Мир путешествий и приключений - сайт для нормальных людей, не до конца испорченных цивилизацией

| планета | новости | погода | ориентирование | передвижение | стоянка | питание | снаряжение | экстремальные ситуации | охота | рыбалка
| медицина | города и страны | по России | форум | фото | книги | каталог | почта | марштуры и туры | турфирмы | поиск | на главную |


OUTDOORS.RU - портал в Мир путешествий и приключений

На суше и на море 1962(3)


ОБ АТМОСФЕРЕ МАРСА

СУЩЕСТВОВАНИЕ на любом космическом теле высокоорганизованной жизни, сходной (но не обязательно идентичной!) с земной и немыслимой без участия в ее создании белковых и прочих органических веществ, зависит от подходящей атмосферы, влажности, температурных условий и средств питания. По этому поводу современные научные данные говорят следующее.

Температурные условия южного полушария Марса, особенно вблизи его экваториальных областей, могут обеспечить существование органической жизни. В летние дни экваториальные зоны днем имеют температуру поверхности, поднимающуюся до плюс 20—30 градусов, а умеренные — до плюс 10—20 градусов. Зимой температура тропиков падает до плюс 10 градусов, а умеренных широт до нуля и минус 10 градусов. Днем во время летнего солнцестояния интенсивность солнечного облучения примерно такая же, как и на Земле. Зато ночи на Марсе очень холодные, и температура понижается даже летом до минус 20 градусов. При этом температура темных областей Марса («морей») выше, чем светлых, на 8—10 градусов. На полюсах Марса всегда очень холодно, как в Антарктиде.

Вода и водяной пар прямыми астроспектроскопическими наблюдениями на Марсе пока еще не обнаружены. Но о том, что вода, вероятно, все-таки есть, свидетельствуют полярные шапки и их сезонные изменения, а также облачные образования белого цвета (белые облака), не могущие быть пылевыми облаками. Интересно сообщение Пикериыга, еще в 1894 году наблюдавшего в некоторых местах поверхности Марса поляризацию. Это позволяет предполагать возможность на планете пространств, покрытых жидкостью (водой).

Сейчас можно почти не сомневаться, что на Марсе имеется растительность. Астроном Г. А. Тихов, создатель астроботаники, приводил немало соображений по этому поводу. А не так давно Синтон обнаружил в спектре отражения темных областей Марса полосы поглощения с длиной волны около 3,5 микрона, отвечающей колебаниям молекул органических веществ, имеющих С—Н группу. Это поглощение сходно с наблюдаемым у земных мхов и лишайников. Что же касается условий питания растений, то есть бесспорные данные о присутствии в атмосфере Марса углекислого газа в количествах больших, чем на Земле. Таким образом, не исключается возможность существования на Марсе растительности, питание которой происходит за счет фотосинтеза (высшие растения). Однако этот процесс необязательно должен происходить с помощью хлорофилла, так как на расстоянии, отделяющем Марс от Солнца, для этого требуется поглощение более длинноволновых лучей. Советский астроном Н. А. Козырев предполагает, что растительность Марса черного цвета. По-видимому, это мнение подтверждается темной окраской «морей» Марса.

Присутствие кислорода в атмосфере Марса с достоверностью обнаружить не удалось. Но иногда в спектре его полосы удавалось наблюдать. Еще в 1908 году, при исключительно благоприятных условиях, Слайфер обнаружил кислород, а в 1926 году Адаме и Джон нашли, что его там до 7 процентов, то есть в три раза меньше, чем на Земле. Но в последующем тем же авторам эти наблюдения воспроизвести не удалось.

Сейчас на основе довольно гадательных расчетов предполагается, что кислорода в атмосфере Марса меньше 0,1 процента. А присутствие азота и инертных газов не может быть обнаружено методами современной астроспектроскопии.

Все соображения относительно содержания инертных газов чисто умозрительны и, видимо, очень далеки от действительности. Зато много данных непосредственного наблюдения говорит о том, что в атмосфере Марса должны быть вещества, необычные для Земли или обычные, но находящиеся в необычных состояниях. Об этом можно судить на основании того, что на Марсе, во-первых, низка отражательная способность полярных шапок; и, во-вторых, существует загадочный «фиолетовый слой» на расстоянии 10—15 километров от поверхности планеты. Этот слой интенсивно поглощает фиолетовые и ультрафиолетовые лучи. О природе его имеются лишь догадки.

