Суббота, 20.01.2018, 10:22
Вы вошли как Гость | Группа "Гости" | RSS
Главная  |  Мой профиль |  Выход  Пользовательское соглашение | Правило публикации материалов  | 
Железо

 

Меню сайта

Реклама

Навигация
Технология металлов
и других конструкционных материалов
Черный хлеб металлургии
Защита нефтяных резервуаров от коррозии
Конструкция железнодорожного пути
и его содержание
Путь в космос
Метеоритные кратеры на Земле
В мире застывших звуков
Рентгенотехника
Наука и техника
Термодинамика
Ручная ковка
Юмор

Реклама

Форма входа

Статистика сайта
Онлайн всего: 2
Гостей: 2
Пользователей: 0

Сегодня были:



Главная » Статьи » Наука и техника

Что там, на Марсе и Венере?

 Вполне естественно, что, говоря о планетах Солнечной системы, мы прежде всего вспоминаем наших ближайших соседей, за которыми вот уж сколько тысячелетий пристально и заинтересованно следит человек.

 Ближайшие к Земле планеты, наиболее похожие на нее по размерам, средней плотности и количеству тепла, получаемого от Солнца,- Венера и Марс. Они удалены от нас на расстояния, которые можно считать незначительными даже в масштабах Солнечной системы, не говоря уже о масштабах нашей Галактики, в которой Солнце является всего лишь одной из ста миллиардов звезд. Тем не менее эти будто бы небольшие различия в расположении планет по отношению к Солнцу оказались существенными для формирования на них природных условий, в первую очередь - газовой оболочки - атмосферы.

 Если атмосфера Земли - это в основном азот и кислород, то на Марсе и Венере она почти целиком состоит из углекислого газа, которого в нашей атмосфере менее трех сотых процента. Своим существованием мы обязаны не только своеобразному химическому составу атмосферы, но и благоприятной температуре и давлению у земной поверхности. Средняя температура на Земле - несколько градусов выше нуля по Цельсию, в то время как на Марсе в средних широтах она около 40°С и изменяется от дня к ночи почти на 100°, а зимой опускается на полюсах до -130°. На Венере же, наоборот, температура достигает почти +500°С. Очень велики различия и в давлении атмосферы у поверхности: на Марсе оно в 100 - 150 раз меньше, а на Венере - в 100 раз больше, чем на Земле.

 В чем же причина столь резких различий?

- По современным представлениям, нынешние атмосферы Земли и ее соседей сформировались в грандиозных процессах разделения планет на оболочки (кору, мантию, ядро). Эти процессы начались вскоре после конденсации планет и их спутников из вещества газопылевой туманности. Свидетельства такого разделения, уже давно известного для Земли благодаря сейсмическому зондированию, теперь найдены и для Венеры, Марса, Меркурия - по данным измерения магнитных полей и исследования характеристик поверхностных пород.

 При разогреве недр, который происходит главным образом за счет сил тяжести при сжатии планеты в процессе ее образования и начинающегося радиоактивного распада ряда элементов - урана, тория, калия, возникает высокая температура (свыше 1,5 - 2 тысяч градусов). Поэтому вещества, в состав которых входят газы, наиболее легкие металлы и кремний, выжимаются наверх, образуя после кристаллизации у поверхности так называемую изверженную породу. Так, кора Земли на 94 процента состоит из изверженных и на 6 процентов из осадочных пород. Наиболее тяжелые элементы, главным образом широко распространенное во Вселенной железо (иногда с примесью серы) и никель, опускаются к центру, образуя ядро планеты. Столь бурные процессы сопровождаются извержениями вулканов, деформациями, которые приводят к разломам и трещинам в коре.

