Роль задач механики в понимании современного состояния Марса

Ключи к проблеме жизни на Марсе

А.М. Хазен

Перепечатка статьи с тем же названием из «Науки и жизнь» №1, 2004 г. с восстановлением сокращённого в ней по журнальным причинам и авторскими добавлениями, подтверждающими изложенное в ней результатами экспедиций на Марс после выхода статьи в свет.

Марс, ближайший сосед Земли в Солнечной системе, постоянно привлекает внимание людей и становится источником сенсаций, главный смысл которых – найти на нём жизнь. К сожалению, итоги строгих исследований с применением современной техники и космических аппаратов не оставили надежд на то, что на Марсе существовала цивилизация, подобная земной. Если жизнь на нём сегодня есть, то только в простейших микробных формах. В пользу такого говорят результаты исследований последних лет, показавшие наличие на Марсе больших количеств воды, сегодня имеющих форму льда. Аргументы против существования жизни на Марсе возникли в исследованиях, показавших, что на на нём при высокой активности Солнца уровень жёсткой радиации затрудняет существование земных форм даже микробной жизни. На Земле такое блокирует атмосфера. На Марсе она слишком разрежена. Существенную долю в этой радиации составляют потоки частиц. На Земле их не пропускает на её поверхность магнитное поле планеты. Марс такого не имеет. Несмотря на это, сегодняшнее мнение, которое усиливается, сводится к тому, что в прошлом короткий период жизнь на Марсе была. Дополнительные оригинальные аргументы в пользу этого излагаются здесь.

Роль задач механики в понимании современного состояния Марса

Реальность всегда богаче и интереснее “сенсаций”, хотя сложна и скучна в подробностях. Давно и очевидно известное при этом часто приобретает неожиданный новый смысл. Сегодня реальность выражают итоги неоднократных космических экспедиций к Марсу. Среди них топографическая карта Марса, не уступающая по детальности земным. Её описанию посвящена статья 19 авторов в последнем из майских 1999 г. номеров журнала “Science” [1].

На орбиту вокруг Марса был выведен космический аппарат “Глобал сервейор”. Он был снабжён лазерным высотомером со средней точностью измерений 13 метров, а на ровных поверхностях до 2 метров. С его помощью было выполнено около 30 миллионов измерений. На рис. 1 в виде двух половин глобуса схематически показана топографическая карта Марса, полученная в результате этой работы.

Как обычно на картах, горы на ней жёлтые и коричневые, а впадины зелёные и синие. Для наглядного выделения рельефа в ней использована “подсветка” и “тени” от неё. Оказалось, что максимальный перепад высот на поверхности Марса доходит до 32 километров, то есть около четырёх высот самой большой земной горы – Эвереста. Было установлено, что гигантский марсианский вулкан Олимпус имеет высоту 27 километров. Он один из самых больших среди известных на планетах Солнечной системы.

Измерения дали новые сведения о давно известной огромной воронке-кратере Эллада в южном полушарии планеты. На рис. 1 она помечена стрелкой.

Лазерные измерения выявили подробности, недоступные астрономическим методам. Их отражает азимутальное сечение кратера Эллада, которое показано на рис. 2. Видно, что его глубина примерно равна высоте самой высокой земной горы – Эвереста. Диаметр кратера на поверхности Марса порядка 4000 км. Это расстояние от Москвы до Новосибирска. В глубине поперечник кратера уменьшается примерно до 1500 км. По отношению к длине окружности поверхности Марса это немалые величины.
Детальность отображения на карте рис. 1 поверхности Марса показывает, что кратер Эллада окружён выбросами породы. Даже просто зрительно, на топографической карте бросается в глаза аналогия этих выбросов с окрестностями воронки от взрыва снаряда или бомбы, освещённых косыми лучами солнца. Они занимают почти всё южное полушарие планеты.

Масштабы воронки Эллада практически не оставляет сомнений в том, что в прошлом Марс столкнулся с каким-то небольшим астероидом, каких много в Солнечной системе. Это понятно всем.

Противоположность по диаметру Марса вулкана Олимпус и кратера Эллада была замечена давно. Однако пока вне внимания даже серьёзных исследователей и коллективов остались особенности задач механики, связанных с этим столкновением. О них дальше в этом параграфе. Начать его нужно с известного.

Современная планетология выделяет в истории образовании Солнечной системы эпоху катастрофической метеоритной бомбардировки. Для Земли, Луны и Марса ориентировочно её датируют интервалом 4,1 – 3,8 миллиарда лет назад. Следы столкновений тех времён видны, например, на поверхности Луны в виде гигантских круглых морей и крупных кратеров. В них наблюдаются аномалии увеличения силы тяжести, свидетельствующие о большей плотности пород под ними. Подробнее об этом можно прочесть, например, в статье В.Н. Жаркова и В.И Мороза [2]. Однако кратеров, сопоставимых по параметрам с марсианской Элладой, астрономы на планетах не обнаруживали.