Резюмируя все сказанное, можно сделать вывод, что на Марсе есть для поддержания жизни такие условия, как температура, влажность и средства питания. Что касается атмосферы, то имеющиеся данные на первый взгляд кажутся мало утешительными. Ниже мы постараемся показать, при каких допущениях можно представить себе, что атмосфера Марса, весьма существенно отличаясь от земной, может обеспечить жизнь даже разумным марсианам.

Хотя на Марсе отсутствуют горы высотой более двух километров, есть предположения, что там существуют крупные понижения глубиной до 10 и даже 20 километров. К таким местам мы относим «моря» Марса, которые представляются нам глубокими низинами между очень полого спускающимися плоскогорьями. Но определить фактическую глубину «морей» Марса чрезвычайно затруднительно. Дело в том, что диаметр планеты, получаемый на фотографиях при помощи самых мощных телескопов, не превышает пяти миллиметров. Поэтому при диаметре Марса в 6780 километров впадина, даже в 20 километров глубиной, будет иметь на снимке величину, лежащую за пределами разрешающей способности фотоматериала.

Размеры Марса и его небольшая масса обусловливают и меньшую силу тяжести, составляющую около 40 процентов земной. Это должно сильно сказываться на условиях жизни на планете по сравнению с Землей. Совершенно своеобразно должны протекать там физические, химические, а также и биологические процессы. Меньшая сила тяжести должна накладывать свой отпечаток на все, что происходило и происходит на этой планете, и не дает права переносить земные условия и представления на Марс, даже в качестве первого приближения. Очень часто мы недопонимаем этого и недостаточно ясно представляем огромное значение такого фактора.

ПРОБЛЕМА КИСЛОРОДА НА МАРСЕ

Для жизни высокоорганизованных существ совершенно необходимо присутствие кислорода прежде всего потому, что процессы окисления — это основные источники энергии для живого организма. Но так как условия жизни на Марсе во все эпохи его существования сильно отличались от земных из-за меньшей силы тяжести, то, следовательно, живому существу при прочих равных с Землей условиях придется на Марсе затратить около 40 процентов той энергии, которую оно тратит на Земле для совершения работ, связанных с преодолением силы тяжести — то есть фактически всего того тепла, которое не связано с поддержанием температуры тела.

Есть основания предполагать, что человек Земли — уроженец ее тропических областей. Разумный марсианин тоже должен быть уроженцем наиболее теплых областей южного полушария Марса. Но средняя температура этих областей около 10—15 градусов вместо 20—25 градусов тропических областей Земли. Если у человека температура тела приблизительно на 10 градусов выше средней температуры тропических областей Земли, то при переносе подобной аналогии на марсианина температура его тела должна быть около 25 градусов, При такой температуре даже у земного человека большинство биологических процессов еще протекает некоторое время более или менее нормально.

Организм же марсианина в процессе эволюции жизни на Марсе вполне мог приспособиться к нормальному существованию при такой температуре тела. Конечно, тогда многие жизненные процессы, с нашей, земной, точки зрения, будут протекать иначе, чем на Земле, но это компенсируется значительно меньшей силой тяжести. Может быть также, что механизм тепловой регуляции марсианина допускает существенное отличие температуры для разных органов его тела. Но если небольшая сила тяжести не вполне компенсирует замедление процессов, происходящих из-за меньшей температуры тела, то эволюция живых существ на Марсе должна была протекать более медленными темпами, чем на Земле.

Учитывая все это, можно предположить, что для марсианина, вероятно, будет достаточно для поддержания нормальной жизни 40 процентов от содержания кислорода в атмосфере Земли, то есть 8 процентов кислорода во всей атмосфере. Невольно вспоминаются данные Адамса и Джонса, которые нашли близкую величину для содержания кислорода в атмосфере Марса —около 7 процентов. Почему эти данные не были вторично подтверждены, мы подробнее скажем ниже.

Источником кислорода в атмосфере Марса вне всякого сомнения следует считать процессы фотосинтеза у растений.

