Как влияют на Землю катастрофические изменения на соседних планетах.

Земля, Марс и Венера, эти три среднего размера планеты Солнечной системы находятся приблизительно в одинаковых (по масштабам Космоса) условиях. В течение миллионов лет своего формирования три сестры Земной группы почти поровну «разделили» водные ресурсы, да и расстояние до Солнца у них не слишком различно. Ученое сообщество обозначило «обитаемой зоной» пространство орбит этих планет. Почему же судьба таких близких и похожих планет так сильно отличается? Марс – почти «высох» и там царствует космический холод, а Венера напротив раскалена донельзя. Лишь Земля стала ласковой колыбелью для развития жизни. Но всегда ли так было? Приблизиться к пониманию изменений, которые произошли на Венере и на Марсе, и спроецировать их на климатическую судьбу Земли помогли искусственные космические спутники: два Экспресса – Марс и Венера.

Венерианские хроники.

Особенность нашей раскаленной соседки заключается в том, что осевое вращение планеты происходит практически перпендикулярно орбитальной плоскости. Уникальная комбинация такого вращения с плоскостью обращения вокруг Солнца стала причиной тому, что Венера повернута постоянно к Земле (в нижней точке) только одной своей стороной. Земля, силой своей гравитации, в свою очередь, влияет на Венеру, однако этот факт особого значения в масштабах длительного времени не имеет. Парадокс заключается в том, что находясь ближе к Солнцу, Венера солнечной энергии получает существенно меньше, чем наша планета. Причина кроется в непроницаемом слое облаков из ядовитых газов, который как зеркало отражает солнечные лучи. 

Базовая информация о Венере и её атмосфере была получена на основании данных искусственных спутников и спускаемых аппаратов, объединенных в одну серию «Венера» плюс спутник «Pioneer Venus». Неоценим вклад и спутника Венера-Экспресс, который находился на верхней орбите вокруг планеты в течение 10 лет, вплоть до 2015 года. Результаты были поразительны. Верхние слои венерианской атмосферы (от 40 до 70 км) состоят из взвеси серной кислоты (!) в соединении с неким веществом, состав которого пока не удалось определить. Единственно известно, что оно поглощает часть ультрафиолетового спектра. Научно говоря, на Венере климат отсутствует, как таковой. По определению, климат зависит от наклона лучей Солнца и широты их падения. Спускаемые космические аппараты получили данные, что и на ночной и на дневной стороне поверхности Венеры условия почти одинаковые: около 460°C. Причина в парниковом эффекте, который гипертрофирован. Приблизительно 10 % солнечной энергии достигает венерианской поверхности, речь идет о видимом диапазоне спектра. И это невзирая на мощный облачный слой. При этом атмосфера из углекислоты почти полностью гасит излучение ИК поверхности Венеры. Существуют лишь несколько так называемых «окон прозрачности». 

По сей день очень многое не ясно. Известно, что атмосфера Венера это почти сплошной мега ураган, который вращается  вокруг планеты со скоростью до 140 метров в секунду. Нюансы этого процесса не вполне ясны, но источник вращательной энергии кроется в нагреве атмосферы Венеры солнечными лучами. Пока неизвестен ученым и точный состав нижних слоев венерианской атмосферы. Вопрос вызывает химия газа содержащего серу. Принято к расчетам, что содержание двуокиси серы в атмосфере  превышает пределы термического и химического равновесия между нею и поверхностью планеты. Здесь может речь идти о высокой активности вулканической системы. Тем не менее, радары аппаратов «Венера-16» и «Magellan» не нашли современной вулканической деятельности, хотя доставили информацию о том, что возраст венерианской поверхности молод – менее 700 миллионов лет. Большие вулканы Венеры при ближнем наблюдении в ИК-диапазоне позволили увидеть аномальное излучение вокруг них. Другие данные и фотохимические модели указывают на то, что равновесие вполне может иметь место, но с научной точки зрения этому нет объяснения. 

Марсианский климат.

Марсианский климат определен удалением этой планеты от системообразующей звезды (Солнца) и наклоном вращательной оси. Существенный эксцентриситет марсианской обриты серьезно осложняет ситуацию. В результате, зима в южном полушарии намного мягче, чем на северных широтах. Если сравнить с земными условиями, где эксцентриситет мал, сближение нашей планеты с Солнцем не смягчает зиму в северном полушарии. Задаются ученые и вопросом: случайно ли, давление на Марсе составляет 6 мБар, при средней планетарной температуре около минус 60°C. Лишь иногда в летний сезон под прямыми солнечными лучами температура марсианской поверхности нагревается до 25°C. В эти периоды орбитальные станции фиксируют появление русел ручьев. Есть информация, что жидкая форма солевых растворов может находиться на поверхности планеты в любом климатическом сезоне. Почему температуры на Марсе не опускаются за определенный предел? Все дело в конденсации CO2 на полюсах Марса, где шапки снега из углекислоты достигают толщины в два метра.  

Марсианская гидросфера помимо углекислых шапок на полюсах, образует и вечную грунтовую мерзлоту. Ученые считают, что она присутствует на всех широтах. Атмосферные воды Марса влияют на альбедо и в течение десятков тысячелетий формировали асимметрию полярных снегов. В то же время количество воды в атмосфере крайне незначительно и меняется посезонно. Спектрометры показали, что ареал полярных марсианских шапок распространяется вплоть до 60 градуса обеих широт, в то время как видимая её граница в летний сезон не опускается ниже 80 градуса на северном полюсе и 94 градуса – на Южном. Приборы показали, что толщина льда эквивалентна приблизительно 20 метрам воды. 

Еще менее изучен состав грунтовых вод на более умеренных широтах и в экваториальной зоне. Показания нейронных исследований на глубине до 2 метров показывают 14-сантиметровую  (нижнюю) оценку. Модельная оценка радарных установок – 11 метров. В итоге, ученые разных стран пришли к предварительному выводу, что сегодня на Марсе содержание воды оценивается в 30 метрах эквивалента глубины мирового океана. В связи с ограниченными техническими возможностями этот показатель было принято считать нижним пределом. Исследования в этой области продолжаются. 

Факты и гипотезы «сотворения Вселенной».

Принято считать, что Солнечная система сформировалась из туманности примерно 4 млрд.65 млн. лет тому назад. Это была солнечная туманность, в состав которой помимо гелия входил и ряд других тяжелых соединений и элементов. Таким образом, современные планетарные атмосферы могут быть как очевидным следом атмосфер первичных, так и результатом воздействия пришлых комет. Планеты-гиганты солнечной системы в ходе эволюции смогли удержать в своем большинстве газы, а спутники этих планет представляют собой не что иное, как громадные ледяные глыбы. А вот планеты, входящие в земную группу, это достаточно близкие по составу минеральные образования с крупными вкраплениями льда. Присутствие летучих веществ определяет наличие у этих планет атмосферы, а у Земли еще и огромного мирового океана.  

Согласно основной гипотезе, в составе каждой из трех планет вполне могут иметь место планетозимали из практически любой точки в нашей звездной системе. Таким образом, количество летучих веществ на них, по определению, почти одинаково. Во взаимосвязи с объемами солнечной энергии вода либо адиссипировала в ходе эволюции и частью замерзла (Марс), либо полностью исчезла по причине масштабного парникового эффекта, как на Венере. Лишь Земле удалось сохранить свои водные запасы, и все благодаря самому удачному из трех планет местоположению в планетной системе нашего светила - Солнца. 

Ученым пока не удалось прийти к единому мнению в отношении формирования и эволюционного пути Земли, Марса и Венеры. Тем не менее, был сделан обобщающий вывод, что вода и атмосфера на данных соседках-планетах отнюдь не изначальна. Процесс их формирования шел в постоянном взаимодействии с постепенно остывающей мантией планет. Гипотезу о кометном происхождении этой группы планет нашей системы первым высказал Отто Юльевич Шмидт. Сегодня в ученом сообществе принята формулировка, что либо излучение Солнца на ранних этапах было недостаточным, либо планетозимали богатые водой формировались далеко от Солнца. Основой для этих умозаключений является обилие инертных газов и отношения их изотопов. Измерить данные газы на таких космических расстояниях невозможно, а аппаратура на спускаемых аппаратах пока не обладает необходимой точностью. В итоге ученые склоняются к гипотезе об однородности изначального состава всех трех планет: Земли, Марса и Венеры. 

Почему на Марсе почти полностью исчезла атмосфера, а на Венере так мало воды?

Диссипационные (нетепловые и тепловые) процессы не дают получить вещество в существенном количестве. В этом случае возможны два традиционных механизма: гидродинамические потери и бомбардировка телами крупного (планетарного)  размера. Механизм №1 достаточно прост. При мощных ударах крупных тел выделяется энергия, которая провоцирует взрыв, способный буквально «сорвать» атмосферу. При этом детальное изучение моделей показывает, что в дальнейшем все продукты этого взрыва собираются вновь при помощи гравитационных сил. В тоже время масса летучих веществ, выделившихся во время ударной дегазации, способна на несколько порядков быть больше массы земного океана. 

Плюс к этому, взрыв способствует и выделению летучих соединений ударного объекта. В итоге, напрашивается вывод, что такая бомбардировка ведет к обогащению атмосферы, а не к её потере. Не обойтись и без гидродинамического разлета. Основа механизм № - это проблема, связанная с произвольностью моделей, которые его описывают. Нужен легкий газ, который будет увлекать другие летучие соединения. Возможно, в самом начале, в течение первых миллионов лет во время отвердевания планет земной группы происходило формирование и атмосферного слоя, который состоял преимущественно из водяного пара на отметке превышающей сверхкритическую. Как известно это может запустить процесс гидродинамического выноса. На рассмотрении находились несколько других моделей, увязанных с парниковым эффектом и ультрафиолетовым  солнечным излучением. 

История и истоки водных запасов оценивает по изотопным соотношениям. Как известно атом водорода в два раза легче атома дейтерия, которому ввиду этого сложнее дать импульс для выхода на вторую космическую скорость. Водные запасы: истоки и история.  Потери планетой воды напрямую связаны с насыщенностью атмосферы дейтерием. Чем его больше, тем больше потери воды. В момент гиподинамического убегания планеты дифференциация незаметна. D/H отношение измеряется при помощи спектроскопа дистанционно. Это великолепный индикатор. D/H в протопланетном исходном веществе почти в 10 раз ниже, чем на нашей планете. Для комет, которые удалось измерить, это соотношение выше земного в два раза. Речь идет о телах из отдаленных частей Солнечной системы. Предположительно на раннем этапе, таким источником были кометы юпитерианской зоны. Вывод таков, что справедливость гипотезы о кометном происхождении планетарной воды хоть и не исключена, но ничтожно мала. 

Исследования атмосферы и грунта Марса позволяет допустить несколько эволюционных сценариев.

При этом каждый из них указывает на то, что когда-то на Марсе было в достатке воды, которая потом была утрачена. Если умножить D/H-фактор на объемы нынешнего содержания воды, то ювенальный океан Марса обладает эквивалентной глубиной в 150 метров. 

Многие ученые склоняются к позиции, что Марс потерял атмосферу ввиду отсутствия магнитного поля, что сделало планету незащищенной от солнечных ветров. Проекты Фобос-В и Экспресс-Марс принесли информацию широкого разброса. Это позволило предположить, что за свою жизнь Марс потерял воды в пределах 3 и 80 метров. Эти объемы составляют лишь 10 процентов от изначально предполагаемых. Значит, где-то в недрах Марса есть колоссальные запасы воды либо имели место серьезные потери гидродинамические. Учитывая возможные потери азота и углекислоты, можно говорить о большем весе гипотезы №2. 

Общественности хорошо знакомы геологические доказательства о том, что на поверхности Марса была вода. Это высохшие речные русла, долины и масштабные дренажные системы. Эти рельефные формы образовались почти 3,5 миллиарда лет тому назад, и для этого нужно было как минимум 500 метров эквивалентной глубины. Оставила вода и следы в минеральных отложениях. Впервые такие свидетельства были обнаружены космическим аппаратом Экспресс-Марс. Особый сорт глины – фоллосиликат, который получается путем выветривания при участии воды, были на Марсе обнаружены в местах древних вулканических кратеров. Однако близ высохших русел и на дне предполагаемого высохшего моря их не оказалось. Достоверные факты контакта с жидким состоянием воды присутствуют лишь в наиболее древних местах планеты. В противовес повсеместно замечены подтверждения высокой активности вулканов, о чем свидетельствуют сульфаты гидратированные. Вкупе эта информация, соотнесенная с продвинутыми моделями хронологической оценки по методу кратерного подсчета, позволяет сделать определенный вывод об эволюции марсианского климата. 

В атмосфере Земли углекислота в основном «хранится» в известняковых породах. Найти подобные минералы на Марсе стало возможным лишь благодаря космическому беспилотному аппарату Марс-Орбита. Их наличие отмечено в небольших областях, где есть кратеры от метеоритов и древние оголенные склоны долин. Возможно ли, чтобы первоначальная марсианская атмосфера ноахийской эпохи, содержала 16 бар углекислоты в карбонатах, которые сегодня скрыты от наблюдений отложениями более поздних эпох? Ударная потеря первоначальной атмосферы в этих условиях кажется более вероятной. Это могло произойти из-за метеоритной атаки более 4 миллиардов лет тому назад. В итоге, напрашивается вывод, что вопреки классической хронологии, ранний теплый период на Марсе закончился намного раньше и был кратковременен. После этого долгое время Марс был сухим, что вкупе с процессами выветривания и окисления сформировало нынешний облик этой планеты. 

Каким образом на Венере исчезла вся вода, но почти полностью остался в сохранности запас углекислоты? Помочь в ответе на этот вопрос могут гидродинамические потери. Этот механизм на первоначальной Венере запустило ультрафиолетовое излучение молодого тогда ещё Солнца плюс парниковый эффект, характеризующийся динамикой. Прекращение гидродинамического выноса произошла благодаря потере воды, что воспрепятствовало разогреву. В результате установились современные значения парникового эффекта. Поверхность Венеры свидетельствуют о глобальном вулканизме, а также о процессах плавления в периоды усиления парниковых влияний. Это возможно лишь в случае, если в атмосферу попадает дополнительная вода. Такое происходит во время извержений вулканов или если в планету врезалась комета. Одна из последних моделей показывает, что различие судеб Венеры и Земли обусловлено нюансами сложного процесса остывания магмы, что зависит о расстоянии небесного тела от источника энергии – Солнца. Эта модель делает ненужным создание дальнейших моделей эволюции атмосфер. 

Океан магмы земной планеты, находящейся близко к Солнцу застывает в разы дольше, чем той, что удалена от светила. Чем дольше процесс охлаждения и застывания, тем выше потери атмосферной воды. Если планета охлаждается быстро, вода сохраняется. Венера в этом смысле находится на критическом от Солнца расстоянии. 

Марс пригоден для жизни?

Климат и обитаемость Марса тесно увязаны между собой. Условия Марса максимально приближены к Земным, что испокон веков вызывало повышенный интерес с точки зрения марсианских форм жизни, а чуть позже с точки зрения возможности колонизации планеты. 

На основе имеющихся данных Марс близок к жестким требованиям, необходимым для зарождения жизни. Современная наука считает, что для этого нужен перманентный контакт (в течение миллионов лет) результатов вулканической деятельности и термальной воды. Но даже в случае, что условия на Марсе не совпадают с Земными по времени, то вполне возможно, что на планету живые споры были занесены метеоритами. В период становления внутри нашей планетной системы обменные процессы шли весьма интенсивно. Тем более что эксперименты доказывают высокую выживаемость спор в условиях космоса. Однако пока нет данных о том, могут ли споры выдерживать термоядерные космические удары. В итоге, пока можно сказать, что если на Марсе и есть жизнь, то это примитивные микроорганизмы. Именно поиск жизни был целью первых марсианских экспедиций. Из множества анализов и экспериментов лишь в одном случае был получен результат, который с большой натяжкой можно назвать положительным.

В целом исследования на предмет наличия жизни на Марсе считаются отрицательными. Это заставило переосмыслить тенденции дальнейшего изучения планеты. Теперь вопрос задается по-другому: а возможна ли в принципе жизнь в условиях такой планеты? И речь идет не только, и не столько о современном этапе её эволюции, а о ранних периодах. Это стало началом геологического исследования Марса. Были разработаны специальные экстракции, которые должны были помочь в поиске органики. Ни 2007 году космическим аппаратом Феникс, ни в 2013 году это не привело к ожидаемому итогу. Лучом надежды стали результаты исследования на хроматомассспектрометре. Они показали наличие органических следов, которые были разрушены убийственными космическими лучами. Сейчас экзобиологическими исследованиями на Марсе займется Миссия ЭксоМарс, которая будет запущена в 2018 году.

Настоящим прорывом в данном вопросе стало обнаружение в марсианской атмосфере метана. Это удалось сделать при помощи земных телескопов. Открытие произошло в 2004 году, причем это сделали сразу несколько исследовательских групп. Ультрафиолетовое излучение Солнца приводит к распаду метана. Но его содержание в атмосфере планеты близко к константе. Значит, есть постоянный источник этого газа. Вулканическая деятельность, метеориты и кометы способны пополнить запасы на уровне, не превышающем фотохимический процент потерь.   В этих условиях – самая вероятная гипотеза – наличие жизни в виде микроорганизмов, продуцирующих метан, колонии которых обитают на поверхности Марса. Это подтолкнуто мировое сообщество к мысли о необходимости учреждения специальной миссии на орбите планеты. 

Глобальные перемены на планетах земной группы.

Глобальное потепление сегодня является одной из самых важных и сложных проблем человечества. Связана она с постоянным ростом углекислоты в земной атмосфере. Повышение температуры замечено ещё в начале 80-х годов прошлого века, и оно напрямую связано с ростом углекислоты. В начале нового тысячелетия рост затормозился, но углекислота по-прежнему продолжала увеличиваться. В результате было констатировано, что за всю эпоху наблюдений 2014 год оказался наиболее теплым. 

Фигура Марса крайне несимметрична. Одна из гипотез гласит, что северное (низинное) полушарие когда-то было покрыто водами океана. А вот многочисленные марсианские долины это, скорее всего, результат эрозии поверхности из-за движения ледниковых масс, а отнюдь не воды. Циклы с периодом в 50 тысяч лет очень напоминают земные циклы Миланковича. Однако на Земле они стабилизированы действием Луны. Марс же подвержен сильному влиянию со стороны гиганта Юпитера. Осевые колебания плюс все вышеперечисленно вкупе сказывается на инсоляции. Запасы поверхностной воды, вероятно, пополняются во время извержения вулканов водой мантии. В результате мы видим современное лицо Марса. 

На Марсе великолепно сохранились огромные фрагменты древней коры, что позволяет заглянуть вглубь истории, чего невозможно сделать на Земле. Все это станет темой для будущих исследований. Ключевым моментов в этой связи является получение образцов марсианского грунта для исследований в условиях современных земных лабораторий. Глобальные климатические процессы на нашей планете спровоцировали публикации, где проводится сравнительный анализ эволюции климата, в первую очередь, марсианского. Тут возникает вопрос об эволюционном изменении активности Солнца.

В результате, на выходе мы может прийти к выводу, что климатическая судьба нашей планеты, Марса и пламенной Венеры различна и определилась миллиарды лет назад. Эволюция климата на Венере и Марса, в отличие от Земли, связана с резкими скачками, однако, это указывает на возможные экстремальные состояния и у нас. Все это никак или очень мало связано с солнечной активностью. Что касается жизни на Марсе, то пока ответа на этот вопрос нет и не предвидеться. Открытие метана – единственный свет в конце туннеля в этом вопросе. Но тут ученым предстоит еще проделать огромную работу.