Кирилл Кондратьев - «Викинги» на Марсе

• Название: «Викинги» на Марсе
• Автор: Кирилл Кондратьев
• Издательство: Гидрометеоиздат
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1977

Обсуждены результаты исследований атмосферы, поверхности и верхнего слоя грунта Марса на основе предварительного анализа данных измерений при помощи аппаратуры, установленной на орбитальном и спускаемом аппаратах АМС «Викинг-1, -2». Полученные результаты содержат обширную информацию о структурных параметрах и составе атмосферы. Большое число изображений с орбиты и поверхности планеты позволило значительно углубить существующие представления об особенностях структуры и минералогии поверхности Марса. Впервые получен обширный комплекс данных прямых измерений на поверхности планеты, характеризующих свойства поверхности и нижних слоев атмосферы. Рассмотренные результаты имеют важное значение для понимания закономерностей погоды и климата на Марсе, открывают новые перспективы с точки зрения сравнительной метеорологии планет.

The results of investigations of the atmosphere, the surface and the upper layer of the soil of Mars are discussed on the basis of a preliminary analysis of measurement data obtained with the help of instrumentation installed on the orbital and descent vehicles Viking-1, -2. The results obtained contain comprehensive information on the structural parameters and composition of the atmosphere. Numerous images from the orbit and the planet's surface made it possible to improve essentially the existing notion of the structure and minerology of the Martian surface. For the first time, a comprehensive complex of data of direct observations on the surface of the planet has been obtained which characterizes the properties of the surface and the lower atmosphere. The results considered are of great importance for understanding the weather and climate-forming processes on Mars; they open up new perspectives from the point of view of the comparative meteorology of planets.

---

В работе [32] обсуждены наблюдаемые соотношения между распределениями многолетних льдов, дюн и слоистых отложений, анализ которых позволяет высказать предположения относительно происхождения этих природных образований. За время наблюдений ледяного покрова полярной шапки с В-2 не было замечено каких-либо изменений в распределении льдов. Вывод о том, что эти льды имеют водную природу побуждает пересмотреть высказанные ранее предположения о факторах, определяющих их годовой ход. По-видимому, изменчивый ледяной покров представляет собой очень тонкий слой льда (это предположение требует дальнейшей проверки).

Каттс с соавторами [32] предложили два вероятных варианта геологической эволюции полярной зоны, обусловленной различными изменениями климата. Один из вариантов климата связан с мелкомасштабным расслоением, отражающим наличие регулярной короткопериодической изменчивости. Для второго типа климата характерна долгопериодичность изменений (превосходящая периодичность изменений первого типа на два-три порядка величины) и отсутствие регулярности вариаций. Подобный климат выражается в более радикальных изменениях, следствием которых может быть переход от режима формирования слоистых отложений к режиму эрозии.

Пока что нет никаких доказательств того, что изменения полярного климата связаны с теми предполагаемыми вариациями климата, которые сопровождают образование марсианских каналов. По-видимому, первые являются гораздо более слабо выраженными, чем мощные вариации температуры и давления, необходимые для флювиальной активности в экваториальной зоне. Известно также, что марсианские каналы являются очень старыми, тогда как процессы эрозии в полярных районах — современными. Хотя нельзя полностью исключить возможность того, что формирование слоистых отложений происходило одновременно с образованием каналов, но даже и в этом случае эрозия отложений имела место позднее.

Вероятно, слоистые отложения могли играть важную роль в эволюции летучих компонентов на Марсе. Так, например, большая часть воды, выделенной твердой оболочкой с момента ее образования, могла в смеси с пылью сформировать льды полярных областей. Интересно, что события, наиболее близкие к современной эволюции полярных областей, остаются самыми не ясными (процессы формирования слоистых отложений, дюн и др.).

Анализ изображений позволяет выявить многочисленные явления, происходящие в атмосфере. Изображения, полученные при подходе АМС к Марсу, показали, что в южном полушарии атмосфера была достаточно ясной, тогда как в северном полушарии на всех долготах имели место слои дымки, затруднявшие наблюдения поверхности. Основной целью интерпретации изображений с точки зрения атмосферных явлений было изучение запыленности атмосферы в зоне посадки СА. Изображения края диска планеты выявляют присутствие многослойной дымки на высотах до 25 км. Единичной оптической толщине (вдоль луча зрения по направлению к горизонту) соответствует высота, равная 15 км.

Обнаружено несколько форм дискретных облаков (их следует отличать от региональной диффузной дымки): классические белые облака в области Tharsis; диффузные яркие облака, состоящие из отдельных пятен, размером порядка нескольких километров; экваториальные облака (типичные облака, состоящие из конденсата и имеющие, по-видимому, конвективную природу); протяженные волнообразные облака, которые наблюдаются в околополуденные часы в зоне экватора и состоят, по-видимому, из льда (длина волны облаков составляет около 10 км).