Сплошь покрытые растительностью «моря» Марса, по-видимому, и служат «фабриками кислорода», пополняющими естественную убыль его. Можно предположить, что эта растительность однодневная, ибо только такие растения с однодневным циклом существования были бы наиболее приспособлены к резким сменам температур дня и ночи, амплитуда которых может достигать 60—90 градусов. Особенность таких растений в отличие от земных в том, что, будучи генераторами кислорода, они не расходуют его ночью, так как биологические процессы при низких ночных температурах резко замедлены. Но, конечно, не исключена возможность существования растительности с более длительным циклом развития, однако тоже замирающей на ночь, подобно зимующим растениям Земли.

Но почему же кислород до сих пор еще не обнаружен в атмосфере Марса? Не считая несовершенства современных астроспектроскопических методов его обнаружения, это может быть вызвано следующими причинами: во-первых, поскольку источники кислорода на Марсе растения-однодневки, то его содержание в атмосфере должно быть переменным, повышаясь к концу дня (максимум температуры на Марсе приходится на 14 часов) и резко снижаясь к концу ночи и в начале дня; во-вторых, кислород должен быть сосредоточен в самых нижних слоях атмосферы Марса, главным образом над низинами. Вот эти условия и резко ухудшают возможности обнаружения кислорода.

ИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ КАК ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
АТМОСФЕРЫ МАРСА

Обладая меньшей силой тяжести, Марс, естественно, должен иметь атмосферу, сильно обогащенную тяжелыми газами. Скорость убегания для газов на Марсе составляет немного менее половины земной, что, однако, еще достаточно для удержания азота и кислорода. Следует только отметить, что убеганию кислорода будут содействовать процессы ионизации верхних слоев атмосферы Марса. Следовательно, доминирующую роль должны играть тяжелые газы. Прежде всего приходит мысль об углекислом газе. Хотя содержание его в атмосфере Марса гораздо больше, чем на Земле, оно не превышает одного процента или около того. Американский астроном Браун высказывал идею, что главный компонент марсианской атмосферы — аргон. Нам кажется, что, по многим причинам, таким главным компонентом следует признать криптоно-ксеноновую смесь с преобладанием первого. Французский же астроном Вокулер предполагает, что аргон на Марсе такого же происхождения, что и на Земле, и содержится его столько же, то есть около 1,2 процента, а 98,5 процента атмосферы Марса состоят из азота. Однако все эти рассуждения гипотетичны и основаны не на непосредственном определении содержания азота (которое пока еще невозможно), а на полном переносе на Марс земных условий.

В то же время инертные газы распространены в космосе довольно широко. По этому поводу Браун пишет: «Было бы удивительным с точки зрения физики ядра, если бы редкие газы встречались гораздо реже, чем другие элементы, стоящие с ними рядом в периодической системе». Почему, например, аргон должен быть распространен в космосе меньше, чем кальций, натрий, хлор, алюминий, никель? Что же касается криптона и ксенона, то их содержание в космосе было высчитано Брауном из предпосылки, будто распространенность их примерно такова же, что и на Земле. Это предположение кажется нам недостаточно обоснованным хотя бы потому, что инертные газы имеют наиболее устойчивые конфигурации электронных оболочек, к типу которых стремятся другие элементы путем отрыва или присоединения внешних электронов. Уже только это соображение дает возможность предположить значительное распространение инертных газов в космосе.

Мы не знаем источника происхождения космических инертных газов, исключая гелий и отчасти неон. Произошли ли наиболее тяжелые инертные газы в результате радиоактивного распада или же, наоборот, ядерного синтеза, пока не установлено. Известные нам процессы радиоактивного распада, по-видимому, не могут обеспечить всего количества тяжелых инертных газов, имеющихся в космосе. Каким же может быть источник, создавший аргоно-криптоно-ксеноновую атмосферу на Марсе? Возможны две предпосылки: либо эти газы присутствовали в атмосфере Марса с самого начала, либо они образовались на самой планете впоследствии.

