Текст книги "Астрономия для "чайников""
Автор книги: Стивен П. Маран
сообщить о нарушении
Текущая страница: 10 (всего у книги 27 страниц)
Глава 6
Ближайшие соседи Земли: Меркурий, Венера и Марс
В этой главе…
Исследование поверхности, атмосферы и недр планет
Поиск и наблюдение Меркурия, Венеры и Марса
Чем отличается Земля от других планет земной группы
Соседние с Землей планеты земной группы – Меркурий, Венеру и Марс – легко обнаружить невооруженным глазом, а затем исследовать с помощью телескопа. Эти небесные объекты, вызывающие к себе жгучий интерес, открывают только небольшую часть своих тайн, если наблюдать их с Земли. Поэтому большая часть знаний об их физических характеристиках, геологических структурах и вероятной истории, которыми сегодня располагают ученые, основана на изображениях и измерениях, отправленных на Землю межпланетными космическими аппаратами.
К Меркурию был отправлен только один космический аппарат, который пролетел мимо него три раза. К Венере летали несколько космических аппаратов, которые облетели вокруг нее и даже осуществили посадку. К Марсу отправляли большое количество космических аппаратов, спускаемых аппаратов и автоматических транспортных средств ("роверов" или мар-соходов); как правило, их отправляли каждые два года. За счет этого удалось составить очень подробные карты Венеры и Марса, чего нельзя сказать о Меркурии: большие участки его поверхности до сих пор никто не видел.
Меркурий – металлическая планетаНесмотря на то, что космический аппарат Mariner-10 в 1973 и 1974 годах пролетел мимо Меркурия три раза, удалось картографировать меньше половины его поверхности. Остальная часть либо не попала в «поле зрения» Mariner-10, либо была темной во время его приближения. Чтобы возместить этот недостаток информации, NASA планирует в 2004 году отправить к Меркурию новый космический аппарат.
Вы тоже можете следить за процессом разработки и запуска этого космического аппарата, получившего название MESSENGER (сокращение от слов Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging – Поверхность, космическое пространство, геохимия и телеметрия Меркурия), на сайте http://messenger.jhuapl.edu. Здесь можно увидеть также изображения Меркурия, сделанные космическим аппаратом Mariner-10.
Имеющиеся на данный момент знания о Меркурии получены, в основном, с помощью космического аппарата Mariner-10 и радиолокационных наблюдений с Земли, когда в направлении Меркурия передают импульсы радиоволн, а затем изучают их отражение. Поверхность Меркурия, испещренная ударными кратерами, подобна поверхности Луны. Но только на Меркурии есть длинные извилистые горные хребты, пересекающие ударные кратеры и другие геологические структуры. Вероятно, они образовались в результате сжатия коры планеты, когда она остывала после пребывания в расплавленном состоянии. Кроме того, на Меркурии меньше малых кратеров, чем на Луне, по отношению к количеству больших кратеров. Нужно отметить, что у Меркурия нет своего спутника (по крайней мере, он не обнаружен).
На Меркурии, как и на Луне, есть сильно испещренные кратерами возвышенности (или материки). Но, в отличие от Луны, возвышенности Меркурия плавно переходят в равнины. Низменности Меркурия также представляют собой плоские равнины.
Самым крупным следом столкновений Меркурия с другими небесными телами считается бассейн Калорис. Он не полностью картографирован, потому что во время приближения к нему космического аппарата Mariner-10 большая его часть была темной. По оценкам астрономов, ширина этого бассейна составляет примерно 1340 км, что делает его одним из самых крупных в Солнечной системе. Ударные бассейны – это огромные кратеры, подобные тем заполненным лавой структурам на Луне, которые называются морями. На месте, диаметрально противоположном бассейну Калорис (с другой стороны Меркурия), находится странный район разрушенных холмов и долин. Видимо, столкновение, породившее бассейн Калорис, вызвало появление мощных сейсмических волн, которые прошли сквозь тело Меркурия и создали на противоположной его стороне картину катастрофических разрушений.
