Мозг Брока. О науке, космосе и человеке

В ходе тщательного исследования возможных причин таких значительных климатических изменений на Марсе был выделен механизм обратной связи, известный как адвективная[134] нестабильность. Атмосфера Марса состоит преимущественно из углекислого газа. По крайней мере в одной полярной шапке содержится большое количество замерзшего СО2. Давление СО2 в марсианской атмосфере приблизительно равно давлению СО2, ожидаемому в равновесии с замерзшим углекислым газом при температуре холодного марсианского полюса. Эта ситуация весьма схожа с давлением в лабораторной вакуумной системе, которое определяется температурой погружного охлаждающего термостата в системе. В настоящее время марсианская атмосфера настолько разрежена, что горячий воздух, поднимающийся с экватора и оседающий на полюсах, играет очень незначительную роль в нагревании высоких широт. Но давайте представим, что температура в полярных областях каким-то образом слегка повышается. Общее атмосферное давление увеличивается, эффективность передачи тепла посредством адвекции от экватора к полюсам также увеличивается, полярные температуры увеличиваются еще больше, и мы видим возможность резкого возрастания температуры. Таким же образом снижение температуры по какой-либо причине может вызвать резкое ее понижение. Разобраться в физической природе марсианской ситуации проще, чем в похожем случае на Земле, потому что на Земле главные компоненты атмосферы – кислород и азот – не находятся в замерзшем состоянии на полюсах.

Чтобы давление на Марсе значительно увеличилось, количество тепла, поглощенного в полярных областях планеты, должно увеличиваться на 15–20 % по крайней мере в течение столетия. Были определены три возможных источника изменения уровня нагревания полярной шапки, и они, что примечательно, очень похожи на три известные модели изменения климата Земли, которые обсуждались выше. Во-первых, играют роль изменения наклона оси вращения Марса по отношению к Солнцу. Эти изменения гораздо более впечатляющие, чем на Земле, потому что Марс находится ближе к Юпитеру, самой огромной планете в Солнечной системе, и на него действует мощное гравитационное поле Юпитера. Поэтому колебания глобального давления и температуры происходят в течение сотни тысяч – миллиона лет.

Во-вторых, значительные климатические изменения может вызывать изменение альбедо полярных областей. Мы уже можем наблюдать песчаные и пыльные бури на Марсе, из-за которых полярные шапки темнеют и светлеют по сезонам. Было выдвинуто одно предположение, что климат Марса мог быть более благоприятным, если бы можно было вырастить морозоустойчивые виды полярных растений, которые бы понизили альбедо марсианских полярных областей.

И наконец, существует вероятность изменения яркости Солнца. Некоторые из каналов на Марсе имеют кратеры от падения метеоритов, и приблизительное определение возраста каналов по частоте падения метеоритов из межпланетного пространства показывает, что некоторым из них около миллиарда лет. Это напоминает последнюю эпоху высоких среднегодовых температур на планете Земля и увеличивает вероятность синхронных значительных изменений климата на Земле и Марсе.

Последующие миссии «Викинга» на Марс дополнили наши знания о каналах, обеспечили довольно независимые доказательства существования более плотной атмосферы в древние времена и продемонстрировали наличие значительных количеств замерзшего углекислого газа в полярных льдах. Когда результаты, полученные «Викингом», будут обобщены, они обещают значительно дополнить наши знания об окружающей среде (касающиеся как настоящего времени, так и прошлого планеты), а также о сравнительных характеристиках климата Земли и Марса.

Когда ученые сталкиваются с чрезвычайно сложными теоретическими проблемами, всегда есть возможность проведения экспериментов. При исследовании климата целой планеты, однако, проводить эксперименты дорого и сложно, и они могут иметь неприятные социальные последствия. По счастливой случайности природа пришла к нам на помощь, обеспечив нас ближайшими планетами со значительными отличиями в климате и разными физическими характеристиками. Возможно, самая точная проверка теорий климата заключается в том, могут ли они объяснить климатические особенности всех ближайших планет – Земли, Марса и Венеры. Результаты, полученные в ходе исследования одной планеты, неизбежно помогут исследованию других. Сравнительная климатология планет – это дисциплина, которая находится в процессе зарождения, вызывает огромный научный интерес и имеет практическое применение.

Глава 15 Каллиопа и Кааба