Но мы знаем очень мало процессов, приводящих в конечном итоге к образованию стойких изотопов криптона и ксенона. С другой стороны, имеются некоторые соображения в пользу первичного происхождения такой атмосферы из тяжелых инертных газов. Так,' по взглядам некоторых космогони-стов, Марс и Луна имеют несколько иное происхождение, чем Земля, Венера и Меркурий. Советский космогонист профессор Б. Ю. Левин отмечает огромный дефицит на Земле тяжелых инертных газов по сравнению с их космическим изобилием. Он также отмечает исключительность положения Марса, который мог недополучить часть твердых веществ из-за соседства с массивным Юпитером. Но, может быть, в силу этого обстоятельства Марс смог удержать тяжелые инертные газы, чего не смогла сделать Земля?

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА
ПРЕДПОЛАГАЕМОЙ КРИПТОНО-КСЕНОНОВОЙ
АТМОСФЕРЫ МАРСА

Предположим, что атмосфера Марса состоит в основном из смеси криптона с ксеноном (с преобладанием первого) и примесью относительно небольших количеств аргона, азота, кислорода и углекислого газа. Такая атмосфера обладала бы удивительными особенностями, полное представление о которых сможет дать лишь труд многих специалистов. Все же попробуем представить себе наиболее любопытные свойства такой атмосферы и попытаемся усмотреть, нет ли в них причин некоторых уже известных из наблюдений загадочных особенностей атмосферы красной планеты.

Прежде всего — вопрос плотности. Такая атмосфера в земных условиях была бы, по крайней мере, вдвое-втрое плотнее нашей земной. Но учитывая силу тяжести на Марсе, плотность такой атмосферы в условиях Марса, вероятно, не очень отличалась бы от имеющейся на Земле. Поэтому режим дыхания марсианина был бы близок к режиму землянина.

Высота так называемой однородной атмосферы Земли (то есть атмосферы, сжатой до равномерной плотности, соответствующей плотности у поверхности Земли) около восьми километров. Для нашей гипотетической тяжелой атмосферы эта высота в условиях Земли была бы менее четырех километров, но меньшая сила тяжести на Марсе подняла бы ее там на высоту, почти не уступающую земной. Вот почему белые облака на Марсе встречаются на высоте 10—30 километров, примерно так же, как и на Земле. Интересно, что такие облака в основном связаны с «морями» Марса и областями вблизи них.

Следовательно, распространенность атмосферы Марса, во всяком случае нижних слоев ее (тропосферы), приблизительно такая же, что и для Земли*. Существование белых облаков на высотах в среднем около 20 километров очень трудно вяжется с принятым мнением, что атмосфера Марса крайне разрежена и у поверхности планеты соответствует плотности земной атмосферы приблизительно на высоте 20 километров. Если это так, то существование белых облаков на Марсе при такой разреженности и пониженной силе тяжести на двадцатикилометровой высоте представляется странным.

К нашему мнению о том, что атмосфера Марса в ее нижних областях должна иметь значительную плотность, приводят и некоторые другие факты, в первую очередь сильное распространение пылевых бурь в ней и долгое оседание пыли.

* К заключению, что плотность атмосферы Марса близка к земной, недавно пришел также советский астроном Н. А. Козырев («Известия». 1962, 12 апреля).

С пылевыми бурями связаны так называемые желтые облака, располагающиеся чаще всего на высоте 3—5 километров. При разреженной атмосфере длительное оседание пыли после пылевых бурь было бы весьма странным явлением, особенно если учесть, что желтые облака могут оставаться над одной и той же довольно ограниченной областью планеты в течение нескольких недель! Такое медленное оседание пыли при разреженной атмосфере, даже с учетом меньшей силы тяжести, плохо объяснимо. Но если в атмосфере Марса преобладают тяжелые газы, то все становится понятным. Атмосферные потоки » течения, с одной стороны, будут возникать несколько труднее, но, с другой стороны, придя в движение, они будут обладать гораздо большей энергией и смогут захватить более крупные частицы и в значительных количествах. В такой плотной атмосфере оседание частиц пыли в наиболее близких к поверхности слоях будет медленным.

Зависимость убывания плотности нашей гипотетической атмосферы с высотой будет весьма существенно отличаться от земной своей крутизной. Косвенным доказательством этого служит тот факт, что толща атмосферы Марса, определенная оптическими способами, составляет около одной трети земной, в то время как высота тропосферы Марса существенно не отличается от земной тропосферы. При этом наблюдается так называемый эффект Райта: различие диаметров планеты, сфотографированной в разных лучах. Этот эффект не может быть объяснен при существовании очень разреженной атмосферы. Надо учесть, что разница в плотностях главных составных частей земной атмосферы (азота и кислорода) сравнительно невелика: плотность азота относится к плотности кислорода, как 0,97 к 1,10. Поэтому, как показали исследования последних лет, земная атмосфера однородна и не обладает стратификацией почти до самых больших высот.

