце присутствуют земные биозагрязнения и что при образовании подозрительных следов он находился в условиях таких высоких температур, которые исключают их биологическое происхождение. Вместе с тем, столь категорически отрицательных результатов, как те, что дали «Викинги», получено не было. Вполне возможно, что земная биота не единственная в своем роде, и что физические условия, подобные земным, могут реализоваться еще на какой-то планете.

Пожалуй, это и все, чем мы ныне располагаем для оптимизма в отношении жизни на Марсе.

В более широком смысле можно отметить, что все почти 50-летние поиски разумных сигналов из космоса не дали ровно ничего. Для объяснения этого факта приводятся самые тонкие и остроумные идеи, но ученые все больше склоняются к тому, что разумная жизнь крайне редкое, если не уникальное явление. «Великое Молчание Вселенной», по-видимому действительно определяется крайне малой вероятностью перехода от простейших одноклеточных к сложным многоклеточным организмам. Только эволюция последних может привести к появлению разума. Половина жизненного пути Солнца и 5/6 истории Земли понадобилось, чтобы 570 млн. лет назад состоялся, наконец, «кембрийский взрыв», — внезапное и необъяснимое появление на Земле многоклеточных, пишет Стивен Гулд в своей книге «Удивительная жизнь» (Gould. S.J. Wonderful Life, 1989). Сколько сотен миллионов лет понадобится, чтобы эта вероятность реализовалась где-то еще во Вселенной? Факт доисторического существования простейшей жизни на Марсе, если ALH 84001 действительно его содержит, может быть посланием об одиночестве нашей цивилизации во Вселенной, безмерные пространства которой если где-то и населены, то скорее всего, одноклеточными. Можно закончить такими словами из передовой статьи в выпуске журнала «New Scientist», целиком посвященному находкам в ALH 84001: «Возможно, мы — одна из первых развитых цивилизаций в Галактике, обреченная блуждать в космосе и находить массу протоплазмы, но никого, с кем можно было бы поговорить».

Удастся ли найти такую «протоплазму» на Марсе?

Бурба Г.А. Номенклатура деталей рельефа Марса. М.: Наука, 1981.

Джонс Б.У. Жизнь в Солнечной системе и за ее пределами. М.: Наука, 2007.

Интерактивная карта Марса — http://www.google.com/mars/

Ксанфомалити Л.В. Планеты, открытые заново. М.: Наука, 1974.

Ксанфомалити Л.B. Парад планет. М.: Наука; Физматлит, 1997.

Кузьмин Р.О., Галкин И.Н. Как устроен Марс. М.: Знание, 1989.

Маров М.Я. Планеты Солнечной системы. М.: Наука, 1986.

Марс: великое противостояние / Ред.-сост. В.Г. Сурдин. М.: Физматлит, 2004.

Мороз В.И. Физика планеты Марс. М.: Наука, 1978.

Спутники Марса: Пер. с англ. М.: Мир, 1981.