Пыльные бури на марсе. Пылевые бури на Марсе: правда и вымысел - Сур Бере

Изображения показывают, что Марс - динамичная планета, с погодной системой, столь же сложной и интересной, как на Земле. В этой главе мы поговорим о пылевых бурях, играющих важную роль в климатическом балансе Марса.

Когда «Маринер-9» вышел на орбиту Марса в конце осени 1971 года, над планетой бушевал глобальный шторм, закрывая всю ее поверхность от наблюдения. Эта пылевая буря началась двумя месяцами ранее и была обнаружена наблюдениями с Земли. Через телескоп буря выглядела как желтоватое облако, быстро охватившее всю планету. Таким образом, пылевая буря была первым, что обнаружили земные аппараты на Марсе.

Насколько хорошо астронавты смогут подготовиться к пылевой буре, зависит от того, насколько хорошо они ее приближение и длительность. Возможно, потребуются альтернативные источники энергии. Марсоход « », например, использует систему радиоизотопного генератора, который вырабатывает электричество из плутония. Имея дополнительную энергию, можно было бы расщеплять воду на водород и кислород. «Мы могли бы производить топливо, накапливать энергию, пока светит солнце, а затем обращаться к ним, когда начинается пылевая буря», говорит Хоффман. К сожалению, плутоний радиоактивен, а водород чрезвычайно огнеопасен, поэтому оба варианта NASA рассматривает как очень плохие.

Пыль, которая попадает в атмосферу и вызывает глобальные бури, также очень мелкая. Она почти как дым, такая же всепроникающая, и от нее сложно избавить все, что открывают и закрывают. Любые люки, любые движущиеся части на скафандрах, везде будет пыль. Токсичные перхлораты могут привести к механическому износу.

Продолжительные сумерки тоже могут утомить, хотя глобальная пылевая буря на Марсе не вызовет такой же темноте, как полярная зима на Земле. Будет мрачно и довольно долго, но не полная темнота в течение суток.

В любом случае мы понятия не имеем, каково это - жить в условиях пылевой бури, пока астронавты не выяснят это наверняка.

Космический танец

В своем прошлогоднем исследовании Ширли занимался поиском связи между движением Марса вокруг гравитационного центра Солнечной системы и проявлением глобальных пылевых бурь. Что примечательно, гравитационный центр Солнечной системы не всегда представлен Солнцем (хотя Солнце никогда не отходит далеко от него). Сила тяжести планет, вращающихся вокруг Солнца, тоже оказывает на него влияние, благодаря чему Солнце удаляется и приближается к этому центру тяжести. По мере космического танца Солнца, вместе с ним танцует и Марс.

Ширли и его коллеги полагают, что вместе с изменением импульса Марса, меняется и импульс атмосферы, поэтому циркуляция воздуха постоянно ускоряется и замедляется. Эти изменения могут приводить к пылевым бурям. Исследователи сделали прогнозы относительно этих циклов в атмосфере, а затем взглянули на компьютерные модели и выяснили, что более интенсивная циркуляция может уводить пыль выше, а вместе с этим «убегает» и пылевая буря. Все девять глобальных пылевых бурь, наблюдавшихся на Марсе, происходили в годы, когда циркуляция была наиболее интенсивной.

«Периоды, когда Марс ускоряется и набирает обороты из-за тяги и раскачивания других планет и Солнца, кажется, идеально совпадают со временем проявления пылевых бурь», говорит Ширли. Среди всех сезонов с условиями, похожими на условия этого года, только один не породил глобальную пылевую бурю.

Исследование влияния гравитации Солнца и других планет на импульс и атмосферу Красной планеты может помочь ученым с прогнозами. Чем больше данных, тем они будут точнее. Что особенно интересно, изучение глобальных бурь на Марсе может помочь в исследовании и нашей собственной планеты. Красная планета имеет более простую атмосферу, чем Земля, из-за отсутствия океанов.

«Если мы узнаем что-нибудь о физике, которая приводит к изменениям атмосферы и ветров, возможно, мы сможем применить эти знания и к более сложному случаю Земли».

Известно, что на Марсе свирепствуют пылевые бури, эти бури бывают невероятно масштабными и могут овевать всю планету. Кроме того, поверхность Марса усеяна бесчисленными смерчами, мечущимися по его равнинам и вздымающими пыль, увлекаемую в уникальный для планеты «пылевой цикл».

Сделанные с орбиты, показывают, что основной причиной эрозии на Марсе являются ветра. Обширные дюнные равнины, замысловатые скальные образования и небеса, подёрнутые дымкой - таков этот суровый ветреный мир.

Писатели-фантасты быстро подхватили идею частых штормов, которые издалека выглядят устрашающими. Исполинские стены пыли, на фоне которых величайшие земные пылевые или песчаные бури выглядят нелепыми карликами, сверкающие копья молний, возникшие из-за атмосферного трения, чудовищные ураганы, сметающие всё на своём пути, расшвыривающие астронавтов и корёжащие оборудование.

Увы, реалии марсианских пылевых бурь несколько более скромны - факт, который НАСА хочет донести до аудитории, с нетерпением ожидающей нового фильма Ридли Скотта «Марсианин».

Действие фильма, снятого по бестселлеру Энди Уира, происходит в недалёком будущем во время пилотируемой экспедиции на Марс. Из-за свирепой пылевой бури миссия терпит неудачу, планетарная база повреждена, а один из астронавтов, Марк Уотни (в исполнении Мэтта Дэймона) теряется после повреждения скафандра и коллеги решают, что он погиб в жутких марсианских ветрах.

Но, как и множество других спекуляций фантастов на тему Марса, эта сцена вводит зрителя в заблуждение, так как у учёных несколько иные данные о его атмосферном давлении.

Хотя, разумеется, пылевые бури Марса по-своему опасны, крайне маловероятно, что они кого-нибудь расшвыряют или что-нибудь покорёжат. Сильнейший марсианский ветер дует со скоростью 60 миль в час (менее 30 метров в секунду), вполовину меньше какого-нибудь земного урагана. По сути, впрочем, повреждения наносит не столько сама скорость ветра, сколько атмосферное давление, с которым на Марсе как раз туговато. Оно составляет примерно один процент от земного, так что если вы решите заняться кайтингом на Красной Планете, вас ждёт неслабое разочарование.

«Основная разница между атмосферами Земли и Марса в том, что давление на последнем гораздо ниже», - говорит физик Уильям Фаррелл из Центра космических полётов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, занимающийся анализом марсианских пылевых бурь. «Поэтому, конечно, ветра дуют, но не так уж сильно».

Хотя самый неистовый ураган на Марсе по земным меркам будет скорее похож на бриз, марсианские пылевые бури всё же могут стать проблемой для будущих астронавтов, особенно если они будут зависимы от солнечной энергии.

В «Марсианине» Уотни каждый день чистит солнечные панели, чтобы они не зарастали пылью. Как показал опыт марсоходов на солнечных батареях, в частности ветерана НАСА Opportunity, который ездит по Марсу на солнечной тяге вот уже десять лет, это серьёзная проблема, серьёзно влияющая на объём получаемой энергии. Когда атмосфера насыщается мелкодисперсной пылью во время бурь, солнечный свет практически не достигает поверхности.

«Мы беспокоимся за энергообеспечение марсоходов, это важный вопрос», - говорит учёный Майкл Смит, также из центра Годдарда. «Аппатары Spirit и Opportunity были доставлены на планету в 2004-м году и пока что попали только в одну серьёзную пылевую бурю (в 2007-м), но тогда им пришлось фактически прекратить функционировать и перейти в режим жизнеобеспечения на несколько недель».

Но мелкодисперсная пыль причиняет неудобства не только в связи с солнечными панелями. Мало того, что её частицы намагничены, они ещё покрыты острыми зазубринами (так как на Марсе нет других эрозийных процессов, чтобы их обкатать), способными нанести механические повреждения.

«Если вы видели фотографии Curiosity после поездки, то помните, что его будто бы выкопали из ямы», - добавил Смит. «Пыль покрывает всё, как одеяло, и забивается во все движущиеся сочленения».

Пыльная атмосфера Марса, несомненно, доставит хлопот наземным аппаратам, а также здоровью астронавтов, если когда-нибудь мы отправим туда долгосрочную экспедицию (вдобавок к повышенному уровню радиации и токсичным веществам в марсианском реголите и почве). Кроме того, причины, вызывающие планетарные пылевые бури, пока изучены крайне плохо.

«Сравнительно большие пылевые бури случаются на Марсе каждый год, они приобретают континентальные размеры и длятся по нескольку недель каждая», - говорит Смит. «Но каждые три марсианских года (примерно пять с половиной земных) обычная буря разрастается до планетарных размеров, такие мы называем "глобальный пылевой шторм"».

«Может быть, буре требуется время, чтобы собраться с силами. Может, есть какой-то цикл, через который ей нужно пройти, а потом попасть в нужное место и запустить новую бурю, а может это просто дело случая».

Человечество наблюдало глобальные пылевые штормы на Марсе с 1909 года, последний случился в 2007-м, так что Марс как раз в ожидании нового гиганта.

«Мы ждём глобального шторма, и в этот раз он обещает быть действительно грандиозным, так что это будет весело», - говорит он. «Обожаю пылевые штормы».

С каждой следующей бурей на Марсе мы узнаём всё больше и больше о происходящих там процессах, чтобы лучше подготовиться к первой высадка на эту пыльную, незнакомую планету. Но что касается, свирепых штормов, можно быть уверенным, что никого, кроме марсианина Уотни, его ветрами не сдует.

Глобальные пылевые бури могут стать предсказуемыми, это естественно упростить жизнь будущих марсианских первопроходцев. В новом исследовании удалось построить модель, указывающую, что Красная планета переживет подобное событие в ближайшие несколько месяцев. Она также указывает, что его начало ожидается 29-го октября или спустя нескольких недель от обозначенной даты.

Локальные пылевые бури очень частое явление на Марсе. Они иногда растут, сливаются и формируют региональную, особенно на протяжении южной весны и лета, когда происходит максимальное приближение планеты к Солнцу. Довольно часто региональные бури являются причиной образования пылевого тумана, который опоясывает планету и не позволяет видеть поверхность сверху.

Но иногда, региональные трансформируются в глобальные; одну из них, в 1971 году, наблюдал первый космический аппарат, выведенный на орбиту Марса, Mariner-9, а также советские станции «Марс-2 и -3». Создание своего рода шаблона, по которому можно определять за несколько лет начало глобальных штормов, до настоящего времени считается нерешенной задачей.

Последняя буря в планетарном масштабе происходила в 2007 году. Именно тогда существенно снизился поток солнечного света к поверхности, что привело к проблемам в эксплуатации двух вездеходов – Spirit и Opportunity. Собственно, это событие стало первой значительной угрозой для вездеходов с момента посадки.

Понадобилось принять особенные меры для обеспечения их выживания на протяжении нескольких недель, в условиях с малым потоком солнечного света. Оба вездехода работали всего несколько минут ежедневно, и то только, чтобы обеспечить подогрев бортового оборудования, а затем отключались и в течение следующего дня вообще не общались с Землей.

Пылевые бури создадут серьезные проблемы первым колонистам Красной планеты. Несмотря на то, что сила ветра там не так сильна, как изображается в фильме «Марсианин», пыль во время штормов однозначно повлияет на электронику, а также доступность солнечного света.

Начиная с 1924 года, на Красной планете удалось зафиксировать 9 глобальных пылевых бурь, из которых последних пять обнаружены в период 1977-2007 гг. Понятно, что их число, несомненно, больше. Дело в том, что в какие-то периоды времени на орбите Марса не было исследовательских аппаратов, чтобы с близкого расстояния наблюдать подобное явление. С Земли их увидеть крайне затруднительно.

Исследование обнаружило закономерность в наступлении бурь, если точно учитывать орбитальное движение Марса. Было обнаружено, что иногда другие небесные тела оказывают влияние на его вращение вокруг Солнца. В случае если влияние увеличивается, глобальные бури обычно происходят в ходе первой части сезона штормов. Ни одна из них не произошла в те годы, когда влияние уменьшалось.

Настоящие условия на Марсе очень похожи на те, когда глобальные шторма происходили в прошлом. Наблюдения атмосферы в ближайшие месяцы позволит проверить, является ли прогноз правильным.

Планета Марс, как и другой близкий сосед Земли, Венера, со времен античности подвергается самому пристальному изучению астрономов. Видимая и невооруженному глазу, она с древности была окутана тайной, легендами и домыслами. И сегодня о Красной планете нам известно далеко не все, однако многие сведения, полученные за столетия наблюдения и изучения, развеяли некоторые мифы, помогли человеку понять многие процессы, происходящие на этом космическом объекте. Температура на Марсе, состав его атмосферы, особенности движения по орбите после усовершенствования технических методов исследования и начала космической эры успели перейти из разряда предположений в ранг неоспоримых фактов. Тем не менее многие данные об одновременно столь близком и таком далеком соседе еще только предстоит объяснить.

Четвертый

Марс располагается в полтора раза дальше от Солнца, чем наша планета (расстояние оценивается в 228 млн км). По этому параметру он занимает четвертое место. За орбитой Красной планеты лежит Главный пояс астероидов и «владения» Юпитера. Вокруг нашего светила она облетает примерно за 687 дней. При этом орбита Марса сильно вытянута: перигелий ее располагается на расстоянии 206,7, а афелий — 249,2 млн км. А сутки длятся здесь всего лишь почти на 40 минут дольше, чем на Земле: 24 часа и 37 минут.

Меньший брат

Марс относится к планетам земной группы. Основные вещества, составляющие его структуру, — это металлы и кремний. Среди схожих объектов по своим габаритам он опережает только Меркурий. Диаметр Красной планеты составляет 6786 километров, что примерно в два раза меньше, чем у Земли. Однако по массе Марс уступает нашему космическому дому в 10 раз. Площадь всей поверхности планеты чуть превышает площадь земных материков, вместе взятых, без учета просторов Мирового океана. Плотность здесь также ниже — составляет всего 3,93 кг/м 3 .

Поиски жизни

Несмотря на очевидное отличие Марса от Земли, долгое время он считался реальным кандидатом на звание обитаемой планеты. До начала космической эры ученые, наблюдавшие красноватую поверхность этого космического тела в телескоп, периодически обнаруживали признаки жизни, которые вскоре, правда, находили более прозаическое объяснение.

Со временем были четко определены условия, при которых вне Земли могли появиться хотя бы простейшие организмы. В их число входят определенные температурные параметры и наличие воды. Многие исследования Красной планеты ставили своей целью обнаружить, сложился ли там подходящий климат, и по возможности найти следы жизни.

Температура на Марсе

Красная планета — негостеприимный мир. Значительная удаленность от Солнца заметно сказывается на климатических условиях этого космического тела. Температура на Марсе по Цельсию варьирует в среднем от -155º до +20º. Здесь значительно холоднее, чем на Земле, поскольку в полтора раза дальше располагающееся Солнце согревает поверхность наполовину слабее. Эти не самые благоприятные условия усугубляются разреженной атмосферой , хорошо пропускающей радиацию, как известно, губительную для всего живого.

Подобные факты снижают до минимума шансы обнаружить на Марсе следы существующих или некогда вымерших организмов. Однако точка в этом вопросе пока не поставлена.

Определяющие факторы

Температура на Марсе, как и на Земле, зависит от положения планеты относительно светила. Максимальный ее показатель (20-33º) наблюдается днем в районе экватора. Минимальные значения (до -155º) достигаются поблизости от Южного полюса. Для всей территории планеты характерны значительные температурные колебания.

Эти перепады влияют как на климатические особенности Марса, так и на его внешний облик. Главная, заметная даже с Земли, деталь его поверхности — полярные шапки. В результате значительного нагрева летом и охлаждения в зимний период они претерпевают ощутимые изменения: то уменьшаются вплоть до практически полного исчезновения, то вновь увеличиваются.

Есть ли вода на Марсе?

Когда в одном из полушарий наступает лето, соответствующая полярная шапка начинает уменьшаться в размерах. Из-за ориентации оси планеты во время ее приближения к точке перигелия к Солнцу обращается южная половина. В результате лето здесь несколько жарче, и полярная шапка исчезает практически полностью. На севере такого эффекта не наблюдается.

Изменения размеров полярных шапок натолкнули ученых на мысль, что они состоят из не совсем обычного льда. Собранные на сегодняшний момент данные позволяют сделать предположение, что немалую роль в их образовании играет углекислый газ, который в большом количестве содержит атмосфера Марса. В холодное время года температура здесь достигает отметки, при которой обычно он превращается в так называемый сухой лед. Именно он начинает таять с приходом лета. Вода же, по мнению ученых, также присутствует на планете и составляет ту часть полярных шапок, которая остается неизменной и с повышением температуры (нагрев недостаточен для ее исчезновения).

Планета Марс при этом не может похвастаться наличием главного источника жизни в жидком состоянии. Надежду на его обнаружение долгое время вселяли участки рельефа, очень напоминающие русла рек. До сих пор до конца не понятно, что могло привести к их формированию, если на Красной планете никогда не было жидкой воды. В пользу «сухого» прошлого свидетельствует атмосфера Марса. Ее давление столь незначительно, что точка кипения воды приходится на непривычно низкие для Земли температуры, то есть она может существовать здесь только в газообразном состоянии. Теоретически в прошлом у Марса могла бы быть более плотная атмосфера, но тогда от нее остались бы следы в виде тяжелых инертных газов. Однако до сих пор они обнаружены не были.

Ветры и бури

Температура на Марсе, точнее, ее перепады, приводит к быстрому перемещению воздушных масс в полушарии, где наступила зима. Ветры, возникающие при этом, достигают 170 м/с. На Земле подобные явления сопровождались бы ливнями, однако Красная планета не обладает достаточными для этого запасами воды. Здесь возникают пылевые бури, настолько масштабные, что порой охватывают всю планету. В остальное же время тут почти всегда ясная погода (для образования значительного количества облаков также нужна вода) и очень прозрачный воздух.

Несмотря на относительно небольшой размер Марса и его непригодность для жизни, ученые связывают с ним большие надежды. Здесь в будущем планируется размещение баз для добычи полезных ископаемых и осуществления различной научной деятельности. Насколько реальны такие проекты, пока сказать трудно, однако непрерывное развитие техники свидетельствует в пользу того, что в скором времени человечество будет способно воплощать самые смелые идеи.