Иначе обстоит дело с нашей гипотетической атмосферой, плотности важнейших компонентов которой (кислород, аргон, криптон, ксенон) относятся соответственно, как 1,10 к 1,38; 1,10 к 2,86; 1,10 к 4,49 (по отношению к воздуху). При больших разностях в плотностях компонентов, в силу естественной диффузии, более мощной, чем на Земле (меньшая сила тяжести!), самые плотные газы скопятся во впадинах поверхности Марса, в его «морях», а верхние части марсианской атмосферы будут обогащаться более легкими газами. Однако близость потенциалов ионизации криптона и ксенона к потенциалу ионизации кислорода (у ксенона он даже меньше) будет затруднять процессы ионизации кислорода, те процессы, которые способствуют убеганию его из атмосферы Марса. Вот почему в условиях криптоно-ксеноновой атмосферы кислород будет оставаться в нижних ее слоях.

Мы предположили, что глубина впадин Марса может достигать 20 километров. На дне их, даже при глубине всего лишь в несколько километров, можно ожидать атмосферу с плотностью, близкой к плотности земной в горных областях Земли, где некогда с успехом процветали некоторые цивилизации (например, цивилизация инков на высоких плоскогорьях южноамериканских Анд). Толщину наиболее плотного слоя атмосферы Марса трудно предугадать, но, исходя из данных о высоте желтых пылевых облаков, располагающихся в 3—5 километрах от поверхности, она, скорее всего, не более 1—3 километров.

Следующая сторона вопроса — термические свойства тяжелых инертных газов. В этом отношении свойства криптоно-ксеноновой смеси поистине удивительны. Так как эти газы обладают низкими теплопроводностью и теплоемкостью (теплопроводность криптона составляет всего лишь 32 процента, а ксенона даже 21 процент от теплопроводности воздуха, а теплоемкости соответственно в 4 и 6 раз меньше!), то тело, нагреваемое в такой атмосфере, приобретает более высокую температуру, чем при нагревании в воздухе или даже в аргоне. На этом свойстве основано применение криптоно-ксеноновой смеси для наполнения ламп накаливания. Иногда неправильно понимают назначение этой смеси, считая, что эффект заключается только в повышении срока службы электроламп. Но В. Г. Фастовский четко указывает, что свойства криптона и ксенона позволяют при одной и той же затрате энергии повысить температуру накала нити за счет уменьшения тепловых потерь, обусловленных высокой теплопроводностью у других наполнителей электроламп (азота и даже аргона).

Такая особенность допускает, кроме того, выпуск электроламп в колбах значительно меньшего объема. Из этих свойств криптона и ксенона, если они преобладают в атмосфере Марса, следует, что можно ожидать ненормально высоких температур на его поверхности. Существующие температурные условия на Марсе действительно очень странны и трудно объяснимы без принятия нашей гипотезы. Если средняя вычисленная температура Земли плюс 4 градуса, а фактическая плюс 14 градусов, то для Марса средняя температура лежит между минус 30 и минус 50 градусами, но для самых теплых областей («морей») она повышается вплоть до плюс 20—30 градусов. Более того, иногда в некоторых местах наблюдались температуры плюс 47 и даже плюс 70 градусов, как на поверхности жарких пустынь Земли! Распределение температур на поверхности Марса тоже любопытно, ибо южное полушарие, богатое «морями», в то же время и более теплое. При этом разность температур по отношению к светлым областям достигает десятков градусов.

Надо учесть и такой факт, что значительное содержание углекислого газа в атмосфере Марса должно способствовать повышению температуры его поверхности и атмосферы. Происходит это потому, что углекислый газ задерживает тепловое излучение и этим самым уменьшает потери тепла. Так, Ландон указывает, что увеличение количества углекислого газа в атмосфере Земли вдвое повысило бы среднюю температуру на нашей планете на 3,6 градуса Цельсия. Как известно, содержание этого газа в земной атмосфере составляет всего лишь 0,03%. По данным же Гранжана и Гуди, в атмосфере Марса углекислого газа содержится в 13 раз больше. Такое повышенное содержание углекислого газа с избытком компенсирует прозрачность инертных газов к тепловым излучениям планеты, которые ими не задерживаются.