Волнообразные облака могут служить индикатором направления ветра и условий устойчивости атмосферы. Иногда наблюдаются яркие пятна, которые можно интерпретировать как туман или изморозь из водного льда на поверхности (скорее всего это туман). Изображения, полученные в течение первой фазы функционирования АМС «Викинг-1», не выявляют присутствия пылевых облаков. Примером могут служить облака, хорошо проявляющиеся на рис. 11, относящемся к району гигантского вулкана Olympus Moris, высота которого достигает 24 км, поперечник кальдеры (вулканического кратера) — 80 км, а основания вулкана — примерно 800 км. По-видимому, эти облака состоят из водного льда и образуются при адиабатическом выхолаживании воздуха, поднимающегося вдоль склона. Максимальная высота верхней границы облаков составляет около 19 км.

Облака наиболее развиты к западу от вулкана (левая часть фотографии). Отчетливо проявляющаяся система волнообразных облаков протянулась на расстоянии нескольких сотен километров (левый верхний угол изображения). В левом верхнем углу фотографии ясно виден край диска планеты, а также заметны расположенные в атмосфере слои дымки.

По-видимому, наблюдаемые облака состоят преимущественно из водного льда и сформировались в результате конденсации водяного пара в атмосфере при выхолаживании воздуха, поднимающегося вдоль склонов вулкана. Как показали выполненные ранее наблюдения с Земли, облака в этом случае становятся заметными в послеполуденное время и обладают отчетливым годовым ходом: их можно наблюдать преимущественно весной и летом в северном полушарии.

С орбитального аппарата (ОА) «Викинг» впервые получены данные, позволяющие построить цветные изображения и определить колориметрические характеристики различных участков поверхности планеты [102]. Телевизионные камеры ОА снабжены набором светофильтров для видимой области спектра 0,35— 0,65 мкм. Применяя фиолетовый (0,45±0,02 мкм), зеленый (0,53±0,04 мкм) и красный (0,59±0,03 мкм) фильтры, удалось построить три цветных изображения. Анализ этих изображений, а также многоканальных изображений для нескольких спектральных интервалов показал большую информативность таких данных с точки зрения различения разнообразных природных образований (мелкозернистые и скалистые грунты и др.) и выявления их связей с локальной ареоморфологией и процессами трансформации поверхности.

Красно-фиолетовое отношение оказалось очень чувствительным индикатором атмосферной дымки и облаков, особенно вблизи терминатора. Зелено-красное отношение характеризует главным образом изменчивость материала поверхности планеты. Сопоставление двух колориметрических отношений открывает возможность различения эффектов атмосферы и поверхности.

Колориметрические данные подтверждают выводы наземных наблюдений, согласно которым яркие участки поверхности Марса являются более красными, чем темные участки. Последние могут быть разделены по меньшей мере на два класса, один из которых характеризуется примерно на 10% большей яркостью в фиолетовом участке спектра. Более голубые темные участки поверхности связаны с темными «струями», исходящими из бывших кратеров. Более красные темные участки располагаются в зоне экваториальных равнин.

3. Анализ изображений поверхности со спускаемого аппарата АМС «Викинг»

Две камеры, установленные на СА «Викинг-1», позволили получить первые изображения поверхности Марса со спускаемого аппарата [82]. Идентичные камеры представляют собой многоканальные сканирующие радиометры, основанные на системе оптико-механического сканирования. Совокупность 12 кремниевых фотодиодов обеспечивает четыре широкодиапазонных канала с переменным фокусом для получения изображений очень высокого разрешения, один широкодиапазонный канал для быстрого обзора, шесть узкополосных (около 0,1 мкм) каналов для получения многоспектральных изображений (цветных и в близкой ИК области спектра) и один узкополосный канал для сканирования Солнца. Мгновенное поле зрения равно 0,04° в случае четырех каналов очень высокого разрешения и 0,12° для остальных каналов. Ширина поля зрения охватывает углы + 40 и -60° относительно горизонта и диапазон 0—342,5° по азимуту. Изображения запоминаются бортовым магнитофоном.

Анализ изображений района посадки, полученных с орбитального отсека, показал, что этот район может быть охарактеризован как топографически гладкий (рис. 12). По-видимому, формирование наблюдаемого здесь рельефа было обусловлено совокупностью флювиальных процессов, вулканизма, метеорных ударов, ветровой эрозии и переноса, химического выветривания. На основе анализа изображений, полученных со спускаемого аппарата, в работе [82] детально описаны особенности поверхности Марса вблизи точки посадки — мелкодисперсного грунта с размерами частиц порядка десятых долей миллиметра, покрытого многочисленными кусками горных пород, которые имеют резко очерченные грани. На одном из панорамных изображений виден участок, занятый небольшими песчаными дюнами и пересекающей их полосой темных камней.

Изображение высокой пространственной разрешающей способности, приведенное на рис. 13, характеризует детали морфологии поверхности Марса, покрытого камнями разнообразных размеров и форм. Обращает на себя внимание отсутствие явно выраженных следов трансформации поверхности ветром. В частности, — пыль, осевшая при посадке на опору СА, осталась неизмененной в течение двух суток после первого подобного изображения, принятого со спускаемого аппарата. Указанное стрелкой зачерненное пятно на поверхности обусловлено оседанием частиц при ударе о поверхность сброшенного со спускаемого аппарата защитного цилиндрического покрытия рычага для взятия проб грунта (это покрытие находится в данном случае вне поля зрения).