Марс вчера, сегодня, завтра

Вы помните имя — Аэлита? Дочь марсианского правителя Тускуба, полюбившая землянина. Прекрасная марсианская девушка из фантастического романа Алексея Толстого. Аэлита — символ Марса — планеты больших ожиданий и несбывшихся надежд. Во всей Солнечной системе нет, пожалуй, другого небесного тела, которое сыграло бы столь великую роль в развитии планетной астрономии. И хотя обычно названия планет имеют малое отношение к профессии богов-тезок, Марс в свое время вызвал настоящую войну. Но об этом позже. А пока — что же такое Марс?

Диаметр Марса равен 6787 км — почти вдвое меньше земного — весьма миниатюрный мир. По объему планета примерно в семь раз меньше Земли, а по массе — в девять раз.

Орбита Марса, впервые вычисленная Иоганном Кеплером, представляет собой эллипс с заметным эксцентриситетом (e = 0,093). [Напоминаю, что орбита Земли почти круговая (e = 0,017).]

Орбиты Марса и Земли

Марс обходит свою орбиту за 687 земных суток, значит, марсианский год почти вдвое длиннее нашего, и потому встречаются обе планеты в противостояниях лишь через 2 года и 2 месяца (780 суток). Но, если вы посмотрите на рисунок, на котором представлены орбиты обеих планет, то легко поймете, что не все противостояния одинаково удобны для наблюдений. Гораздо лучше наблюдать Марс, когда он находится вблизи перигелия. Тогда его расстояние до Земли уменьшается до 56 300 000 км.

Вблизи же афелия это расстояние увеличивается почти вдвое. Годы наибольшего сближения обеих планет называются великими противостояниями Марса. В эти дни все телескопы мира устремлены на красную планету.

Кажущийся путь Марса в небе Земли

Во время великих противостояний диаметр Марса виден почти вдвое большим, чем во время обычных противостояний. И светит Марс в эти периоды ярче, чем Сириус. Великие противостояния всегда бывают в августе и повторяются через 15—17 лет. С одного из них и началась, собственно, бурная история «красной планеты».

Наблюдать Марс в телескоп и составлять его карты стали с 1636 года, то есть с самого начала телескопических наблюдений. Даже в слабые и несовершенные телескопы на поверхности Марса легко рассмотреть разноцветные пятна: белые — у полюсов, зеленовато-коричневые — в умеренных поясах и оранжево-красные — у экватора. Наблюдая за движением этих пятен, астрономы измерили период вращения Марса вокруг своей оси. Он оказался «земного порядка» — 24 часа 37 минут 22,4 секунды. Во второй половине XIX века уже считалось, что «общая карта Марса может быть изображена с большей уверенностью, чем карты малодоступных стран, окружающих наши земные полюсы».

В 1877 году наступило великое противостояние Марса. Миланский астроном Джиованни Скиапарелли, обладавший необычайно зоркими глазами, увидел туманные полоски на поверхности Марса. Их было множество. Тонкие прямые линии, будто проведенные по линейке, пересекали красноватые «материки», соединяя между собой «моря» и «озера» планеты.

Каналы и моря Марса на карте Скиапарелли

Они не могли быть реками. Для этого линии были слишком прямыми и располагались слишком правильно геометрически. Они не могли быть горными хребтами, чудовищными оврагами... Они не могли быть ничем, что создает природа. Ибо природа не в состоянии провести прямую линию на округлом боку планеты. Скиапарелли решает, что перед ним — результат работы разума!

XIX век — век мощного промышленного подъема. Люди полностью освоили силу пара, получили в руки электричество. Возросшее могущество человека позволило задуматься над серьезными переделками собственной планеты, над исправлением «ошибок» природы. Именно тогда в мире шло больше всего разговоров о строительстве великих каналов: Суэцкого, Кильского, Панамского...

Скиапарелли составляет подробную карту Марса, наносит все видимые в 24-сантиметровый телескоп каналы и дает им названия. Еще больше крепнет его уверенность, когда он обнаруживает, что особенно четко видны каналы в том полушарии Марса, в котором начинается весна. Он видит, как уменьшаются весной белые пятна на полюсах Марса. И думает: лед полярных областей тает. Темные полосы постепенно проступают на диске планеты от полюса к экватору, — значит, вода начинает поступать в пересохшие за зиму русла и по берегам марсианских каналов расцветает марсианская растительность...

В 1879 году Скиапарелли публикует результаты своих наблюдений и свои выводы. Они производят сенсацию! Астрономы снова кинулись к своим инструментам и... разделились на враждующие лагери. Началась «великая марсианская война». Если раньше наблюдения планет производились, в основном, любителями, вооруженными малыми телескопами, то теперь самые крупные обсерватории включили изучение Марса в планы своих работ. А один человек был буквально потрясен сообщением итальянского астронома. Звали его Персиваль Ловелл.