Плотность Меркурия в 5,4 раза больше плотности воды. Причина такой высокой плотности в том, что у Меркурия огромное железное ядро, которое составляет значительную часть планеты. Толщина внешнего по отношению к ядру слоя – мантии – составляет не больше 610 км. Наличие глобального магнитного поля Меркурия, обнаруженного космическим аппаратом Mariner-10, по мнению многих специалистов, говорит о том, что наружная часть ядра все еще находится в расплавленном состоянии. В то же время простые подсчеты показывают: к настоящему времени ядро должно было достаточно остыть для того, чтобы затвердеть.
На Меркурии есть слабые следы атмосферы, но они слишком незначительны; с этой точки зрения он похож на Луну. Из-за отсутствия атмосферы на поверхности Меркурия наблюдаются очень резкие перепады температур – от -183 °C ночью до +440 °C днем. Возле северного и южного полюсов Меркурия с помощью радара были обнаружены области с высоким коэффициентом отражения. Это может означать наличие на полюсах больших ледовых шапок, находящихся в глубоких кратерах, дно которых никогда не освещается Солнцем. О том, верно ли такое предположение, ученые надеются узнать с помощью космического аппарата MESSENGER.
Венера: не слишком приятное место для жизни и визитаНа Венере никогда не бывает ясных дней, потому что она постоянно покрыта толстым (15-километровым) слоем облаков из концентрированной серной кислоты. И здесь нет никакого спасения от жары. Венера – самая горячая планета в Солнечной системе; температура на ее поверхности, достигающая +464 °C, остается практически постоянной от экватора до полюсов, днем и ночью.
Но страшная жара – это еще не все. Атмосферное давление на Венере в 93 раза выше земного! На Венере нет воды, поэтому вы можете жаловаться на жару, но никак не на влажность, – атмосфера здесь горячая и сухая, как в пустыне. Погода на Венере тоже не радует: на всей территории планеты постоянно льют дожди из серной кислоты. Утешает только одно: этот дождь испаряется еще до того, как достигает поверхности.
Почти все прекрасные изображения поверхности Венеры, которые можно найти на Web-сайтах NASA (а также на других сайтах), – увы, не фотографии. Это подробные карты, составленные с помощью радиолокационных приборов космического аппарата Magellan. Существует очень мало фотографий поверхности Венеры, поскольку ее полностью скрывает плотный слой облаков. Поэтому поверхность Венеры нельзя рассмотреть в телескоп с Земли и сфотографировать с искусственного спутника, движущегося по орбите вокруг нее. Верхний слой облаков находится на высоте примерно 65 км, т. е. намного ниже той высоты, на которой может находиться спутник.
Карты Венеры, полученные с помощью радиолокационных приборов искусственного спутника, изображения ее поверхности, сделанные с помощью спускаемых аппаратов, а также изображения других объектов Солнечной системы, можно посмотреть на Web-сайте Views of the Solar System (Виды Солнечной системы) по адресу www.solarviews.com/eng/homepage.htm(щелкните на элементе Venus, а потом – на Venus Photo/Animation Gallery).
С помощью спускаемых аппаратов советских автоматических межпланетных станций (АМС) "Венера-13" и "Венера-14" в 1982 году были получены цветные панорамы поверхности планеты. А в 1983 году с помощью АМС "Венера-15" и "Венера-16" удалось осуществить радиолокационное картографирование поверхности северного полушария. Впервые были получены радиолокационные изображения северной приполярной области Венеры. На изображениях видны кратеры, возвышенности, крупные разломы, горные хребты и детали рельефа размером 1–2 км.
На поверхности Венеры все кажется оранжево-коричневым из-за толстого слоя облаков, фильтрующего солнечные лучи. Большая часть поверхности Венеры (около 85 %) – это плоские равнины и вулканические низменности с бороздами (извилистые каньоны, оставленные потоками лавы). На этой территории находится самая длинная (из известных в настоящее время) борозда в Солнечной системе – Балтийская долина, которая протянулась по поверхности Венеры почти на 6800 км. На Венере есть также испещренные кратерами возвышенности и деформированные плоскогорья.
