Температура Марса

Некоторыми исследователями были сделаны попытки приблизительного определения температуры Марса на основании теоретических соображений. Вопрос этот представляет исключительный интерес, потому что температура планеты является одним из главных факторов, определяющих господствующие на ней физические условия, в частности, и условия возможности существования жизни.

Поэтому, даже приближенное определение температуры Марса могло бы пролить значительный свет на природу известных нам об этой планете фактов. Знание температуры Марса - почти ключ к разгадке тайн этого соседнего мира. Если температура слишком низка - возможность жизни на Марсе исключается; следовательно, гипотеза Лоуэлля отпадает во всей ее широте; даже существование растительности на Марсе мы в этом случае уже не в праве предполагать. Наоборот, при достаточно высокой температуре, предположение о существовании жизни на Марсе приобретает большую вероятность, так как наблюдаемые изменения цвета некоторых областей его поверхности очень хорошо объясняются развитием там растительности и изменениями ее состояния.

Попытки определить температуру Марса базируются на двух источниках. Один из них - альбедо планеты: другой - данные о содержании водяного пара в атмосфере Марса, полученные на основании спектроскопических исследований. Исходя из альбедо Марса, температуру его определил Лоуэлль. Прежде чем перейти к этому исследованию, остановимся несколько на понятии об альбедо и его роли в тепловой экономии планеты.

Альбедо есть отражательная способность поверхности; она выражается дробью, показывающей отношение количества отраженных поверхностью лучей к количеству лучей, падающих на нее. Альбедо различных веществ весьма различно; поэтому оно до известной степени характеризует исследуемое вещество.

Альбедо планет определялось фотометрическими измерениями, идея которых заключалась в следующем. Теоретически вычислялась яркость, присущая планете в том случае, если бы она отражала все падающие на нее солнечные лучи; затем находилось отношение яркости, определенной непосредственными фотометрическими измерениями планеты к этой теоретической яркости.

Для своих рассчетов Лоуэлль пользовался измерениями Мюллера в Потсдаме и Целльнера (для Луны), согласно которым планеты имеют следующие альбедо:

Различные горные породы, океан, лес, снег и пр., имеют следующие альбедо:

По измерениям Вери и Ланглея, альбедо земной атмосферы составляет 0.74.

Принимая в расчет альбедо различных видов земной поверхности (лесов, морей, пустынь и пр.) и их количественное распределение, Лоуэлль считает возможным принять, как среднюю величину для альбедо земной поверхности в целом - 0.11; а т. к. земная поверхность получает лишь 25 % света, падающего на внешние границы атмосферы (75% отражаются и поглощаются атмосферой) то количество света, отраженного земной поверхностью, составляет лишь 0.25X0.11, т. е. около 3 % общего количества света, падающего на землю с ее атмосферной оболочкой.

Таким образом, общее альбедо земли, непокрытой облаками^* по Лоуэллю составляет 0.74 + 0.03 = 0.77. Согласно исследования Тейссеран-де-Бора, небо на земле покрыто облаками приблизительно на 50%, а т. к. альбедо облаков равно 0.72, то окончательно, среднее значение альбедо земли получается около 0.75.

^* (Вери производил свои исследования в ясную погоду.)

Рассмотрение альбедо земли и планет показывает, что чем слабее атмосфера планеты, тем меньше ее альбедо; самые меньшие альбедо имеют Меркурий и Луна, вовсе лишенные атмосферы.

Таким образом, альбедо планеты является важным критерием для суждения о значительности ее атмосферы.

Но оно играет большую роль и в тепловых условиях планеты. Уже непосредственно очевидно, что чем большая часть получаемого планетой тепла отражается ею обратно в пространство, тем меньше тепла остается на долю планеты. Таким образом, при прочих равных условиях планета с большим альбедо должна получать меньше тепла, чем планета с малым альбедо. Однако, в действительности, вопрос этот весьма усложняется тем, что чем больше альбедо, тем больше плотность атмосферы; и хотя с увеличением альбедо и уменьшается получаемое планетой тепло, зато, с увеличением плотности атмосферы возрастает ее теплоемкость, вследствие чего полученное планетой тепло лучше сохраняется от рассеяния.

