Карл Саган - Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

Как ни странно, некоторые самые интересные намеки на природу таких климатических изменений можно увидеть в исследованиях совсем не Земли, а Марса. «Маринер-9» вышел на орбиту Марса 14 ноября 1971 г. Его научная миссия длилась полный земной год, и он сделал 7200 фотографий планеты от одного полюса до другого, а также запечатлел десятки тысяч спектров и собрал другую научную информацию. Как мы уже знаем, когда «Маринер-9» прибыл на Марс, на поверхности практически ничего не было видно, потому что планета переживала глобальную пылевую бурю. Сразу обнаружилось, что во время пылевой бури температура атмосферы повысилась, а температура поверхности снизилась, и это простое наблюдение дает нам наглядный пример охлаждения планеты при попадании большого количества пыли в атмосферу. В вычислениях, сделанных впоследствии, использовались одинаковые законы физики и для Земли, и для Марса, и обе планеты рассматривались как два разных примера общей проблемы воздействия на климат попадания большого количества пыли в атмосферу планеты.

«Маринер-9» сделал еще одно совершенно неожиданное климатическое открытие – многочисленные извилистые каналы с притоками, покрывающие экватор и средние широты Марса. Во всех местах, которые были обследованы, каналы расположены в должном направлении – сверху вниз. Некоторые из них ветвятся и имеют песчаные отмели, обрывистые берега, обтекаемой формы внутренние «островки» и другие характерные морфологические признаки долин земных рек.

Но марсианские каналы нельзя однозначно интерпретировать как сухие русла рек или ручьев, поскольку вода в жидком виде не может существовать на Марсе в наши дни. Просто давление слишком низкое. Углекислый газ на Земле имеет и твердую, и газообразную форму, но не жидкую (кроме как в резервуарах-хранилищах под высоким давлением). Вот и вода на Марсе может существовать в твердом состоянии (лед или снег) или в виде пара, но не как жидкость. По этой причине некоторые геологи не хотят принимать теорию, что когда-то каналы были наполнены проточной водой. И все же они представляют собой точную копию земных рек, и по крайней мере многие из них имеют форму, не соответствующую другим возможным структурам, таким как разрушенные борозды, проторенные лавой, – то, чем могут оказаться извилистые долины на Луне.

Более того, к марсианскому экватору таких каналов становится больше. Как известно, единственное место на планете Марс, где средняя дневная температура выше температуры замерзания воды, – это область экватора. И только эта жидкость в изобилии представлена в космосе и имеет низкую вязкость и температуру замерзания ниже марсианских экваториальных температур.

Если в таком случае каналы на Марсе были вымыты текущей водой, эта вода, по-видимому, текла в то время, когда окружающая среда на Марсе значительно отличалась от сегодняшней. В наше время на Марсе разреженная атмосфера, низкие температуры и нет воды в жидком состоянии. В прошлом, возможно, давление и температуры были выше и в изобилии присутствовала текущая вода. Такая окружающая среда более благоприятна для форм жизни, функционирующих на основе знакомых земных биохимических процессов, чем окружающая среда на Марсе сегодня.

В ходе тщательного исследования возможных причин таких значительных климатических изменений на Марсе был выделен механизм обратной связи, известный как адвективная [134] Адвекция – в метеорологии перемещение воздуха в горизонтальном направлении и перенос вместе с ним его свойств: температуры, влажности и др. В этом смысле говорят, например, об адвекции тепла и холода. – Прим. ред. нестабильность. Атмосфера Марса состоит преимущественно из углекислого газа. По крайней мере в одной полярной шапке содержится большое количество замерзшего СО2. Давление СО2 в марсианской атмосфере приблизительно равно давлению СО2, ожидаемому в равновесии с замерзшим углекислым газом при температуре холодного марсианского полюса. Эта ситуация весьма схожа с давлением в лабораторной вакуумной системе, которое определяется температурой погружного охлаждающего термостата в системе. В настоящее время марсианская атмосфера настолько разрежена, что горячий воздух, поднимающийся с экватора и оседающий на полюсах, играет очень незначительную роль в нагревании высоких широт. Но давайте представим, что температура в полярных областях каким-то образом слегка повышается. Общее атмосферное давление увеличивается, эффективность передачи тепла посредством адвекции от экватора к полюсам также увеличивается, полярные температуры увеличиваются еще больше, и мы видим возможность резкого возрастания температуры. Таким же образом снижение температуры по какой-либо причине может вызвать резкое ее понижение. Разобраться в физической природе марсианской ситуации проще, чем в похожем случае на Земле, потому что на Земле главные компоненты атмосферы – кислород и азот – не находятся в замерзшем состоянии на полюсах.

Чтобы давление на Марсе значительно увеличилось, количество тепла, поглощенного в полярных областях планеты, должно увеличиваться на 15–20 % по крайней мере в течение столетия. Были определены три возможных источника изменения уровня нагревания полярной шапки, и они, что примечательно, очень похожи на три известные модели изменения климата Земли, которые обсуждались выше. Во-первых, играют роль изменения наклона оси вращения Марса по отношению к Солнцу. Эти изменения гораздо более впечатляющие, чем на Земле, потому что Марс находится ближе к Юпитеру, самой огромной планете в Солнечной системе, и на него действует мощное гравитационное поле Юпитера. Поэтому колебания глобального давления и температуры происходят в течение сотни тысяч – миллиона лет.

Во-вторых, значительные климатические изменения может вызывать изменение альбедо полярных областей. Мы уже можем наблюдать песчаные и пыльные бури на Марсе, из-за которых полярные шапки темнеют и светлеют по сезонам. Было выдвинуто одно предположение, что климат Марса мог быть более благоприятным, если бы можно было вырастить морозоустойчивые виды полярных растений, которые бы понизили альбедо марсианских полярных областей.

И наконец, существует вероятность изменения яркости Солнца. Некоторые из каналов на Марсе имеют кратеры от падения метеоритов, и приблизительное определение возраста каналов по частоте падения метеоритов из межпланетного пространства показывает, что некоторым из них около миллиарда лет. Это напоминает последнюю эпоху высоких среднегодовых температур на планете Земля и увеличивает вероятность синхронных значительных изменений климата на Земле и Марсе.