На Венере не так много кратеров, как можно было ожидать, исходя из их количества на Луне (кстати, насколько известно, у Венеры нет собственного спутника) и на Меркурии. Нет также и малых кратеров. Больших кратеров тоже не так много, потому что поверхность Венеры была затоплена лавой или полностью "обновлена" вулканическими процессами (о которых мы говорили в главе 5), после того как ее бомбардировка ударными объектами практически закончилась. Это затопление или обновление практически полностью стерло следы всех (или почти всех) прежних кратеров. И со времени уничтожения следов старых кратеров Венера испытала всего несколько ударов крупных небесных объектов, а мелкие объекты не могут создать много кратеров на Венере. Причина в том, что объекты, способные создать кратеры диаметром до 3 км, задерживаются и уничтожаются аэродинамическими силами в толстом слое венерианской атмосферы.
На Венере обнаружены огромные вулканы и горные хребты, но ничего похожего на горы Земли, порожденные движением плит. На Венере нет вулканических цепей (таких как "тихоокеанское огненное кольцо"), возникающих по краям плит. На Венере нет тектоники плит и дрейфа континентов, как на Земле.
Марс – планера загадок Для Марса были составлены очень точные топографические карты. Новейшую карту всей планеты можно найти на Web-сайте NASA ( ltpwww.gsfc.nasa.gov/tharsis/global_paper.html). Поскольку карты топографические, на них отражены высоты форм рельефа. Они сделаны с помощью лазерного альтиметра (высотомера), установленного на искусственном спутнике Mars Global Surveyor (MGS), вращающемся по орбите вокруг Марса. На борту MGS установлен фотоаппарат, и самые последние сделанные им фотографии можно посмотреть на сайте Malin Space Systems ( www.msss.com) – компании, разработавшей этот фотоаппарат и осуществляющей управление им.
Топографическая карта Марса показывает, что большая часть северного полушария расположена намного ниже, чем территория южного полушария. Вполне возможно, что эти огромные северные низменности – бывшее дно древнего моря. Но даже если это не так, существуют убедительные доказательства того, что когда-то на Марсе была вода в жидком состоянии.
В настоящее время поверхность Марса холодная и сухая, а на полюсах есть большие шапки льда. По некоторым оценкам, этого льда достаточно для того, чтобы, в случае их таяния, всю планету затопило море глубиной примерно 30 м. Но этот лед не растает, потому что на Марсе слишком холодно. Атмосфера состоит в основном из углекислого газа, а зимой часть этого газа замерзает на поверхности планеты, оставляя тонкие слои сухого льда. На том полюсе, где зима, тонкий слой сухого льда часто покрывает шапку льда из замерзшей воды. Сухие русла рек с островами обтекаемой формы, и галька, которая выглядит так, как будто ее обточили водяные потоки, – вот всего несколько свидетельств в пользу того, что в прошлом на Марсе существовала вода в жидком состоянии. Изображения гальки были получены с помощью космического аппарата Mars Pathfinder (которые совершил посадку на Марс в 1997 году) и его автоматического транспортного средства, первого марсохода Sojourner.
Магнитометр, установленный на MGS, обнаружил длинные параллельные полосы противоположно направленных магнитных полей, "застывших" в каменистой коре Марса. В настоящее время у Марса нет глобального магнитного поля, но данное открытие может означать, что когда-то у него было такое поле и оно периодически меняло свое направление на противоположное, – точно так же, как магнитное поле Земли (см. главу 5). Это может также означать, что в коре Марса происходили процессы, аналогичные расширению океанского дна на Земле, которые и привели к возникновению подобного магнитного "узора". Но расплавленное железное ядро Марса должно было затвердеть очень давно, поэтому в настоящее время оно уже не генерирует магнитное поле и тепловой поток из глубин планеты к ее поверхности настолько незначителен, что сегодня на ней, вероятно, уже нет вулканических процессов.
Вулканические процессы, которые в давние времена происходили на Марсе, привели к возникновению гигантских вулканов, таких как Гора Олимп (Olympus Mons), имеющий ширину около 600 км и высоту около 24 км! Это значит, что он в пять раз шире и почти в три раза выше крупнейшего вулкана Земли, Мауна-Лоа. На Марсе также много каньонов; в их числе такой огромный каньон, как Долина Маринер, длина которого составляет примерно 4000 км. Есть и ударные кратеры. Они имеют более размытую форму, чем лунные, потому что подвергались более сильному воздействию эрозии, вероятно, за счет действия воды, когда-то вызывавшей сильные наводнения на Марсе.