На Земле кратеры от древних столкновений плохо наблюдаемы из-за последующих геологических процессов с участием воды и жизни, стёрших их формы. В последнее время появились результаты, указывающие, что около 3,5 миллиардов лет назад Земля столкнулась с метеоритом, диаметром примерно 50 км. О столкновении свидетельствуют обнаруженные в Южной Африке и в Австралии слои миниатюрных сферических частиц. Они имеют толщину 20 – 30 см. Такие шарики обычно образуются из расплавленного материала метеоритов. Например, падение метеорита 65-миллионолетней давности, с которым связывают вымирание динозавров, дало отложения таких же сферических частиц. Однако толщина слоёв в этом случае всего порядка 2 см, то есть масштабы катастрофы были меньше, чем при более древнем столкновении, когда существовали только микробные формы жизни. Наше существование доказывает, что космическая катастрофа в начальный период жизни на Земле не прервала её эволюции.

Вероятность космических столкновений для Марса больше, чем для других планет Солнечной системы, так как он сосед известного в планетологии пояса астероидов. Топографические данные о поверхности Марса и кратере Эллада практически не оставляют сомнений, что в прошлом Марс среди многих ударов метеоритов катастрофически столкнулся с небольшим астероидом.

Среди астероидов (в том числе и тех, которые составляют пояс астероидов) большинство состоит преимущественно из железа. Дело в том, что на уровне формирования ядер атомов химических элементов железо отличается наибольшей устойчивостью. Поэтому оно становится преимущественным итогом ядерных реакций и во Вселенной его много. Высока вероятность, что Марс столкнулся с астероидом, состоящим почти целиком из железа.

В пользу этого говорят следствия топографических особенностей Марса, которые не отражены в литературе о нём. Поясню их на примере современных орудийных снарядов.

Применение военными в снарядах обеднённого урана (которое вызвало известные всем скандалы о загрязнении окружающей среды) нужно потому, что у него уникально большая плотность. Она приводит к увеличению проникающей способности снарядов в броню и подземные укрытия. Параметры образующихся при этом воронок специфичны и известны. Судя по глубине и профилю кратера Эллада, ударивший по Марсу “снаряд” должен был иметь большую плотность вещества. Конечно, он не был из урана, но плотность железа, из которого состоят метеориты и астероиды, не мала. Если использовать теорию, методы расчётов и программы, разработанные военными для задач проникания снарядов, то измеренный профиль кратера Эллада позволит с их помощью восстановить параметры удара, нанесенного астероидом по Марсу. Надеюсь, что среди читателей журнала найдуться те, кто выполнит такие расчёты, и не забудет сослаться на эту статью как источник постановки задачи.

На топографической карте Марса существует и другая уникальная особенность. В литературе о Марсе с удивлением подчёркиваются огромные масштабы вулкана Олимпус на нём и связанный с ним “антикратер”, который явно виден на карте. На рис. 1 этот комплекс указан стрелкой с надписью “откол”. Видно, что “антикратер” и вулкан находятся на диаметрально противоположном от Эллады участке северного полушария Марса (рис. 1), если не забыть, что на карте и при “проколе глобуса диаметром” правая и левая сторона одного из полушарий оказывается противоположной.

Для того, чтобы установить связь вулкана Олимпус и его уникальности с кратером Эллада опять вспомним о броне.

Соревнование толщины брони и разрушительной силы взрывчатых веществ началось давно. В начале прошлого века казалось, что толщина брони в нём победила. Но в это соревнование вмешался простой физический эффект. Когда снаряд ударяется о броню или взрывается на её поверхности, возникает ударная волна. Она распространяется в толщу брони, доходит до её противоположной свободной поверхности и отражается от неё. В самой ударной волне материал сжимается. По законам механики при отражении волны от свободной поверхности напряжения в материале изменяют знак на противоположный – возникают силы, стремящиеся оторвать её куски. Пока начинкой снарядов был порох и подобная относительно медленно горящая взрывчатка это специфических проблем не вызывало. Когда стали применяться более бризантные и мощные составы, взрыв снаряда на наружной поверхности, например брони танка, за счёт растягивающих напряжений за фронтом отраженной ударной волны стал откалывать “тарелки” металла. Они, рикошетируют внутри танка, разрушают и убивают, несмотря на то, что броня насквозь не пробита.