 Изучая особенности строения (или, как часто говорят, морфологию) поверхностей планет, можно прийти к выводу, что на них происходили примерно одинаковые геологические процессы. Однако их длительность и последовательность (этапы эволюции) были различными и сильно зависели прежде всего от размеров тела. Так, на самых малых из семейства земных планет - Луне и Меркурии - основные активные процессы, видимо, завершились где-то около 3 миллиардов лет назад (напомним, что возраст Солнечной системы оценивается в 4,6 миллиарда лет), и ныне каких-либо признаков вулканической или сейсмической деятельности на них нет. Эти тела продолжают сейчас интенсивно охлаждаться. Средний по размерам Марс прошел вершину своей эволюции приблизительно 1,5 миллиарда лет назад, и еще до сравнительно недавнего времени он проявлял свою активность: возникали и оживали вулканы, текла лава, образовывались огромные трещины - каньоны. Что касается Венеры, то она, очевидно, сохранила наибольшую геологическую активность в современную эпоху, как почти такая же по размерам Земля. Действительно, на Земле сейчас около 500 действующих вулканов, часто происходят разрушительной силы землетрясения, вещество в недрах постоянно перемешивается, на частично расплавленной мантии как бы плавают твердые плиты верхнего слоя мантии и земной коры - литосферы. Исходя из этой динамической модели земных недр, объясняют дрейф континентов.

 Следы вулканизма и тектонической активности, которые играют важную роль в образовании современных атмосфер планет земной группы, особенно отчетливо видны на Марсе. Об этом свидетельствуют характерные конусообразные горы, особенно многочисленные в обширной возвышенной области северного полушария Тарсис. Их вершины - это огромные чаши с четко очерченными кромками - кальдеры, на склонах обнаружены следы застывшей лавы. Об интенсивных тектонических процессах, видимо сопровождаемых «марсотрясениями», говорят многочисленные разломы, различимые на снимках, переданных с искусственных спутников Марса. Разломы достигают нескольких километров в глубину и ширину, тянутся на сотни и даже тысячи километров в длину. Видимо, именно эти образования, а также цепочки кратеров создавали иллюзию нашумевших в свое время каналов искусственного происхождения.

 На Венере непосредственных свидетельств тектонической деятельности пока не нашли. Однако есть косвенные данные, судя по которым геологическая активность на этой планете продолжается или происходила в недавнем прошлом. Вполне вероятно, что с этими процессами («венеротрясениями») связано образование каменистой осыпи на склоне, на который опустились автоматические станции «Венера-9» и «Венера-10».

 Не меньше, чем вулканы и глобальная тектоника, формировали лик планеты кратеры, образованные при падении крупных метеоритов. Следы такой бомбардировки, наиболее интенсивной на ранних стадиях жизни планет, особенно отчетливо видны на небесных телах, лишенных атмосферы,- Луне, Меркурии, где сохранились отдельные, даже самые древние структуры. На Земле уже само наличие атмосферы и происходящие в ней метеорологические процессы заметно разрушают первичные формы рельефа. Это хорошо видно на Марсе, где даже разреженная атмосфера сильно изменила облик многих кратеров, так как из-за больших перепадов температуры там развиваются сильные ветры и возникают мощные пылевые бури. Очевидно, в результате интенсивного разрушения пород на марсианской поверхности и образовалось много пыли. Ее перемещения ветрами раньше, еще при наблюдениях этой планеты с Земли в телескоп, воспринимались как сезонные изменения.

 Недавно было распространено мнение, что Венера - это наше прошлое, а Марс - будущее...

- Как бы там ни было, но это образная иллюстрация резких различий в образовании атмосфер Земли, Венеры и Марса. Можно утверждать, что Земле «сильно повезло» в расположении относительно Солнца - ее эффективная температура, то есть температура, при которой обеспечивается равновесие между получаемой от Солнца и излучаемой в космос энергией, оказалась вблизи нуля градусов. Это значит, что даже при очень «тощей» начальной атмосфере, которая создавалась на ранних этапах эволюции, Земля смогла сохранить свою воду, основные массы которой скапливались в океанах.