Атмосфера из тяжелых инертных газов приводит также к выводу, что и зависимость падения температуры по высоте в атмосфере Марса будет очень крутой. Этим и объясняются сравнительно высокие температуры у самой поверхности планеты и более низкие температуры в верхних слоях, ниже, чем для земной атмосферы. И общая температура будет также ниже земной. В этом отношении Марс несколько напоминает криптоновую электролампу накаливания с ее очень малым объемом колбы, очень высокой температурой нити накала и сравнительно небольшой температурой стекла колбы. В согласии с этой гипотезой находится также и тот факт, что на Марсе не обнаруживается непрерывное понижение температуры в течение ночи, как это предполагается в теории.

Термические особенности тяжелых инертных газов способствуют тому, что любые взрывы в такой атмосфере будут обладать очень большой яркостью. И любопытно, на Марсе неоднократно наблюдались яркие загадочные вспышки, не находящие объяснения. Если предположить там криптоно-ксеноновую атмосферу, то эта загадка получает простое объяснение: вспышки эти не что иное, как быстро сгоревшие метеориты, для которых даже тонкая криптоно-ксеноновая атмосфера — непробиваемая броня. Эта особенность приводит также к заключению, что самоторможение межпланетных ракетных кораблей в нижних слоях атмосферы Марса должно быть значительным и очень опасным.

В заключение хочется сказать еще несколько слов об одной особенности этих газов. Она заключается в том, что криптон и ксенон обладают высокой растворимостью в воде и способностью давать с ней при низких температурах, несмотря на свою химическую инертность, малостойкие твердые соединения — криогидраты. Эта особенность повышается с увеличением атомного веса и резче всего выступает у ксенона. Поэтому наиболее устойчивы криогидраты криптона и ксенона. При очень низких температурах на полюсах Марса (до минус 100 градусов) можно ожидать образования не только чистого льда, но в криогидратов, свойства которых очень мало изучены. Возможно, что их существование стоит в связи с некоторыми плохо объясняемыми особенностями полярных шапок Марса и его белых облаков.

НЕМНОГО ЧИСТОЙ ФАНТАСТИКИ

Если на Марсе действительно существуют или ранее существовали разумные существа, создавшие высокую цивилизацию и построившие, как предполагает советский ученый профессор И. С. Шкловский, искусственные спутники Марса — Фобос и Деймос, то для них единственным выходом поддержать свою жизнь в современных тяжелых климатических условиях Марса было бы создание искусственной атмосферы из тяжелых инертных газов. Такая атмосфера была бы неплохой броней против межпланетного холода, наступающего на планету, и против метеоритной бомбардировки, столь возможной из-за опасного соседства кольца астероидов. Она также мешала бы убеганию кислорода, существование которого в нижних слоях атмосферы Марса поддерживалось бы фотосинтезом специально выведенных для этого растений-однодневок, усиленно выделяющих кислород. Питание же этих растений влагой и углекислым газом, может быть, происходило через сеть естественных и искусственных трещин — каналов, по которым подаются влага от полюсов и углекислый газ из недр планеты.

Цивилизация, создавшая такие огромные искусственные спутники, по нашему мнению, способна была бы также создать и поддерживать искусственную криптоно-ксеноновую атмосферу. Каким способом могли быть получены эти газы, трудно предугадать. Быть может, они были получены за счет направленного распада рубидия и цезия, извлекавшихся специально выведенными для этого растениями или бактериями (для земных растений известны факты накопления рубидия). Или же применялись какие-то методы ядерного синтеза, процесса, еще нам недоступного в полном его объеме,— все это пока лишь фантастическая гипотеза, на основе которой можно написать научно-фантастический роман или повесть. Будем надеяться, что наши писатели-фантасты не обойдут своим Бниманием и такую тему.

Н. Жиров


 
Рейтинг@Mail.ru
один уровень назад на два уровня назад на первую страницу