Марсианин: как выжить на Красной планете

В течение Великого противостояния 1909 года молодой сотрудник Пулковской обсерватории Гавриил Тихов сделал серию снимков Марса, используя различные светофильтры. В частности, он установил: резкость деталей на диске планеты постепенно снижается к краю, что, по мнению Тихова, свидетельствовало о наличии плотной атмосферы. Действительно, атмосфера планеты независимо от состава должна рассеивать солнечные лучи, а интенсивность рассеянного света изменяется обратно пропорционально четвертой степени длины волны. Поэтому зеленые лучи должны рассеиваться атмосферой сильнее, чем красные, а детали поверхности будут замываться рассеянным светом атмосферы. Еще сильнее должны рассеиваться синие и фиолетовые лучи; в еще большей степени – ультрафиолетовые. Астрономы попытались проверить открытие Тихова во время следующего Великого противостояния 1924 года, когда американский астроном Уильям Райт получил с помощью рефлектора обсерватории Лик серию снимков Марса во всех лучах спектра от инфракрасных до ультрафиолетовых. Вскоре такую же серию снимков сделал и другой американец Фрэнк Росс.

Снимки Райта и Росса не только подтверждали результаты Тихова, но и позволили обнаружить два новых эффекта. Во-первых, в синих, фиолетовых и ультрафиолетовых лучах никакие детали поверхности не просматривались, а были видны только полярные шапки. Во-вторых, диаметр диска Марса в фиолетовых лучах был заметно больше, чем в красных. Их открытие не стало столь же громкой публичной сенсацией, как открытие марсианских каналов, но в научных кругах оно вызвало не менее горячие споры, чем вопрос о каналах.

Разность диаметров диска Марса в ультрафиолетовых и инфракрасных лучах на снимках Райта и Росса достигала от 200 до 300 км. Если это результат рассеяния солнечных лучей в атмосфере Марса, то ее высота должна быть равна половине от названной величины: от 100 до 150 км. Отсюда Уильям Райт сделал вывод, что Марс окружен плотной и протяженной атмосферой. Однако непосредственные наблюдения показывали, что атмосфера прозрачна. Получалось противоречие: если бы Марс обладал очень плотной атмосферой, то она казалась бы нам молочно-белой, примерно как атмосфера Венеры.

Некоторые ученые пытались объяснить эффект Райта несовершенством фотографических методов, и в 1926 году астроному пришлось повторить опыт. Росс, используя аналогичное оборудование, сфотографировал Юпитер, Венеру и искусственные модели планет, показав, что для этих планет и моделей эффект Райта не наблюдается.

Дискуссия продолжалась. Теоретическое исследование процесса рассеяния света в атмосфере планеты, выполненное в том же 1926 году советским астрономом Василием Фесенковым, показало, что при любых предположениях о строении атмосферы Марса разность видимых радиусов планеты в фиолетовых и красных лучах не может превысить 35 км, но никак не 100 или 150 км. Тогда Уильям Райт предложил новое объяснение своему эффекту. Атмосфера Марса может быть очень разреженной и прозрачной, но на некоторой высоте (скажем, 100 км) в ней находится слой каких-то частиц в виде мглы или дымки, рассеивающий фиолетовые лучи. Он получил название «фиолетового слоя» или «голубой дымки». Этот феномен долгое время мучил астрономов, но в конце концов получил объяснение, что таким образом проявляются уникальные фотометрические свойства марсианской поверхности.

Французский астрофизик Жерар де Вокулер попытался определить оптическую толщину атмосферы Марса. По результатам своих наблюдений 1945 года он пришел к выводу, что давление у поверхности Марса равно 60–70 мм ртутного столба (то есть в 10 раз меньше, чем у поверхности Земли) и соответствует давлению земной атмосферы на уровне 18 км. На основании этих данных он заключил: «Вода может находиться на поверхности Марса в жидком состоянии (температура кипения воды при таком давлении равна +40°)».

Но и это значение оказалось завышенным в пятнадцать раз! Сегодня мы знаем, что оно составляет 4,6 мм ртутного столба. Ученого подвели частицы пыли, постоянно присутствующие в атмосфере Марса и рассеивающие солнечный свет наряду с газовыми молекулами, – их вклад в рассеяние был ошибочно приписан газовой атмосфере.

Что касается состава атмосферы, то к его изучению подошли только в 1947 году, когда американец нидерландского происхождения Джерард Койпер использовал для изучения соседней планеты инфракрасный спектрометр. Первые же записи инфракрасных спектров Марса и Луны показали, что у Марса значительно усилена полоса СО₂. Таким образом, однозначно удалось установить, что в атмосфере присутствует углекислый газ – причем в количествах, заметно превышающих его содержание в атмосфере Земли.