Таким образом, эти два фактора-альбедо и плотность атмосферы, из которых первый является следствием второго, действуют в противоположные стороны. Точная связь этих факторов пока недостаточно известна, поэтому выводы о температуре планет, основанные на альбедо, имеют лишь известную вероятность, но не должны рассматриваться, как достоверные.

При расчете средней температуры Марса, Лоуэлль исходил из соотношения между альбедо земли и Марса и из количеств солнечного излучения, получаемого обеими планетами в зависимости от их расстояний от Солнца.

Приближенно установив соотношение между количествами солнечной энергии, получаемыми Землей и Марсом, Лоуэлль применяет затем закон Стефана, связывающий излучение с температурой и определяет среднюю температуру Марса, исходя из известной нам средней температуры Земли. При этом расчете Лоуэлль принимает также во внимание роль облачного покрова на Земле и на Марсе, в значительной мере поглощающего тепловые лучи. Подробное рассмотрение этого исследования Лоуэлля завело бы нас слишком далеко, а поэтому ограничимся здесь лишь указанием на окончательный результат, полученный Лоуэллем. Среднюю температуру Марса он нашел равною 8,7°С выше нуля. Автор этой книги, пользуясь новыми данными относительно альбедо планет, полученными Рэсселем, произвел новое вычисление средней температуры Марса по способу Лоуэлля; в результате получилось -4°С.

В самое последнее время (1921-1922 гг.) были произведены новые исследования планетных температур помощью так называемого термоэлектрического столбика. При этом способе температура измеряется изменением силы электрического тока, получающимся вследствие нагревания проводника. Чувствительность этого электрического способа измерения температур очень велика. Термоэлектрическим столбиком при употреблении очень чувствительного гальванометра можно измерить колебания температуры до одной миллионной доли градуса.

Даже такая высокая чувствительность является едва достаточной при измерениях ничтожных колебаний температуры, вызываемых тепловым излучением планет.

Указанным способом пользовались в своих работах Кобленц и Мендель. В сентябре 1923 г. Менцель опубликовал результаты своих последних измерений. Среднюю температуру Марса он определяет в 12°-16° С. ниже нуля, хотя отдельные его измерения и приводили к температуре гораздо более высокой - 5°С ниже нуля.

Средняя температура земли, как известно, равна 15°С выше нуля.

Таким образом, годичная средняя температура Марса получается гораздо ниже земной. Главной причиной этого является разреженность марсовой атмосферы, лишь в незначительной степени способной удерживать теплоту.

Однако, с другой стороны, та же слабость марсовой атмосферы дает возможность солнцу с такой непосредственностью нагревать поверхность планеты, как нигде на земле. Поэтому, несмотря на низкую среднюю температуру, мы вполне можем думать, что летом днем температура на поверхности Марса поднимается значительно выше точки замерзания воды. Вся совокупность происходящих там изменений наталкивает на эту мысль, т. к. они наилучшим образом согласуются с представлением о циркуляции на планете воды и о развитии и изменениях растительности, связанных с временами года планеты.

Вместе с тем несомненно, что суточные колебания температуры на Марсе должны быть очень велики, в особенности, в совершенно лишенных влаги, пустынных областях; об этих громадных скачках температуры нам дает понятие климат наших пустынь, где (как, например, в Сахаре), разница между дневной и ночной температурой достигает 50°С, а годичные колебания температуры - 70°С.

В пустынях Марса, эти колебания должны быть еще грандиознее. Но едва ли возможно говорить о климате Марса в целом, точно также, как этого нельзя было бы сделать относительно Земли. Наблюдения показывают, что на Марсе есть области, нередко скрытые под покровом облаков и туманов, что свидетельствует о влажности, присущей этим областям.

Присутствие влаги значительно увеличивает теплоемкость атмосферы, а потому температурные крайности в таких областях, конечно, значительно меньше, чем в марсовых пустынях, и, возможно, допускают существование тех или иных форм жизни.