Серебристые облака и их наблюдение

Наблюдения давно уже показывали, что в атмосфере Марса плавают облака. Эти облака были двух типов: желтые облака, состоящие, очевидно, из мелкой пыли, и белые и синие облака, появлявшиеся преимущественно вблизи лимба или терминатора планеты, т. е. в областях с более низкой температурой (рис. 34).

Рис 34.«Синие» облака на Марсе вблизи терминатора (фотографии получены Э. Слайфером в 1954 г).

Температура и давление атмосферы Марса у поверхности планеты значительно ниже, чем у поверхности Земли. Кроме того, по ряду причин вертикальное строение атмосферы Марса отличается от строения земной атмосферы. Таких причин известно несколько.

Прежде всего, на Марсе ускорение силы тяжести составляет лишь 37 % земного. Поэтому плотность и давление атмосферы Марса убывают с высотой медленнее, чем в земной атмосфере, Это вытекает из формулы (2) § 2, поскольку шкала высот Н_* обратно пропорциональна ускорению g.

С другой стороны, средняя относительная молекулярная масса μ атмосферы Марса, состоящей в основном из углекислого газа, примерно в 1,5 раза больше, чем у земной атмосферы (44 против 29), что частично компенсирует уменьшение g (в формуле (2) для Н_* величина μ, как и g, стоит в знаменателе).

Далее, температура атмосфера Марса ниже, чем земной атмосферы, из-за отдаленности планеты от Солнца и слабого парникового эффекта[6]. Это приводит к уменьшению числителя в той же формуле.

По измерениям давления, плотности и температуры на разных высотах в атмосфере Марса, произведенным советскими космическими аппаратами серии «Марс, а также американскими космическими аппаратами серий «Маринер» и «Викинг», была построена модель атмосферы Марса, изображенная на рис. 35.

Рис. 35.Модель атмосферы Марса (по М. Я. Марову).

Температура, равная у поверхности 220 К, падает затем с высотой, достигая на уровне 24 км значения 160 К. Выше простирается стратомезосфера Марса — из-за отсутствия озонного слоя и связанного с ним максимума температуры стратосфера и мезосфера на Марсе сливаются в один слой с постоянной температурой. И только выше 100 км начинается область разогрева атмосферы Марса — термосфера.

Построив для атмосферы Марса диаграмму, подобную диаграмме И. А. Хвостикова для земной атмосферы (рис. 36), мы сможем убедиться в том, что ниже некоторого уровня образование ледяных облаков в атмосфере Марса невозможно, но выше этого уровня оно может происходить, если удельная концентрация водяного пара в марсианской атмосфере q достигнет необходимого минимального значения, в соответствии с табличкой:

Рис. 36. Диаграмма И. А. Хвостикова для атмосферы Марса.

Что же говорят о присутствии водяного пара в атмосфере Марса спектроскопические измерения? Выход спектральных аппаратов за пределы земной атмосферы, до того путавшей все карты астрономов, позволил получить большую серию измерений содержания водяного пара в вертикальном слое атмосферы Марса. Эту величину принято выражать в микрометрах слоя осаждений воды. В большинстве случаев она равна 5÷20 мкм, хотя иногда (причем чаще всего над полярными шапками) увеличивается до 60÷80 мкм.

Если принять, что удельная влажность атмосферы Марса q одинакова на всех высотах (что может и не соответствовать действительности), то 10 мкм осажденного слоя будут соответствовать q = 4∙10^-4. Таким образом, реальные пределы q = 2∙10^-4÷3∙10^-3. Им соответствуют нижние границы формирования ледяных облаков от 4 до 14 км.

По данным модели атмосферы Марса можно указать и верхние границы возможности образования ледяных облаков: от 58 до 74 км. Как мы сейчас убедимся, они хорошо согласуются с наблюдениями.

Нужно иметь в виду, что модель атмосферы Марса, о которой мы говорили до сих пор, — средняя для всей планеты. В более холодных местах и в зимнее время года условия для образования ледяных облаков улучшаются. Таким образом, нет никакого сомнения, что белые и синие облака; наблюдаемые на Марсе, это действительно ледяные облака, подобные перистым и серебристым облакам земной атмосферы. Вот только никакой границы по высоте мы провести между ними не можем.

Фотометрические наблюдения с космического аппарата «Марс-5» показали на высоте 30÷35 км в утренние часы наличие слоя аэрозоля, состоявшего, по-видимому, из кристалликов льда размером порядка 1 мкм и имевшего оптическую толщину около 0,1. С орбитального аппарата «Викинг-I отмечалось несколько подобных слоев на высотах от 15 до 70 км, толщиной в несколько километров. Такие большие высоты роднят марсианские облака с нашими серебристыми облаками.