Топографическая карта Марса не оставляет сомнений, что подобное произошло и при его столкновением с железным астероидом. Вызванная этим ударная волна добежала до противоположного полушария. Сферическая форма планеты сфокусировала её симметрично кратеру Эллада. При отражении от свободной поверхности планеты возникли силы планетарных масштабов, стремящиеся оторвать от неё “тарелки”. Такой не оторвавшейся “тарелкой” стал “антикратер” и вулкан Олимпус.

Конечно, это упрощенная схема. Сейсмология Земли показывает, что её жидкое ядро непрозрачно для продольных волн. Марс геофизически похож на Землю. Подобное должно быть характерно и для его ядра. Однако никто ещё не пытался проверить как это ограничение будет работать при прохождении через ядро Земли очень мощных ударных волн. В этом случае высоко вероятны перестройки циркуляционных потоков в жидком ядре.

В отличие от Земли считается, что у Марса нет жидкого ядра. Новые исследования приливных деформаций поверхности Марса ставят это под сомнение. Существуют неизвестные особенности тектонических плит на Марсе, которые неизбежно вносят дополнительные детали в задачу о распространении и отражениях ударной волны при образовании кратера Эллада. В связи с этим надо повторить предложение к читателям – профессионалам в компьютерных расчётах ударных волн: используйте свои заделы и малыми средствами будут получены результаты, которые ещё не скоро смогут дать экспедиции на Марс. В частности, возникнут возможности разгадать ещё одну загадку Марса.

Магнитометрические измерения на орбитах вокруг Марса показали, что его магнитное поле не является “магнитным диполем” с чёткими северным и южным магнитными полюсами (как привычно на Земле). Оно имеет характер планетарных слоёв с чередующимися знаками поля, упрощенно-иллюстративно напоминающих домены в ферромагнетиках. Наверняка это играет не малую роль в незащищённости Марса от солнечных космических частиц, а потому и в задаче о возможной жизни на нём хотя бы в прошлом.

Нет исчерпывающей теории образования магнитного поля планет. Однако достоверно, что в этом участвуют движения и электрические токи на уровне ядер планет. Наблюдаемые существенные аномалии магнитного поля Марса, наиболее вероятно, означают, что при космической катастрофе ударная волна проникла в ядро Марса и вызвала в нём необратимые изменения циркуляций, а потому и магнитного поля планеты. Пока они ещё не поняты, хотя бы потому, что задача о сильных ударных волнах планетарного масшатаба ещё не ставилась. Если аномалии магнитного поля Марса возникли с участием ударных волн, то до столкновения не только атмосфера, но и магнитное поле (как для Земли) защищало поверхность Марса от губительной радиации.

Грандиозность масштабов разрушений при прошлой катастрофе на Марсе не оставляет сомнений. Причины для них были не только в районе кратера и “откола”. В зонах карты зелёного и синего цвета сил, вызывающих откол, не было. Но смещения поверхности при прохождении ударной волны вызывали землетрясения. Они были намного больше, чем самые грандиозные из тех, что мы знаем в истории Земли. Несомненно, что если жизнь на Марсе до катастрофы была, то её следы этими землетрясениями были в значительной мере стёрты. Относительно ровные поверхности, которые изображены синим и зелёным цветом на карте рис. 1, могли образоваться с участием воды океанов. При отражении волн она “выплёскиванием” унесла часть их импульса, ослабляя разрушения дна. Однако и остатков импульса было достаточно для уничтожения следов жизни в бывших осадочных отложениях.

На поверхности Марса обнаружены следы водной эрозии типа русел рек и промытых водой каньонов. Их трактуют как результаты, подобные земному рельефу, образовавшиеся за миллионы лет. Однако в результате удара астероида и отражённых ударных волн выбросы воды океанов должны были быть грандиозными и сток этой воды мог мгновенно изменить рельеф даже более существенно, чем миллионолетние её потоки на Земле.

Что касается Южного полушария Марса, то оно, как видно из карты рис. 1 и схемы рис. 2, оказалось просто засыпанным выбросами из кратера Эллада. Вблизи него возможные свидетельства жизни оказались погребёнными километровыми слоями породы, а вдали, если слои составляли даже всего метры, то этого достаточно, чтобы превратить поиски остатков жизни в археологические экспедиции, требующие применения тяжёлой землеройной техники. Это и в земных условиях непросто.

Астероид столкнувшийся с Марсом, несомненно, железный. При столкновении большая часть его железа должна была испариться. Эта статья была написана ещё в 1999 г. и в кратком газетном варианте опубликована в одной из русскоязычных газет Нью-Йорка. Тогда в ней я объяснял и подчёркивал, что всем известный красный цвет Марса должен стать сильным аргументом в пользу существования жизни на нём в прошлом. Но за прошедшее время оказалось, что этот аргумент уже подробно исследован.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: