Кирилл Кондратьев - «Викинги» на Марсе

Полосы имеют значительно менее регулярно топографическую конфигурацию, чем земные дюны. Между полосами видна расположенная под слоем мелкозернистого материала скальная порода. По крайней мере в двух местах заметна стратификация полос, указывающая на большую вероятность того, что они образованы процессом дефляции, а не осаждения частиц. Возможно, что полосы появились в результате осаждения частиц в период пыльной бури, а затем подвергались влиянию дефляции. Не исключена, однако, и вероятность того, что они являются древними (это согласуется с выводом об очень медленной эрозии на Марсе) или появились в результате сдувания частиц толстого (порядка нескольких метров) слоя мелкодисперсного материала, покрывавшего всю поверхность рассматриваемого района. Поскольку в апреле 1977 г. ожидается очередная глобальная пыльная буря, наблюдения в этот период должны иметь важное значение для выявления природы полос.

Для мелких частиц, составляющих полосы, характерно сильное сцепление (до 10 4дин/см 2), что должно оказывать значительное влияние на процесс ветровой эрозии. В связи с этим наиболее легко перемещаемыми должны быть частицы размером 100–200 мкм. Поскольку в полосах доминируют частицы 10–100 мкм, при отсутствии переноса частиц с других участков планеты поверхность в рассматриваемом районе должна быть очень устойчивой даже во время пыльных бурь. Одной из причин отсутствия частиц больше 100 мкм мог быть их перенос в другой район. Другой возможной причиной является разрушение частиц при столкновении.

Изучение процессов переноса и сдувания частиц на поверхности Марса имеет важное значение в связи с решением проблемы происхождения глобальных пыльных бурь [8, 9]. За последние несколько десятилетий глобальные пыльные бури на Марсе возникали в 1956 и 1971 гг. как направленные к востоку вторжения пылевых облаков из зоны утреннего терминатора в области Noachis—Hellas .

В работе [110] высказаны соображения о совокупности условий, которые могут благоприятствовать возникновению пыльных бурь во время прохождения Марсом района перигелия его орбиты.

Исследования эффективности ветровой эрозии привели к выводу, что с точки зрения учета этого фактора наиболее благоприятные условия возникают в зонах высокой плотности воздуха (таких, как наиболее низко расположенные участки области Hellas или северная полярная шапка) в ночное время суток зимой. Если проанализировать влияние состояния устойчивости атмосферы, то оказывается, что дестабилизирующее воздействие пограничного слоя, обусловленное нагреванием поверхности за счет поглощения солнечной радиации, в 2–2,5 раза более эффективно как фактор переноса к поверхности горизонтального компонента количества движения, обусловленного ветром свободной атмосферы, чем перемешивание, связанное с адиабатическими условиями.

Поскольку ночью преобладает устойчивость атмосферы, следует предположить, что наиболее благоприятные условия подъема частиц в воздух осуществляются ранним утром на обращенных к солнцу склонах при ясном небе. Вместе с тем в этот период возникают сильные склоновые ветры, направленные вверх по склону, которые обусловлены температурными контрастами подстилающей поверхности. Наблюдения показали, однако, что первоначальное облако пыльной бури перемещается вниз по склону. На этом основании можно предположить, что первоначальные условия, обеспечивающие триггерный механизм формирования пыльной бури, связаны с наличием гравитационного потока вниз по склону, который аналогичен земной боре. Если применить земные аналоги, то можно исходить из того, что достаточно интенсивным источником холодного воздушного потока является струя полярного воздуха.

Как показал Конрат [30], существенное влияние как фактор, стимулирующий начало глобальной пыльной бури, может оказывать эффект взаимодействия атмосферных приливов и топографии марсианской поверхности. Подобный вывод основан на том, что восстановление поля температуры в марсианской атмосфере по данным измерений уходящего теплового излучения при помощи установленного на АМС «Маринер-9» инфракрасного интерференционного спектрометра (ИКИС) привело к выводу, что в период глобальной пыльной бури 1971–72 гг. отчетливо наблюдались орографически обусловленные возмущения поля температуры, налагающиеся на сильный суточный тепловой прилив.

Так, например, атмосфера теплее над понижениями рельефа и холоднее над горами в утреннее время, а в поздние послеполуденные часы ситуация изменяется на обратную. Эти возмущения возникают в результате обусловленных влиянием топографии дополнительных приливных мод, которые не следуют за Солнцем, являясь результатом кинематического взаимодействия распространяющейся на запад солнечной суточной волны с крупномасштабными особенностями рельефа.

Конрат [30] сделал расчеты в приближении возмущений первого порядка, которые показывают, что орографическая долготная компонента с волновым числом, равным 2, представляет собой сильный источник возмущения. Особенно сильно возбуждается ею мода θ 1 1, -1, которая соответствует перемещающейся на восток волне с волновым числом 1 в слое толщиной порядка высоты однородной атмосферы. Фазовая скорость этой волны равна по величине, но противоположна по направлению солнечно обусловленной скорости. В приближении, учитывающем лишь возмущения первого порядка, модуляция тепловых солнечных приливных волн крупномасштабной орографией проявляется в возбуждении волн с долготными волновыми числами, равными сумме или разности волнового числа нулевого порядка и орографического волнового числа. Фазовые скорости этих волн отличаются от скорости солнечно обусловленных приливных волн.

Хорошее согласие расчетных и наблюденных возмущений поля температуры свидетельствует о надежности идентификации основных приливных мод. Полученные результаты соответствуют также сделанному ранее Зуреком [113] выводу о том, что мода θ 1 1, -1должна оказываться сильно возбужденной. Оценки приливных компонентов полей ветра вблизи марсианской поверхности выявили существенный вклад топографически обусловленных мод низких широт. Вблизи 30° ю. ш., где имеют место наиболее сильные ветры, амплитуда изменяющегося в течение суток зонального ветра возрастает в некоторых районах до 40 м/с.

Хотя грубость модели определяет предварительность рассмотренных количественных результатов, они несомненно свидетельствуют о возможности обусловленного крупномасштабной топографией усиления ветра, которое может в некоторых районах вносить существенный вклад в инжекцию пыли в атмосферу в периоды пыльных бурь.

Расчеты Конрата [30] обнаружили также наличие орографически обусловленных мод, распространяющихся в вертикальном направлении. Эти моды не оказывают сколько-нибудь значительного влияния на поля температуры и ветра в нижних слоях атмосферы, но приводят к появлению сильного потока энергии вверх от поверхности. Подобные моды являются, таким образом, возможным источником энергии для верхней атмосферы в период пыльной бури. Однако для количественной оценки распространения энергии в верхнюю атмосферу необходимо более детальное моделирование атмосферы, чем рассмотренное выше.