Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Новые гипотезы о природе полярных районов

Образование полярных слоистых отложений связано с очень низкой зимней температурой в районах полюсов, ниже температуры конденсации и водяного пара, и углекислого газа. Роль центров конденсации играют мельчайшие пылинки, взвешенные в атмосфере и ответственные за розовый цвет неба Марса. На них нарастает слой инея, пылинка утяжеляется и выпадает на поверхность. Таков необычный путь конденсации ничтожных количеств влаги, присутствующей в атмосфере. За сезон выпадает один слой частиц, однако он вряд ли отличим от предыдущего и последующего. Слои, которые видны на рис., отмечают более крупные климатические изменения. Слоистые отложения уходят на большую глубину под полярными шапками, вероятно, на 1—2 км. вблизи южной и на 4—6 км. у северной полярной шапки.

В экваториальном поясе известно несколько районов, по природе похожих на полярные отложения, но меньшей толщины. Протяженность каждого из них около 1000 км. Таковы, например, экваториальные слоистые отложения в районе 4°ю.ш., 156°з.д. Есть основания считать, что они действительно возникли в полярном районе и что процесс их таяния растянулся на несколько сотен миллионов или даже миллиард лет, вплоть до наших дней. По мере сублимации льда и уноса ветром пылевых частиц из-под отложений появляется неповрежденный древний кратерный рельеф. Такие же отложения, наполовину скрывающие рельеф «дна», находятся у 73°ю.ш., 215°з.д., в районе северной полярной шапки.

Первые предположения о том, каким образом полярные отложения могли оказаться вблизи экватора, возникли, когда было обнаружено, что району слоистых отложений в экваториальной зоне соответствует похожий участок на диаметрально противоположной стороне планеты. Возникла гипотеза о миграции полюсов. Она хорошо объясняла наблюдаемые факты, но требовала настолько большого смещения полюсов, что объяснить его колебаниями полярной оси было бы невозможно.

Наиболее вероятная причина смещения полюсов лежит в перераспределении масс в мантии планеты (или даже в ее коре). Если вновь возникшие наиболее плотные части мантии (масконы) находятся достаточно далеко от экватора, нарушается устойчивость вращения, и в результате вся кора Марса, которая представляет собой как бы единую плиту, стремится сместиться таким образом, чтобы маскон переместился к экватору. Положение оси вращения планеты в пространстве при этом не изменяется. Разумеется, несбалансированная масса не обязательно должна быть масконом у поверхности, это может быть и какая-то масса в глубине планеты или заполняемые лавой огромные кратерные моря.

Выявлению движений коры, происходивших в истории Марса, способствуют хорошо сохранившиеся древние районы с возрастом почти 4 млрд. лет. Путь полярных районов за длительное время похож на грандиозную подкову. Северный полюс побывал вблизи северо-западной окраины массива Олимп, в точке 45°с.ш., 160°з.д., затем подолгу оставался в трех районах сегодняшнего экватора и оставил там много полярных слоистых отложений. Одно из смещений, последнее по времени, совпадает с периодом мощных вулканических извержений в районах горы Олимп и Фарсиды. Предполагается, что одной из причин смещения как раз и была вулканическая активность и связанный с нею перенос масс.

С такими смещениями связано направление некоторых следов на поверхности планеты. На снимках Марса выделены необычные кратеры удлиненной формы с боковыми выбросами, напоминающими крылья бабочки. Много лет думали, что удар метеорита под любым углом к поверхности приводит к появлению кратеров только круглой формы. Но оказалось, что есть исключение: если тело падает под углом менее 5° к поверхности, получается удлиненный кратер. Вероятность такой траектории для обычных метеоритов, подлетающих к планете с любого направления, очень мала. Действительно, на Луне таких кратеров примерно 0,5%. Вероятное количество касательных падений было рассчитано и для Марса, но удлиненных кратеров оказалось намного больше. Причем эти кратеры там довольно крупные, так что породившие их тела должны быть достаточно массивными.

Далее было найдено, что удлиненные кратеры примерно одной возрастной группы ориентированы своей осью в одинаковом направлении. Чтобы объяснить это, предложили интересную гипотезу: кратеры образованы обломками некогда существовавших, но теперь упавших спутников Марса. Каждая группа обломков от одного разрушенного спутника выпадала на поверхность Марса по дуге большого круга при определенном положении полярной оси. По направлению цепочек удлиненных кратеров удалось восстановить примерное положение полярной оси относительно поверхности в разные эпохи, и эти положения совпали с теми результатами, которые получены по мерзлотным отложениям

Целый ряд явлений на Марсе, по-видимому, можно объяснить этими гипотезами. Например, долины, оставшияся от древних марсианских рек, которые ныне находятся вблизи полюса, передвинулись туда из экваториального района. Мерзлотные отложения возникли в полярном районе, а у экватора оказались много позднее. Холмы слоистых отложений на днищах некоторых кратеров вблизи экватора — также остатки древних полярных отложений, из-под которых теперь появился еще более древний рельеф. Наконец, находит объяснение молодость нынешних полярных районов.

Путь полюсов Земли ученые находят методами палеомагнитного анализа: породы, которые образовались в зонах срединноокеанических рифтов (и вообще в извержениях), несут как бы «застывшее» направление магнитного поля. В 1990-х гг. обнаружили нечто подобное и на Марсе, где палеомагнитные поля образуют узкие длинные полосы. Современное магнитное поле Марса представляет собой суммарный эффект этих полос; оно очень слабое и составляет на экваторе от 0,07 до 0,8 мкТл (на Земле около 30 мкТл).