Глава 12
Маринер-9
Как мы теперь знаем, вера в серый
и подобный Луне Марс, возникшая в результате пролетов первых Маринеров, была
преждевременной и столь же весьма необоснованной, как вера в подобный Земле
Марс, которая предшествовала этому. Фотографии крупным планом, принятые Маринерами-4,
6, и 7 охватили только 10 процентов марсианской поверхности, и так или иначе
пропустили наиболее захватывающие объекты. В 1968 году Кларк Р. Чапман, Джеймс
Поллок и Карл Саган предупредили: "Если существенная водная эрозия — вроде
речных долин, — происходила в течение ранних эпох на Марсе, мы не должны ожидать
никаких следов её, видимых на фотографиях Маринера-4, если только они не имели
большую степень развития, чем объекты того же типа на Земле.... любые выводы...
что очевидное отсутствие ясных признаков водной эрозии исключает текучую воду
в течение всей истории Марса... Должны конечно быть расценены как ошибочные."
Их комментарий едва ли мог быть более пророческим, хотя они произвели немного
впечатления в то время.
Следующая стадия в космических исследованиях Марса началась в 1971 году, когда
пять кораблей — три русских и два американских — были подготовлены для запуска.
Американские планы призывали поместить два космических корабля на низкие орбиты
вокруг Марса. Первый, Маринер-8, должен был войти на сильно наклонённую к экватору
Марса орбиту, которая позволит охватить приблизительно 70 процентов поверхности,
включая полярные области. Акцент ставился скорее на топографическую съёмку,
чем изучение альбедо, что требовало фотографировать при низко стоящем Солнце,
когда длинные тени проявят рельеф. Второй космический корабль, Маринер-9, должен
был выйти на почти экваториальную орбиту, с которой он мог выполнять тщательное
изучение особенностей альбедо, лучше всего замечаемых при высоко стоящем Солнце.
8 мая 1971 года Маринер-8 стартовал с Мыса Канаверал (Мыса Кеннеди, как он назывался
короткое время; имя было заменено назад на Мыс Канаверал несколькими годами
позже). Вторая ступень ракеты-носителя Атлас-Кентавр не сумела загореться, однако,
и космический корабль позорно потерпел крах в Атлантическом океане. Инженеры
миссии сразу же сделали изменения в планах второго космического корабля, Маринер-9,
чтобы попытаться выполнить одним космическим кораблем столько, сколько возможно
из целей, первоначально разработанных для двух кораблей. По пересмотренным планам
Маринер-9 должен был вступить на орбиту, наклонённую на 65° к марсианскому экватору,
с минимальной высотой 1350 километров. Это означало, что расстояние до планеты
будет больше оптимального для топографической съёмки, а Солнце будет стоять
слишком высоко для топографической съёмки и слишком низко для изучения альбедо.
В целом, однако, это был разумный компромисс. Маринер-9 запустили 30 мая 1971
года, и успешно поместили на переходную орбиту к Марсу. Этот космический корабль
в конечном счете реконструировал все наши идеи о планете.
Тем временем, через два дня после того, как рухнул Маринер-8, русские запустили
первый из аппаратов с Байконура в центральном Казахстане, но он не смог покинуть
околоземную орбиту вследствие "самой большой и непростительной ошибки"
в команде, посланной бортовому компьютеру. Это был единственный орбитальный
аппарат, который русские космические планировщики надеялись переслать по более
быстрой траектории к Марсу так, чтобы он прибыл до американских Маринеров. Русские
собирались запустить ещё два космических корабля, оба состоящие из посадочных
ступеней и орбитального аппарата. После входа на марсианскую орбиту посадочные
ступени, как планировалось, отделялись от орбитальных аппаратов, тормозили при
спуске сквозь марсианскую атмосферу частично ракетными двигателями управления
и частично парашютами, и приземлялись мягко на поверхности. Марс-2 был безупречно
запущен 19 мая, и Марс-3 ушёл 28 мая.
Таким образом, три космических корабля, один американский и два русских, плыли
по своим переходным орбитам поперек межпланетного космоса, тратя приблизительно
пять месяцев, чтобы достигнуть Марса. Американский космический корабль прибыл
в середине ноября, приблизительно за две недели до первого из русских аппаратов.
Тем временем, однако, на самом Марсе произошли роковые события. Хотя они застали
большинство астрономов врасплох, эти явления не были полностью непредвиденными.