 Венера ближе к Солнцу, и ее первоначальная температура оказалась по крайней мере градусов на 50 выше, чем на «юной» Земле. Из школьного курса физики известно, что чем ниже давление воздуха, тем при меньшей температуре закипает вода. Это объясняет, почему вода на поверхности Венеры должна была превращаться в пар до тех пор, пока давление атмосферы не повысилось до 0,2 - 0,3 атмосферы. Но накопление в атмосфере водяных паров вместе с углекислым газом вызывает сильнейший парниковый эффект: солнечные лучи нагревают поверхность, а излучаемое ею тепло имеет значительно большие длины волн, чем солнечный свет. Эти лучи задерживаются, не пропускаются атмосферой (для них она непрозрачна), что приводит к дальнейшему разогреву атмосферы и поверхности планеты. Очевидно, поэтому Венера и потеряла свою воду: молекулы водяного пара поднимались вверх, где солнечное ультрафиолетовое излучение (значительно более интенсивное на орбите Венеры, чем на орбите Земли) разрушало их на составные части - водород и кислород, и освобожденный легкий водород улетучивался, а кислород окислял поверхностные породы.


С помощью этой станции мы получили подробные сведения с Венеры и уникальные снимки

 Как известно, с помощью спускаемого аппарата «Венера-13» была решена принципиально новая задача - взята проба грунта для определения элементного состава пород. На панораме, переданной на Землю, мы увидели, что «Венера-13» села на слабо холмистой, каменистой равнине. Четко видны скальные выступы коренных пород с ячеистой поверхностью, возникшей в результате их химического выветривания. Участки между скальными выходами покрыты более темным мелкозернистым материалом, который, судя по выбросу из-под посадочной платформы, с глубиной становится более крупнозернистым. Цвет скальных выходов да и предварительные результаты химического анализа говорят о том, что это лавовые излияния сильно щелочных базалтоидов.

 Узнав химический состав пород, мы сможем найти аналоги на Земле и представить себе условия их образования, условия внутренней жизни планеты, ее тектонику, а быть может, даже восстановить какой-то отрезок геологической истории, близкой к нам.

 Известно, например, что на Венере нет воды или, по крайней мере, ее очень мало. Мы знаем, что там среди инертных газов больше всего аргона. Причины этого еще не до конца понятны. Есть основания считать, что строение верхней оболочки, ее плотность и размеры, видимо, близки к земным.

 Химический анализ проведен на борту посадочного аппарата, куда образец грунта был доставлен с помощью грунтозаборного устройства. До сих пор решить эту задачу еще никому не удавалось. И тем значительней и весомей достигнутый нами - советской наукой - успех. Здесь все решалось впервые.

 Проводился этот эксперимент следующим образом. После бурения проба грунта в камере анализирующего прибора облучалась двумя источниками радиоактивного плутония и железа, возбуждалось вторичное рентгеновское излучение, измерялась его интенсивность. Снятый спектр передавался на Землю по телеметрическим каналам. Проведение такого эксперимента в тяжелейших условиях на Венере потребовало огромных усилий большого коллектива ученых, инженеров, конструкторов. При подготовке его специалисты просто заходили в тупик, некоторые проблемы оказались трудноразрешимы. Но вот, как видите, получилось.

 Первые сведения практически ничего не отрицают из тех знаний о Венере, которыми мы располагали. Но дополняют очень многое. Например, во время спуска аппарата получены новые сведения об изотопном составе атмосферы. В основном они касаются редких инертных газов, а это очень важная для нас информация. Благодаря более чувствительной аппаратуре уточнены данные о содержании не только аргона, но и неона, криптона. Быть может, удастся получить сведения и по ксенону. Все это имеет фундаментальное значение для науки.

 Все полученные сведения чрезвычайно важны для понимания ситуации у нас на Земле. Например, если бы по каким-либо причинам сравнительно небольшой парниковый эффект, действующий и в земной атмосфере (за счет его температура у нас приблизительно на 30 градусов выше равновесной), начал усиливаться, это могло бы нарушить существующий геохимический баланс: началось бы испарение океанов, в атмосферу стал бы переходить запасенный в известняках осадочных пород углекислый газ, общее количество которого, по оценкам ученых, почти такое же, как в атмосфере Венеры. Давление у поверхности нашей планеты могло бы достигнуть около 400 атмосфер с учетом запасов воды в Мировом океане...

 Разумеется, эти катастрофичные для земной биосферы процессы могли бы развиться лишь при некоторых предельных условиях. Есть все основания считать, что на Земле имеются дополнительные механизмы естественной природной регуляции, благодаря которым значительные отклонения климата не будут столь необратимы. К тому же несомненно, что осознание такой угрозы или некоторые ее симптомы заставят человечество своевременно предпринять меры, сдерживающие нежелательное вмешательство в природные механизмы.

 Диаметрально противоположную картину являет собой Марс. Его равновесная температура ниже нуля, так что отгонявшаяся из недр вода могла сохраниться на поверхности или в близком к поверхности слое в виде льда, а углекислота - в атмосфере и частично в полярных шапках, температура которых достигает температуры сухого льда. Возможность образования льда из углекислоты - основной составляющей атмосферы в полярных шапках - приводит к интересному эффекту сезонного взаимодействия шапок с атмосферой. В чем-то он подобен взаимодействию нашей атмосферы с океаном, которое играет определяющую роль в земной метеорологии. Во всяком случае, замечено, что с началом интенсивного роста полярной шапки в зимнем полушарии давление атмосферы устойчиво падает. Однако «сухой» лед, видимо, составляет только верхний слой шапок, а преобладает в них обычный, водяной лед. По предварительным оценкам, основанным на измерениях, проведенных с американских аппаратов «Викинг», толщина северной полярной шапки сопоставима с толщиной ледяного панциря Антарктиды, площадь которой по отношению ко всей земной поверхности меньше, чем площадь нестаивающей части северной полярной шапки по отношению к площади поверхности Марса. Но лед Антарктиды содержит более 90 процентов запасов всей пресной воды на Земле. Не исключено, что подобный резервуар существует и на Марсе.

 Эти новые данные чрезвычайно важны для выяснения проблемы древнего климата и эволюции Марса. Речь идет о неожиданно обнаруженных на фотоснимках, переданных с искусственных спутников Марса (советский «Марс-5», американские «Маринер-9», «Викинг-1» и «Викинг-2»), длинных узких ветвящихся долинах и ложбинах, напоминающих высохшие русла рек. Происхождение таких образований невозможно объяснить, если не предположить, что на поверхности Марса была вода. По конфигурации некоторых желобов на склонах возвышенностей можно даже допустить, что с них когда-то стекали дождевые потоки, формировавшие глубокие ложбины. Но в условиях разреженной атмосферы этой планеты вода на поверхности существовать не может, в самой атмосфере ее содержание ничтожно. В чем же разгадка?

 Несомненно, что Марс не всегда был таким, как в современную нам эпоху. Трудно сейчас ответить на вопрос, была ли на его поверхности вода лишь на определенном этапе его эволюции или появлялась регулярно на протяжении сравнительно длительного периода. В первом случае следует допустить, что на планете однажды произошло резкое изменение климата, вероятно где-то в пределах одного миллиарда лет назад, и что до этого момента Марс, проходивший, как мы уже упоминали, вершину своей геологической эволюции, был, по-видимому, более всего похож на нашу Землю. Но вполне возможно, что колебания марсианского климата происходили неоднократно.

 Может быть, происходят и сейчас?

- Действительно, расчеты показывают, что ось вращения Марса периодически изменяет наклон к орбите, по которой он движется вокруг Солнца. Чем более отклоняется ось, тем больше солнечной энергии получают полюса. Начиная с определенного предела, достигаемого примерно один раз в несколько сот тысяч лет, шапки полностью оттаивают, атмосфера становится значительно более плотной, так что на поверхности Марса, казалось, могла бы появляться вода. Однако против такой привлекательной гипотезы говорит тот факт, что прорытые водой русла, по-видимому, образовались раньше, чем относительно более молодые кратеры ударного происхождения на их высохшей поверхности. Возраст же этих «молодых» кратеров оценивается по меньшей мере в десятки миллионов лет. Как бы то ни было, остается несомненным: водные потоки бороздили поверхность Марса или приводили в движение марсианские ледники. Убедительные свидетельства водной эрозии и движения ледников с образованием сильно выглаженных ложбин и островов, напоминающих по форме каплю воды, принесли недавние фотоснимки Марса. О важной роли гляциологических (ледниковых) процессов в формировании современного облика этой планеты свидетельствуют также каньоны с внутренними пустотами, образующимися, очевидно, при таянии льда.

 Для выяснения эволюции атмосферы и древнего климата важно точно определить химический состав атмосферы, и прежде всего содержание инертных, или, как их еще называют, благородных, газов.

 Первые непосредственные измерения параметров марсианской атмосферы, проведенные на спускаемом аппарате автоматической станции «Марс-6», позволили сделать вывод о наличии в ней аргона. На «Викингах» были проведены высокоточные измерения в атмосфере Марса содержания основных составляющих. Это дает основание предполагать, что, если даже на Марсе происходили (или происходят) глобальные климатические изменения, все же атмосфера там вряд ли когда-нибудь была такой, как земная. Даже в самые благоприятные периоды ее плотность, видимо, оставалась по крайней мере вдесятеро меньше. Количество выделившейся за геологическую эпоху воды тоже во много раз меньше: если равномерно разлить ее по поверхности планеты, образовался бы слой всего в несколько десятков метров; на Земле такой слой превысил бы три с половиной километра -это средняя глубина Мирового океана.

 Существование на Марсе обширных районов вечной мерзлоты, в которых, очевидно, сосредоточены основные запасы воды, подтверждают найденные интересные особенности в строении некоторых марсианских кратеров, не имеющие аналогов на других планетах. Речь идет о специфичных выбросах, напоминающих застывшие снежные лавины, на внешних склонах кратеров. Такие наслоения можно объяснить грязевыми потоками, образовавшимися при плавлении льда под поверхностным слоем из-за разогрева вследствие падения метеоритов.

 Кратеры есть и на Венере. Их обнаружили с помощью радиолокации сравнительно недавно под покровом мощной горячей атмосферы. Оказалось, что венерианские кратеры очень плоские, их глубина во много раз меньше, чем на Марсе и тем более на Луне и Меркурии. Какие процессы привели к этому? Ветровая эрозия, по-видимому, исключается: в отличие от Марса, сила ветра у поверхности Венеры, как показали измерения на станциях «Венера-9» и «Венера-10», незначительна - менее одного метра в секунду.


Пейзаж загадочной Венеры

 Вполне возможно, что, кроме температуры, способствовать разрушению кратеров на поверхности Венеры могли химически агрессивные примеси, входящие в состав атмосферы. Ведь сейчас все больше и больше накапливается доказательств того, что знаменитые венерианские облака, столетия скрывавшие поверхность планеты от взора астрономов, состоят из концентрированного раствора серной кислоты! Возможно, там образуются и смеси кислот, включающие, помимо серной, плавиковую и соляную. Облака столь необычного состава, несомненно, скрывают ответы на некоторые фундаментальные проблемы планетной эволюции, поскольку их образование непосредственно связано с выходом газов из недр, с последующими химическими преобразованиями в атмосфере и взаимодействием между атмосферой и поверхностью. Вот почему изучаются они сейчас особенно тщательно. Посадочными аппаратами станций «Венера-9» и «Венера-10» были начаты непосредственные исследования физических свойств и структуры облаков. Оказалось, что толщина их свыше 15 километров, а образованы они жидкими каплями примерно микронного размера, количество которых в облаках невелико. Отсюда сделан важный вывод о том, что это скорее не привычные нам земные облака, а довольно разреженная дымка, напоминающая наши туманы. Однако она настолько протяженна, а атмосфера так плотна, что поверхность Венеры не видна ни с Земли, ни с орбит искусственных спутников.

 Облака на Марсе состоят из кристалликов водяного или углекислого льда и, как правило, разрежены и непостоянны. Их перемещения в ясном марсианском небе могут служить хорошим показателем величины скорости и направления вихрей и ветра в атмосфере.

 Таким же надежным показателем оказались и следы перемещения пыли - в виде песчаных дюн и барханов, роднящих Марс с земными пустынями. Такие дюны отчетливо видны на панорамах, переданных с «Викингов».

 Почти как в «Аэлите» Алексея Толстого!

- Да, ровная красно-бурая пустыня, усеянная камнями различных размеров либо с неожиданно острыми кромками (что, казалось бы, странно в условиях сильного, выглаживающего действия ветра и пыли), либо с пористой поверхностью - свидетельство, что это остатки потоков вулканической лавы, с красноватым небом на горизонте - таким предстает Марс на последних снимках, сделанных прямо с поверхности. Цвет марсианского ландшафта и химический анализ состава грунта подтвердили представления, сложившиеся еще по наблюдениям с Земли, что на поверхности планеты есть окись железа («ржавчина»). Однако основной материал поверхности - обогащенная железом глина. Необычный же цвет неба можно объяснить тем, что в атмосфере этой планеты висит пыль, которая интенсивнее, чем газ, рассеивает красные, а не голубые солнечные лучи.

 Да, мы многое узнали о наших ближайших соседях. Но главный вопрос и наиболее жгучая загадка - вы, конечно, догадываетесь о том, что я имею в виду,- пока до конца не решена. В отношении Марса, разумеется. Потому что в «адских» условиях Венеры едва ли возможна жизнь земного типа...

- К сожалению, полеты «Викингов» оставили пока без ответа основной вопрос: есть ли жизнь на Марсе? Эксперименты, проведенные в специальных кюветах с отобранными образцами грунта в обоих районах посадки, дали противоречивые результаты. Их пока невозможно истолковать как точное свидетельство «за» или «против». Есть определенные основания считать, что зафиксированные на поверхности Марса особенности обмена между марсианским грунтом и атмосферой объясняются лишь чисто химическими реакциями, если в состав грунта входят сильно окисленные вещества. Подобные процессы удается воспроизвести и в лабораториях на Земле.

 Однако это отнюдь не доказывает, что биологическая активность на Марсе отсутствует. Видимо, потребуются принципиально новые средства для ответа на вопрос, имеющий не только научное, но и громадное философское значение. Ведь обнаружение на Марсе жизни, схожей или отличной от земной организации, стало бы крупнейшим научным достижением нашего века.

 Рассказывая здесь преимущественно о Венере и Марсе, нам хотелось не только заинтересовать, но одновременно показать, что исследования планет Солнечной системы чрезвычайно важны. И прежде всего потому, что выяснение особенностей природных условий разных планет, физико-химических механизмов, на основе которых формируются эти особенности, помогает нам лучше понять многие процессы, происходящие на Земле. Возможность такого сопоставления приближает нас к решению фундаментальной проблемы естествознания - загадке происхождения Солнечной системы и ее эволюции, одной из ветвей которой стала наша Земля с ее поистине удивительной пригодностью для возникновения и существования высокоразвитой жизни!

 Громадный прогресс, достигнутый учеными всего мира в современной планетной астрономии, и порожденные этим прогрессом новые задачи, решение которых, несомненно, обеспечит бурно развивающаяся космическая техника, вселяют уверенность в то, что слова К. Э. Циолковского о завоевании всего околосолнечного пространства окажутся пророческими и станут практическим уделом человечества уже в 21 столетии.





Категория: Наука и техника | Добавил: Talabas07 (31.05.2015)
Просмотров: 1293 | Рейтинг: 0.0/0


Ags-metalgroup © 2018