У Марса только два естественных спутника – Фобос и Деймос. Но они очень малы и поэтому их нельзя увидеть в любительский телескоп.
Относительно Марса существует множество заблуждений. Есть также гипотезы, которые могут оказаться правильными, но они пока еще не доказаны. Эти гипотезы связаны с возможностью существования жизни на Марсе. Но большинство из них так же неправдоподобны, как анекдот об астронавте будущего, который вернулся с этой планеты. На вопрос корреспондента «Ну что, есть на Марсе жизнь?» он отвечает: «В течение недели – не особенно, но зато в субботу вечером…»
Удары по гипотезе о существовании жизни на Марсе
Открытие "каналов" на Марсе породило первые широко обсуждавшиеся гипотезы о возможности жизни на этой планете. Об этом говорили некоторые знаменитые астрономы конца XIX – начала XX века. От планетарной фотографии в то время было мало толку, поскольку выдержки были слишком большими, а изображения – размытыми по причине плохой видимости, обусловленной атмосферными явлениями (об этом говорилось в главе 3). Поэтому ученые считали, что зарисовки, сделанные астрономами-профессионалами, которые вели наблюдения с помощью телескопа, – это самые точные изображения Марса. На некоторых из этих карт были видны линии, протянувшиеся и пересекающие вдоль и поперек всю поверхность Марса. Американский астроном Персиваль Лоуэлл выдвинул гипотезу, что эти прямые линии – каналы, созданные древней цивилизацией для хранения и транспортировки воды во времена высыхания Марса. Он пришел к выводу, что в местах пересечений линий были оазисы.
Со временем гипотеза о "каналах" и другие свидетельства существования на Марсе жизни в прошлом или настоящем были опровергнуты.
Когда американский космический аппарат Mariner-4 в 1965 году достиг Марса, сделанные им фотографии показали отсутствие каналов, и это было подтверждено изображениями (сделанными с более высоким разрешением и для всей поверхности Марса), полученными последующими космическими аппаратами, отправленными на Марс. Таким образом, от этой гипотезы пришлось отказаться.
Два последующих зонда, Viking Landers, провели химические эксперименты на Марсе, чтобы получить свидетельства протекания биологических процессов, таких как фотосинтез. Сначала, когда к образцу почвы добавили воду, показалось, что найдены свидетельства биологической активности. Но большинство ученых, исследовавших этот вопрос, пришли к заключению, что просто произошла химическая реакция воды и почвы, и это вовсе не служит доказательством существования жизни. Это была опровергнутая гипотеза № 2.
Космические аппараты Viking Orbiter, двигаясь по орбите вокруг Марса, также отправляли на Землю изображения его поверхности. Они показали в одном месте поверхности форму, напоминающую человеческое лицо. И хотя очень многие естественные горные и каменные структуры на Земле напоминают профили знаменитых людей, по имени которых они и были названы, некоторые энтузиасты заявили, что «лицо на Марсе» – это некий памятник, воздвигнутый развитой цивилизацией. Но впоследствии более четкие изображения, полученные MGS, показали, что данная форма рельефа вообще не похожа на лицо. И это был третий удар по защитникам гипотезы о жизни на Марсе.
Но самое интересное, что, несмотря на эти три удара, сама гипотеза о существовании жизни на Марсе вовсе не опровергнута окончательно.
Ископаемое доказательство?
В 1996 году ученые проанализировали образцы метеорита, который, как они считают, является осколком Марса и был отколот от него в результате удара небольшого астероида или кометы. В ходе исследований они обнаружили химические соединения и мельчайшие минеральные структуры, которые они интерпретировали как побочные продукты химических реакций и, возможно, окаменелые остатки микроорганизмов древности. Эта работа очень противоречива, и большинство последующих исследований показали, что сделанные выводы были ложны. На основании имеющихся в настоящее время данных ученые не могут привести убедительные доказательства в пользу того, что в прошлом на Марсе существовала жизнь.
Единственное, что можно сделать, – это проводить на Марсе систематический поиск свидетельств существования жизни, в прошлом или настоящем, причем в тех районах, где это имеет смысл, т. е. там, где в прошлом, судя по всему, было много воды и где на дне древних озер или морей остались слои осадочных пород. Именно в таких местах находят большинство окаменелостей на Земле.
В 2003 году начался новый этап освоения Красной планеты. И это не случайно, потому что это год великого противостояния Марса: летом 2003 года он приблизился к Земле ближе всего за последние 60 тысяч лет.
Было запланировано несколько независимых программ изучения Марса – японская, европейская и американская. В ходе европейской программы 2 июня 2003 года с космодрома Байконур был осуществлен запуск космического аппарата Mars Express с помощью российской ракеты "Союз". В конце 2003 года Mars Express достиг окрестностей Марса, и от него успешно отделился спускаемый аппарат Beagle-2, разработанный в Великобритании. Планировалось, что Beagle-2 будет проводить исследования почвы и атмосферы Марса в течение полугода, a Mars Express останется на марсианской орбите и будет под держивать связь с Землей.
В ночь на 25 декабря 2003 года Beagle-2 вошел в атмосферу Марса и достиг поверхности планеты. Однако на связь космическая лаборатория так и не вышла. Европейские специалисты считают, что Beagle-2, скорее всего, разбился о поверхность Марса.
Итак, выяснилось, что аппарат Beagle-2 потерян. Но миссия Mars Express на этом не закончилась: установленная на его борту мощная стереокамера будет передавать на Землю цветные трехмерные изображения поверхности Марса с очень высоким разрешением. Затем на основании полученных данных будет проведено подробное и качественное картографирование всей поверхности Марса. Mars Express оснащен мощными и чувствительными приборами для дистанционного зондирования марсианской поверхности, в создании которых принимали участие российские ученые. С помощью этой аппаратуры ученые намереваются обнаружить под поверхностью планеты продукты жизнедеятельности, в частности, метан, который вырабатывается микроорганизмами.
Европейская межпланетная станция Mars Express передала на Землю первые высококачественные снимки поверхности Марса с высоким разрешением. На них отображена Долина Маринер, каньон длиной 4000 км и глубиной до 10 км. Насколько известно, это самый крупный каньон в Солнечной системе.
Первый японский космический аппарат Nozomi, предназначенный для работы на орбите Марса, был запущен 4 июля 1998 года со стартового комплекса космического центра Кагосима. Его главной целью было изучение магнитного поля и верхних слоев атмосферы Марса, их взаимодействия с солнечным ветром. Но проблемы начались вскоре после старта. Из-за технических сбоев на Nozomi стало заканчиваться топливо, что стало причиной изменения его маршрута, а в 2002 году электронная система аппарата была повреждена солнечным излучением. Вторая попытка направить станцию к Марсу была предпринята в 2003 году и оказалась успешной. Однако в полете был исчерпан почти весь запас топлива Nozomi. Неоднократные попытки запустить двигатели станции для коррекции траектории не принесли результата. Станция сбилась с курса из-за нарушений в программе полета и не сможет выйти на нужную орбиту. В декабре 2003 года в японском космическом агентстве JAXA признали, что японская экспедиция по исследованию Марса потерпела неудачу.
Американская программа исследований оказалась более успешной. 10 июня и 7 июля 2003 года с космодрома на мысе Канаверал NASA запустило два космических корабля с марсоходами Spirit и Opportunity на борту. В начале 2004 года оба американских марсохода осуществили посадку на Марс. Они сели на противоположных сторонах планеты: Spirit – в кратере Гусева, a Opportunity – в заливе Меридиана. По словам ученых, выбор места не случаен: существуют предположения, что кратер Гусева когда-то был дном огромного озера, а залив Меридиана – морским дном. По имеющимся данным, кратер Гусева и залив Меридиана – одни из самых перспективных районов для поиска воды в экваториальной области Марса, так как влажность грунта там составляет примерно 7 %.
Марсоходы Spirit и Opportunity – это шестиколесные аппараты, способные перемещаться по поверхности планеты со скоростью до 18 км/час. Их основные задачи – разведка местности, исследование марсианского грунта, сбор образцов различных минералов, анализ и передача научных данных на Землю. Ну и, конечно, главная задача – поиск воды. Для определения химического состава марсианского грунта используются спектрометры Мессбауэра российского производства, сделанные по заказу NASA и установленные на обоих марсоходах. Opportunity будет изучать территорию с залежами красного железняка, или гематита. Дело в том, что на Земле гематит обычно находят там, где происходило взаимодействие минералов с водой.
12 января 2004 года NASA распространило первую цветную панораму поверхности Марса разворотом в 360°, полученную с борта марсохода Spirit. Кроме того, Spirit обнаружил в образцах породы следы кристаллической соли. По мнению ученых, это может указывать на вулканическое происхождение камня, а также на то, что соль осталась после испарения соленой морской воды.
Марсоходы Spirit и Opportunity передали сведения о погоде на Марсе. По этим данным, погода на Красной планете не слишком благоприятна: днем – +20, ночью —125 °C. Причем перепад между дневной и ночной температурами происходит в считанные минуты. Американские ученые связывают это с тем, что марсианская атмосфера не может удерживать тепло. Кроме того, резкие изменения температуры приводят к частым пыльным бурям, во время которых скорость ветра достигает 100 м/с.
За последними новостями о миссии марсоходов Spirit и Opportunity можно следить на Web-сайте NASA по адресу http://marsrovers.jpl.nasa.gov/home/index.html.
В конце января 2004 года Европейское космическое агентство сообщило, что европейская космическая станция Mars Express нашла на южном полюсе планеты воду, вернее, лед. Ученые заявили, что открытие сделано с помощью спектрометра, анализирующего минеральный состав почвы. Но воды в жидком агрегатном состоянии или микроорганизмов пока не обнаружено. Поиск воды – главная цель всех трех аппаратов, занимающихся исследованием Марса. Ее наличие может означать, что в прошлом на планете существовала жизнь. Кроме того, марсианская вода позволит существенно сократить затраты на планирующуюся NASA межпланетную экспедицию.
Неудача проекта Beagle-2 не сломила ученых; в Европе уже начали обсуждать новый марсианский проект Beagle-З. Судя по всему, европейские ученые не опускают руки и готовы к новым экспедициям на Марс.
После успешной посадки марсоходов Spirit и Opportunity на поверхность Красной планеты президент США Джордж Буш сделал сенсационное заявление о предстоящей колонизации Марса, которая должна начаться в ближайшие 10–20 лет. По мнению российских ученых, эти сроки нереальны. Однако они считают, что в более отдаленном будущем (примерно через 200 лет) это вполне осуществимо.
А вот пилотируемые полеты на Марс возможны уже в ближайшие 10 лет. Российские ученые считают, что для успешного полета на Марс у них есть все, кроме государственного финансирования. Еще в Советском Союзе было разработано несколько проектов пилотируемой экспедиции на Марс. Спектрометры Мессбауэра, работающие сегодня на Spirit и Opportunity, были созданы в советское время. Для спуска марсоходов на поверхность Красной планеты американцы использовали метод, разработанный советскими учеными для спуска на Луну советских луноходов. В России уже разработан эскизный проект корабля многоразового использования, способного доставить людей на Марс и вернуть их на Землю. И если удастся решить проблему финансирования и найти 15 миллиардов долларов (в такую сумму оценивается стоимость российской экспедиции на Марс), то первыми на Марсе могут оказаться русские. Для сравнения отметим, что американские специалисты оценивают проект пилотируемого полета на Марс в 150 миллиардов долларов.
Ученые считают, что исследования Марса очень важны и занимают особое место в изучении Солнечной системы. По научным данным, в процессе эволюции Марс и его атмосфера претерпели кардинальные изменения. Поэтому изучение этих изменений и причин, их вызвавших, имеет огромное значение для понимания прошлого и будущего Земли [20] 20
По материалам русскоязычных Web-сайтов.
[Закрыть].