В феврале 1971 года Чарльз Ф. Капен в обсерватории Ловелла сделал предсказание
в статье об облаках пыли, или "жёлтых облаках", как они тогда назывались,
потому что они обнаруживаются лучше всего, когда Марс наблюдается через жёлтый
светофильтр: «Хотя желтые облака были зарегистрированы во всех марсианских сезонах,
пик их развития, кажется, приходится на великие противостояния, когда инсоляция
на планете самая большая, и тепловой экватор далёк к югу от геометрического
экватора.... Если яркое желтое облако снова разовьётся в районе Геллеспонта
(как это было в 1956 году)... это скорее всего произойдёт после противостояния.
Обширное атмосферное волнение может повлиять на... полет первого из орбитальных
аппаратов серии Маринер, который собирается начать разведку планеты в ноябре».
Действительные события следовали за предсказанием Капена в пугающей степени.
21 сентября, через шесть недель после противостояния, большой пылевой шторм
1971 года скромно начался с маленького желтого облака над Геллеспонтом. Один
из первых наблюдателей, видевших это, был Alan W. Heath, английский любитель,
использующий 30-сантиметровый рефлектор. Шторм расширялся быстро. В 15-сантиметровом
рефлекторе, моём обычном приборе в то время, тёмные области все ещё были нормально
видны в конце сентября, но они стали неопределёнными к началу октября, когда
непрерывный пояс облаков пыли распространился в средних широтах южного полушария.
Через ещё три недели вся планета была охвачена.
10 ноября Маринер-9 подошёл на расстояние 800000 километров к Марсу и включил
свои телевизионные камеры. Планета осталась безнадежно замутнённой, и первые
фото не показывали никаких деталей вообще, кроме яркой южной полярной шапки
внизу диска и четырех загадочных неясных пятен около экватора. Ситуация едва
ли могла казаться худшей: космический корабль прошёл весь путь к Марсу только
для того, чтобы увидеть его сплошь в облаках. (Было даже предложено в некоторых
кругах, что шторм — не просто совпадение, это Марсиане скрывались от камер космического
корабля. )
В этих обстоятельствах было действительно удачным, что план полета Маринера-9
сохранился гибким и позволял вносить изменения в последнюю минуту. 14 ноября,
замедлившись огнём из двигателей управления, космический корабль вступил на
низкую орбиту вокруг Марса, наклонённую приблизительно на 65° к экватору и отключил
телевизионные камеры, чтобы сохранить энергию до очищения Марса от шторма.
27 ноября к Маринеру-9 присоединился первый из русских аппаратов, Марс-2. Незадолго
до входа на орбиту Марс-2 выпустил спускаемый модуль, но посадочная ступень
не работала должным образом и разбилась о поверхность. Она получила известность
единственно тем, что стала первым искусственным объектом, достигнувшим поверхности
Марса (на участке к северу от Эллады: широта 44.2° S, долгота 313.2° W), где
внесла вымпел, несущий знаки отличия Советского Союза. Марс-3 взошел на орбиту
2 декабря. Снова спускаемый модуль был выпущен, и на сей раз капсула действительно
достигла поверхности благополучно, но успела только включить телевизионную камеру
— через несколько секунд контакт был потерян. Во то время было предложено, что
посадочная ступень могла быть перевернута подобными буре ветрами, обыскивающими
поверхность.
Два русских орбитальных аппарата поживали немногим лучше, чем посадочные ступени;
они были предварительно запрограммированы, чтобы начать фотографирование автоматически,
и следовательно не могли пережидать пылевой шторм, как это делал Маринер-9.
Не учитывая пыль, они послали назад ряд пустых и полностью неинформативных снимков.
Но другие бортовые приборы преуспели в посылке назад некоторой полезной информации,
включая измерения температуры в различных точках на поверхности — наиболее холодный
пункт, оказалось, был северной полярной шапкой, с температурой -110°C; в других
местах значения располагались от -93° до 13°C, в зависимости от широты и времени
суток.
Из флотилии пяти космических кораблей, которая отправилась к Марсу в 1971 году,
все надежды таким образом сосредоточились на Маринере-9. Месяцем после того,
как космический корабль вступил на марсианскую орбиту, покров пыли очистился
достаточно для систематической картографии поверхности. Большие тёмные пятна,
которые ранее бросили вызов объяснению, были первыми объектами, появившимися
из пыли, и оказались огромными щитовыми вулканами. Самый большой, со сложной
кальдерой на вершине, был там, где Скиапарелли видел Nix Olympica (Снега Олимпа);
поэтому его стали называть Olympus Mons (гора Олимп). С его вершиной, возвышающейся
на 25 километров выше окружающих равнин, Олимп — самая высокая гора в солнечной
системе; но так как он достигает 600 километров в основании, его склоны очень
пологие. (По сравнению, самый большой щитовой вулкан на Земле, Мауна-Лоа, имеет
только 120 километров в основании и 9 километров в высоту над океанским дном).
Другие крупные вулканы в этой части Марса, известной как Tharsis montes (нагорье
Фарсида) — гора Аскрийская (Ascraeus Mons), Павлинья гора (Pavonis Mons) и гора
Арсия (Arsia Mons, находятся там, где в телескопы с Земли видели соответственно
Аскрийское Озеро, Павлинье Озеро и Гордиев Узел). Они располагаются приблизительно
вдоль 700-километровой линии, идущей с юго-запада нa северо-восток по краю большого
возвышения, известного как нагорье Фарсида; они возвышаются на 17 километров
над окружающими равнинами.
У Маринера-9 первый цикл картографирования лежал преимущественно в южном полушарии
— в области между 25° и 65° S. Наиболее видные объекты, замеченные в этом цикле,
включали Элладу и Аргир, большие ударные бассейны. Что в тех местах преобладает
древний, усыпанный кратерами ландшафт, было известно начиная с пролета первых
Маринеров; но появились также некоторые полностью неожиданные объекты. Маринер-9
нашёл сеть каналов и притоков, которые выглядели подобно безводным каналам и
сухим руслам рек, и которые настоятельно показывали, что когда-то давно условия
на Марсе сильно отличались от того, что мы видим сегодня; когда-то речная сеть
существовала на той поверхности. Следующий цикл картографии включил области
дальше на север вплоть до широты 25° N, и показал огромную систему каньонов,
известную как valles Marineris (долина Маринера) — Большой каньон Марса, как
его ещё называют, хотя он просто гигант по сравнению с земным аналогом. Долина
Маринера простирается по экватору на 4000 километров, четвертую часть пути вокруг
планеты! Начало этой долины близко к вершинам нагорья Фарсида, на плато Сирия
(Syria Planum), где она состоит из ряда коротких, глубоких впадин, пересекающихся
под всевозможными углами, известных как Noctis Labyrinthus (лабиринт Ночи).
В его середине участки каньонов становятся более непрерывными и тянутся параллельно
тремя главными желобами (Ophir, Candor, и Melas Chasmata — каньоны Офир, Кандор
и Мелас), которые отделены друг от друга горными хребтами. Суммарная ширина
поперек всех трёх каньонов достигает 700 километров, а глубины местами — 7 километров.
Они соединяются с каньоном Копрат (Coprates Chasma), который идёт в восточном
направлении и присоединяется к каньону Эос (Eos Chasma), который наконец сливается
с большой областью блочного "хаотического ландшафта" около классической
темной области Жемчужный залив (Margaritifer Sinus), которая связана с большими
каналами оттока Арес, Тиу и Симуд, о которых немножко позже.
Другие важные результаты включали открытие гравированного, изъеденного и слоистого
ландшафта вокруг южной полярной шапки, которая состоит из отложений, лежащих
над древней кратерной топографией и разрушаемых в основном ветрами — и на некоторой
прошлой стадии, возможно, ледниками. Это снова, казалось, засвидетельствовало
прошлые циклы климатических изменений. Космический корабль также возвратил первые
изображения двух марсианских лун вблизи. Ко времени, когда Маринер-9 наконец
исчерпал топливо, а именно 27 октября 1972, он получил 7239 изображений. Красная
планета была показана как никогда прежде, и это была не другая Земля и не другая
Луна; это был Марс — собственной персоной.
Я не предлагаю рассказывать в подробностях о марсианской геологии, обширном
предмете, который нельзя раскрыть в такой книге. Однако, я должен по крайней
мере суммировать некоторые из основных моментов, которые появились в результате
близкого изучения снимков Маринера-9.
Сначала, за немногими исключениями, границы классических, видимых с Земли деталей
альбедо совсем не коррелируют с настоящей марсианской топографией (среди исключений
— бассейны столкновения Эллада и Аргир, которые были известны с Земли как большие,
круговые яркие области). Например, вместо высушенного морского бассейна, как
долго верили, Большой Сирт оказался высоким плато; с другой стороны, некоторые
из других тёмных областей, типа Ацидалийского моря — относительно плоские низменности.
Низменные области планеты — большие ударные бассейны — ярки, но ярки и самые
высокие, Фарсида и Элизиум. Короче говоря, номенклатура Скиапарелли, которая
долго служила для обозначения видимых с Земли особенностей альбедо, не годится
для топографических деталей, и стало необходимым, чтобы в 1973 году Международное
Астрономическое Объединение представило некоторые новые термины:
Catena: цепочка кратеров
Chasma: каньон
Dorsum: горный хребет (гряда)
Fossa (pl. fossae): борозда (длинная, узкая долина)
Labyrinthus: комплекс пересекающихся долин
Mensa (pl. mensae): плоскогорье
Mons (pl. montes): гора
Planitia: равнина
Patera: мелкий кратер с зубчатыми гранями
Tholus: маленькая, куполообразная гора или холм
Vallis (pl. valles): долина
Vastitas: обширная низина
Вообще говоря, марсианская поверхность разделена на два главных региона. Это
разделение упоминалось как большая "дихотомия коры". К югу от круга,
наклонённого приблизительно на 35° к экватору планеты, лежит древняя, густо
покрытая кратерами горная местность; к северу от этого круга простираются более
молодые, относительно приглаженные равнины и вулканические нагорья. Граница
между этими двумя регионами сформирована невысоким, нерегулярным обрывом и низкими,
узловатыми холмами. В среднем, южная горная местность приблизительно на 2.1
километра выше, чем северная низменность.
Южная горная местность, которая включает большинство субэкваториальных частей
планеты, также как и довольно широкий язык, простирающийся к северу вне линии
Сабейский залив — залив Меридиана, богата кратерами настолько, что её вид очень
походит поверхностно на таковой горной местности на Луне — отсюда обескураживающие
результаты пролётных Маринеров. В случае Луны, были длинные и горячие дебаты
о происхождении этих кратеров; на одной стороне были те, кто полагали, что они
были ударными образованиями, на другой были те, кто утверждали, что они были
сформированы внутренними процессами некоторого вида — вообще говоря, вулканизмом.
В течение 1960-ых и в начале 1970-ых вопрос был наконец решительно улажен в
пользу теории столкновения, и можно не сомневаться, что марсианские кратеры
сформированы таким же образом.
Процесс столкновения теперь разработан весьма детально. Когда объект — скажем,
маленький астероид — погружается в поверхность планеты, это производит две взаимодействующих
ударных волны. Первая ударная волна охватывает астероид, выпаривает его, и плавит
камень непосредственно в точке столкновения. Эта часть процесса поглощает относительно
маленькую долю энергии столкновения; намного большая доля уходит на создание
второй ударной волны, которая путешествует радиально в стороны от точки столкновения,
выкапывает кратер и бросает в виде вала раздробленный материал вокруг него.
Кратеры различных диаметров имеют различные формы. Очень маленькие кратеры —
просто ямы круглой формы, которые имеют довольно постоянное отношение глубины
и диаметра — приблизительно 0.20. Большие кратеры более сложны. Сильная отдача
поверхностных пород от удара вызывает центральный пик или пики. Кроме того,
многие из больших кратеров имеют террасные стены, созданные оползнем — резким
падением материалов края к центру кратера. Это частичное заполнение материалом
со стенок объясняет, почему у более сложных кратеров относительная глубина уменьшается
с увеличением диаметра.
Даже после пролета Маринеров было очевидно, что вообще марсианские кратеры менее
глубокие и более сглаженные, чем их лунные собратья, и обычно имеют не очень
высокое кратерное кольцо. Есть также относительный недостаток мелких кратеров
на Марсе (меньших, чем приблизительно 20 км в поперечнике). Эти результаты легко
объясняются тем, что на Марсе, в отличие от Луны, какое-то время было значительное
выветривание водой, воздухом и (возможно) ледниковая эрозия. Есть другие важные
различия между марсианскими и лунными кратерами также. Вершинные ямки на центральных
пиках марсианских кратеров гораздо более обычны, чем на Лунных, и хотя меньшие
ямки имеют похожие на лунные валы выбрасывания, материал которых падал по баллистическим
траекториям, те, у которых диаметр больше чем приблизительно 5 километров, имеют
тенденцию иметь другой образец перекрывающих материалов выброса — с краями наподобие
подтёков — что свидетельствует об их формировании потоком на поверхности. Было
предложено, что переход диаметра через 5 километров между баллистическими и
текучими образцами может соответствовать минимальной глубине, которая должна
быть выкопана, чтобы выпустить подповерхностный водный лед.
Марсианские ударные кратеры с диаметрами больше, чем приблизительно от 50 до
70 километров, называют бассейнами. Величайшие бассейны, больше чем 300 километров
в поперечнике, окружены рядом колец, подобным уже известным на Луне, хотя снова
из-за эрозионных сил марсианские валы гораздо хуже сохранились.
Бассейн Эллада, размером 2300 километров от края до края, является наиболее
внушительной топографической особенностью марсианского южного полушария. Его
дно — самое низкое место на Марсе, местами глубиной 5 километров ниже марсианской
нулевой отметки. (На Марсе, конечно, нет никакого истинного "уровня моря";
вместо этого отметка нулевой высоты определена как уровень, на котором парциальное
давление углекислого газа равно 6.1 миллибар, что соответствует тройной точке
воды. При давлениях больше чем 6.1 миллибар жидкая вода на поверхности в некотором
интервале температур может существовать; для более низких давлений она выкипит
или замёрзнет. Зимой Эллада часто покрывается замёрзшим углекислым газом, и
в такие времена может казаться блестяще-белой. Другие бассейны, ясно видимые
на сделанных Маринером-9 изображениях, это Исида и Аргир, последний размером
1900 километров в поперечнике, с хорошо сохранившимися краевыми горными хребтами
Нереид и Харит (Nereidum и Charitum montes). Этот бассейн также часто покрывается
углекислотным снегом. Другая главная горная цепь, горы Флегра (Phlegra montes),
расположена в Элизиуме; эти горы были идентифицированы как останки краевых гор
другого бассейна, который был позже заполнен вулканами. В недавние годы множество
других больших бассейнов было идентифицировано, большинство их почти стёрто
марсианским выветриванием.
Если составить график встречаемости кратеров различных размеров для горной местности
Луны, Меркурия и Марса, полученное распределение, хотя не идентичное, демонстрирует
существование двух разных популяций кратеров: старшая совокупность, сделанная
в течение периода тяжелой бомбардировки, во время которой были сформированы
большие бассейны и большинство кратеров пересечённой горной местности; и более
молодая совокупность, которая может быть прослежена и на более молодых равнинах
и была сформирована потом — после тяжелой бомбардировки.
Когда солнечная система начала формироваться 4.6 миллиардов лет назад, вращающийся
диск газа и пыли начал, зерно за зерном, слипаться в большие объекты, известные
как планетезимали; они в свою очередь объединились в планеты. Некоторые из планетезималей
успели стать довольно большими, и их столкновения с планетами приводили к роковым
последствиям. Например, считают, что удар тела размером с Марс и Земли привёл
к появлению Луны. Другое столкновение между большим объектом и Марсом приблизительно
4.2 миллиарда лет назад может хорошо объяснять дихотомию марсианской коры. На
низменностях северного полушария, которые теперь в значительной степени покрыты
осадочными обломками, гигантский ударный бассейн был экспериментально идентифицирован.
Северный бассейн, как он называется, имеет 7700 километров в поперечнике с центром
посреди Великой Северной Равнины (Vastitas Borealis) под 50° N, 190 °W; он действительно
обширный, и в целом закрывает примерно 80 процентов равнин северного полушария.
Очевидно, космос был гораздо больше переполнен в ранней истории солнечной системы,
чем теперь, и столкновения были более часты. Остаток аккреционного материала
подверг Луну и планеты массированной последней бомбардировке, в которой столкновения
происходили так часто, что их поверхности стали насыщены кратерами — другими
словами, формирование новых кратеров могло иметь место, только стирая существующие
ранее. В случае Луны, этот период катастроф закончился приблизительно 3.8 миллиардов
лет назад. Он мог окончиться в то же время и на Марсе, хотя есть признаки, что
там он продолжался несколько дольше. В любом случае, объекты, образовавшиеся
из слипшихся обломков, вымерли. Впредь кратеры добавлялись с намного меньшей
частотой и были вызваны случайными столкновениями астероидов и комет (для Марса,
который находится совсем близко к поясу астероидов, было оценено, что астероиды
создают в семь раз большее количество кратеров, чем кометы). Именно эти кометы
и астероиды ответственны за позднейшую тяжелую кратерирующую бомбардировку.
Различные области на поверхности Марса показывают широко различные плотности
кратеров; наиболее густо кратерированные области самые старые. Таким образом,
относительные возрасты поверхностных блоков (стратиграфические отношения) могут
быть разработаны, и, делая некоторые предположения о том, когда последняя тяжелая
стадия бомбардировки закончилась и какова была интенсивность кратерообразования
с тех пор, можно даже оценить их абсолютный возраст (хотя действительно надежные
величины появятся, лишь когда в наших руках будут настоящие образцы с поверхности
Марса). Самые старые блоки составляют так называемую Нойскую систему, которая
представлена древним усыпанным кратерами ландшафтом, таким как в Земле Ноя (приблизительный
возраст от 4.60 до 3.80 миллиардов лет). Следующие по возрасту отложения составляют
Гесперийскую систему, чьи блоки характеризуются гребнистыми равнинами, участки
которых найдены на плато Гесперия и на Великой Северной равнине (приблизительный
возраст 3.80 — 3.55 миллиардов лет). Наконец, Амазонская система состоит из
в значительной степени гладких равнин типа Ацидалийской, Амазонии и Элизиума
(возрасты меньше чем 3.55 миллиардов лет).
Исследователи Марса когда-то полагали, что Марс в своей ранней истории был прохладен,
и что он сформировал горячее ядро на относительно поздней стадии, когда в результате
нагревания из-за распада радиоактивных материалов нагрелся достаточно, чтобы
началось плавление камня. Это подразумевало бы позднее начало вулканизма. Мы
теперь знаем, что это не так, причём из безупречного источника: через прямой
анализ непосредственно марсианского материала.
Этот материал существует в форме нескольких необычных метеоритов — один упал
в Chassigny, Франции, в 1815; другие упали в Shergotty, Индии, в 1865 и в Nakhla,
Египте, в 1911; и несколько других были идентифицированы также. Их марсианское
происхождение, однако, подозревалось только с 1981 года. Метеориты классифицируются
в три группы: шерготтиты (shergottites), наклиты (nakhlites), и шассингиты (chassignites)
(все вместе известный как SNCs). Все имеют обычный каменный тип, но они очень
молоды по сравнению с 4.5-миллиарднолетним возрастом большинства метеоритов.
Были проанализированы газы, захваченные в пузырьках произведенной ударом стеклянной
фракции, и доказано, что они имеют точно такой же состав, как газы в марсианской
атмосфере; они также содержат маленькие количества водных и измененных водой
минералов. Мало кто сомневается, что они марсианские. Они были освобождены в
космос при одном или (более вероятно) нескольких столкновениях с такой силой,
что достигли скорости покидания и в конечном счете достигли Земли.
Детальные исследования SNC-метеоритов прояснили, что не намного позже, чем аккреция
сформировала Марс, его внутренние слои были уже горячие и дифференцировались
в железное с никелем ядро, мантию и кору. Значительная часть теплоты на этой
стадии, должно быть, преобразовалась непосредственно из энергии столкновений.
Таким образом, марсианский вулканизм начался рано. В течение поздней Нойской
эпохи и ранних времен Гесперийской эры расплавленный камень (магма) начал достигать
поверхности. Обширные гребнистые равнины появились в областях южного полушария;
так называемые нагорья патер также появились, из которых четыре расположены
около бассейна Эллада и вероятно образовались в связи с глубокими разломами,
произведенными во время столкновения, которое сформировало это. Известный лучший
пример — Тирренская патера (Patera Tyrrhena, координаты 23° S, 255° W), которая,
кажется, является вулканом взрывчатого типа, и его нерегулярная кальдера на
вершине (40 км длиной и 12 км шириной) окружена большим количеством пепла. Плато
равнины Большой Сирт (10° N, долгота 290° W) — другая ранняя вулканическая область;
его деятельность, кажется, начинается в течение постимпактной релаксации коры
вокруг бассейна Исида. Тёмные материалы, которые покрывают это плато, порождены
слабовыступающим вулканическим щитом.
Этот ранний вулканический период был характеризован быстрым уходом теплоты от
центра к поверхности. Неизбежно планета начала охлаждаться; когда это произошло,
конвекция мантии уменьшилась, лежащая выше кора устойчиво утолстилась, и поверхностный
вулканизм стал концентрироваться в более ограниченных регионах. По некоторым
ещё не полностью понятым причинам, главная вулканическая деятельность сосредоточилась
в двух областях: Элизиум и Фарсида. Эти области отметили местоположения "горячих
точек", или факелов мантии — мест, где колонка нагретого материала поднималась
из мантии. Почему должны быть только два таких факела на Марсе, не известно,
но последствия достаточно очевидны. Затопление лавой произошло в этих областях
в огромном масштабе, производя куполообразное наращивание материала, который
давил на лежащую кору и произвел пояса интенсивных разломов. По экватору начала
раскрываться долина Маринера, и сформировался ряд глубоких корытообразных долин,
ориентированных радиально к нагорью Фарсида; позже, в результате выветривания,
образовались уступы и овраги.
Первым появившимся вулканом в Элизиуме был купол Гекаты (Hecates Tholus), щитовая
структура примерно 180 километров диаметром и 6 километров высотой. Центр извержений
потом переместился на 850 километров на юг, чтобы формировать выпуклый купол
Альбор (Albor Tholus). Дальнейшие извержения воздвигли гору Элизиум (Elysium
Mons), щитовой вулкан около 500 километров в поперечнике в своём основани и
стоящий примерно на 9 километров выше окружающей равнины; его вершина отмечена
кальдерой 14 километров шириной.
Намного большая вулканическая деятельность имела место в Фарсиде, на западе.
Выпуклость Фарсиды выделяется подобно огромному горбу над эллипсоидальной формой,
которую планета имела бы, будучи в равновесии с собой; этот горб простирается
на 4000 километров от плато, ограниченных бороздами Мареоты (Mareotis Fossae)
на севере, до плато Солнца (Solis Planum) на юге, и на 3000 километров от Лунного
плато (Lunae Planum) на востоке до равнин Амазония (Amazonis) и Аркадия (Arcadia
Planitia) на западе. Фарсида возвышается на 8 - 10 километров над средним уровнем
поверхности Марса. В позднее Гесперийское время вулканическая деятельность в
этом регионе была сосредоточена в патере Альба, которая находится на северном
фланге возвышенности в сильно пересечённой местности; сама кальдера показывает
малый вертикальный рельеф, но поперечник её измеряется в 1500 километров. К
раннему Амазонскому времени стала активной линия разлома, бегущая по северо-западному
краю нагорья Фарсида, вызывая три больших щитовых вулкана гор Фарсиды. Несколько
меньших щитов и вулканических куполов лежат близко к той же самой линии — патеры
Библиды, Улисса и Урана (Biblis, Ulysses, Uranius paterae), и купола Урана,
Керанский и Фарсида (Uranius, Ceraunius, Tharsis Tholi). Наконец, на северо-западном
фланге нагорья Фарсида, в 1200 километрах к северо-западу от вышеупомянутой
линии, возникла гора Олимп, чьи склоны, вероятно, окажутся самой молодой поверхностью
на Марсе. Извержения здесь продолжились намного позже охлаждения недр планеты,
когда погаc активный вулканизм в других местах — самые последние, возможно,
произошли всего лишь 300 миллионов лет назад.
Из всех странных открытий Маринера-9 наиболее захватывающим было признание сетей
долин и каналов оттока, которые едва ли могут сформироваться иначе, чем действием
текучей воды на или близ поверхности. Их существование обеспечило самое сильное
свидетельство, что Марс, возможно, подвергся большим климатическим изменениям
со временем.
Сети долин — в целом более древние объекты. Они имеют притоки, так что они очень
походят на сухие русла рек, и они лежат почти полностью (приблизительно на 98
процентов) в усыпанной кратерами горной местности южного полушария — и поэтому
должны быть столь же древними, как она. Они, как правило, от 1 до 2 километров
шириной и не очень длинные; даже включая их системы притоков, сети редко продолжаются
больше, чем несколько сотен километров. Самые длинные — долина Маадим (Ma'adim
Vallis, сосредоточенная под 20° S, 182° W), Аль-Кахира (Al Quahira, под 18°
S, 196° W), и долина Ниргал (Nirgal Vallis, к северу от Аргира под 28° S, 40°
W) — достигают в длину от 400 до 800 километров. Сначала надеялось, что сети
долин будут доказательством, что на раннем Марсе имели место осадки — дождь,
другими словами, — хотя последующее изучение показало, что они дают все признаки
того, что были сформированы просачиванием подземных вод из-за плавления богатой
льдом вечной мерзлоты.
Некоторые долины сформировались после конца периода астероидной бомбардировки;
например, система, расположенная на северных склонах Патеры Альба. Она определённо
молодая, вполне может быть раннего Амазонского возраста. Как ни посмотри, она
выглядит подобной речным долинам, произведенным стоком со склонов Гавайских
вулканов, и подобно последним верят, чтобы быть сформированной поверхностным
стоком (хотя снова произведено процессом просачивания скорее чем дождевой водой).
По сравнению со сравнительно крошечными сетями долин, каналы оттока — объекты
большого масштаба; типично они измеряются сотнями километров в длину и десятками
километров в ширину. Они вообще исходят из областей поверхности, которые подверглись
краху, типа хаотического ландшафта или каньонов. Несколько выдающихся примеров
— долины Арес, Тиу и Симуд — начинаются в хаотическом ландшафте в заливе Авроры
у восточного конца долины Маринера; долина Касэй (Kasei Vallis) простирается
от каньона Эхо (Echus Chasma), расположенного к западу от Лунного плато; и три
долины Маджа, Ведра и Бахрам (Maja, Vedra, Bahram valles) выходят из каньона
Ювенты (Juventae Chasma), на противоположном фланге Лунного плато. Все эти каналы
тогда сливаются и исчезают на юге днища равнины Хрис (Chryse Planitia) на восточном
краю нагорья Фарсида. Есть также много каналов оттока в Элизиуме, к северо-западу
от вулканической области, откуда они выходят на низменные северные равнины;
в то время как другие найдены в Мемнонии, Амазонии и на краю Эллады.
У этих огромных каналов нет притоков; некоторые, вроде долины Мангала (Mangala
Vallis) в горной области Мемнония (Memnonia) на границе равнины Амазония, характеризованы
ваяемыми очертаниями суши типа слезинки или обтекаемых руслом островов. Самая
близкая земная аналогия с такими особенностями — Channeled Scabland восточного
Вашингтона, в Соединенных Штатах, который был сформирован в конце последнего
ледникового периода, когда большая часть западного штата Монтана была покрыта
озером талой ледниковой воды (Озеро Мизула). Озеро поддерживалось под контролем
ледниковой дамбой, протянутой поперек северного штата Айдахо; когда дамбу внезапно
прорвало, это выпускало захваченную воду во внезапном наводнении, которое осушало
целое Плато Колумбии вплоть до Тихого океана в течение несколько дней. Есть
все причины полагать, что марсианские каналы были также сформированы катастрофическими
наводнениями, и даже в более монументальном масштабе.
Каналы оттока вообще более молоды, чем сети долин, и все были сформированы после
периода астероидной бомбардировки; каналы вокруг Хрис были датированы по времени
Гесперийским периодом, а долина Мангала имеет Амазонский возраст. Многие из
каналов, кажется, показывают многократное затопляющее событие в течение длительного
периода, и очевидно они могли даже формироваться при существующих условиях;
хотя жидкая вода непостоянна на поверхности Марса из-за низкого атмосферного
давления (любая, которая образуется, там быстро выкипит), это не налагает никакого
препятствия массивным наводнениям краткой продолжительности.
Каков был источник всей воды? Вероятно, что рано в своей истории Марс имел гораздо
более существенную атмосферу, чем теперь. Через какое-то время, существующий
кислород окислял горные породы, делая их красными, и вода просачивалась вниз
через сломанный метеоритами реголит. В верхних частях реголита вода заморозилась,
но дальше вниз температуры были всё ещё слишком горячи, так что вода осталась
жидкостью, и моря сформировались глубоко в недрах Марса, объединяясь ниже в
богатый льдом слой вечной мерзлоты, возможно в несколько километров толщиной.
Вулканизм, такой как в Фарсиде, причинял обширное плавление колпака вечной мерзлоты,
выпуская воду через водопроницаемые вулканические породы, дальше по большим
системам разломов типа борозд Мемнония (Memnonia Fossae) и долины Маринер, и
наконец на поверхность в обширных катастрофических наводнениях.
Значение сетей долин и каналов оттока все ещё обсуждается, и я буду говорить
о них больше в следующей главе, но их открытие, без сомнения, было наиболее
важным открытием Маринера-9. Астрономам, геологам и другим серьёзным людям это
дало отличную возможность считать, что Марс, имея когда-то в наличии позволенную
текучую воду на поверхности, возможно, не всегда был так запретно суров, как
теперь. Это в свою очередь дало огромный стимул следующей американской миссии,
Викингу, чья высокая цель была не чем иным, как начать in situ поиск свидетельств
жизни на Марсе.
Вероятность обнаружения живых организмов на Марсе была очевидно очень мала,
но казалось, что она не равнялась нулю. Такой поиск был не без фантастических
аспектов, но он стал почти неизбежным с тех пор, как Персиваль Ловелл сидел
в окуляре своего телескопа и, просматривая небольшой оранжево-желтый шарик,
покрытый поперечными полосами цвета, смаковал мысль: «Здесь должна быть жизнь!»
c 1996 Аризонский Пульт Регентов
назад на главную страницу
Сайт управляется системой
uCoz