Окончив в 1876 году Гарвардский университет, Ловелл занялся бизнесом на предприятиях, принадлежащих его семье, и изрядно преуспел. В отличие от предпринимателей обычного американского типа, Ловелл, разбогатев, бросил дела и отправился в Японию и Корею изучать восточные обычаи и языки. Там-то его и застало сообщение о работах Скиапарелли. Ловелл принимает твердое решение: он построит обсерваторию в таком месте, где атмосфера будет спокойна и прозрачна, пригласит в обсерваторию энтузиастов-астрономов и будет наблюдать и изучать Марс, пока не докажет всему миру, что на Марсе действительно есть жизнь и, во всяком случае, была цивилизация.

После долгих поисков место для обсерватории нашлось. Это была пустыня в штате Аризона. Там на высоком плоскогорье возле маленького городка Флагстаффа в 1894 году Ловелл и основал свою обсерваторию для планетных исследований вообще, но главным образом — для изучения Марса.

Результаты своих наблюдений Ловелл опубликовал в первом томе толстого журнала, который стал выпускаться в его обсерватории, а также в нескольких научно-популярных книгах. «То, что мы видим, — писал он в 1895 году, — не сам канал, а участок суши, который им орошается». И дальше: «Ирригационная система, построенная без научного обоснования, не могла бы иметь такой поистине удивительной математической правильности, которую мы наблюдаем в разных частях планеты. Когда мы смотрим на эту систему, кажется, что при ее построении руководствовались незаурядными идеями, несомненно, значительно более глубокими, чем те, которыми руководствуемся мы при выполнении различных общественных работ. Во всяком случае, на их соображениях не отразились никакие политические разногласия, поскольку эта система охватывает всю планету... Безусловно, все, что мы видим, наводит на мысль о деятельности существ, которые идут впереди, а не позади нас по пути развития жизни». Итак, выводы П. Ловелла и других энтузиастов «обитаемости» Марса базировались на гипотезе об искусственном происхождении марсианских каналов. По-видимому, с выяснения природы этих странных образований и следовало начинать строительство гипотез. Между тем здесь вовсе не все обстояло так благополучно, как хотелось бы. Каналы, более или менее отчетливо наблюдаемые в телескоп средних размеров, из поля зрения крупных инструментов почему-то исчезали.

Астрономы Иеркской обсерватории после серий наблюдений Марса в 1904 году с помощью 100-сантиметрового телескопа, когда им так и не удалось обнаружить таинственных сооружений марсиан, послали Ловеллу насмешливую телеграмму: «Телескоп Иеркса слишком силен для каналов Марса».

На другой обсерватории наблюдения планеты в 150-сантиметровый инструмент тоже не дали ничего похожего на геометрически правильную сеть каналов. У Ловелла был лишь телескоп с объективом в 66 сантиметров. Скоро большинство астрономов стало упрекать «флагстаффских фантазеров» в том, что они принимали за линии каналов просто россыпи сливающихся друг с другом мелких пятнышек. Особенно старался англичанин Маундер. Он собрал в классе школьников в возрасте 12—14 лет, приколол на доску лист бумаги с начерканными в беспорядке точками и черточками и предложил ребятам нарисовать, кто что видит. В результате ребята, сидящие на первых партах и хорошо видевшие рисунок, воспроизвели те же точки и черточки. А те, кто сидели в задних рядах, просто соединили отдельные пятна прямыми линиями и... получили рисунки, чрезвычайно похожие на марсианские карты. Поползли разговоры: «Ловелл — жертва оптического обмана». Идея марсианских каналов стала быстро катиться к закату. Новая поддержка теории каналов пришла неожиданно из России.

Молодой студент Московского университета Гавриил Адрианович Тихов был страстным поклонником астрономии. Директор Пулковской обсерватории профессор Бредихин пригласил его на должность ординарного наблюдателя. В 1909 году Тихов вместе с начинающим астрономом Н.Н. Калитиным начали работать на замечательном инструменте — большом пулковском рефракторе. Молодые люди решили совсем по-новому организовать наблюдения Марса — через светофильтры.

Вы ведь помните, что обыкновенный белый свет состоит из семи цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Фиолетовые и синие лучи преломляются сильнее всего, красные меньше остальных. Кроме того, красные лучи хорошо проходят сквозь туман и дымку. Именно поэтому все аварийные сигналы делают обычно красного цвета. Вот Тихов и решил насадить на окуляр телескопа красный фильтр. Рубиновое стекло задержит все остальные лучи и оставит одни только красные. Изображение планеты и полосы «каналов», если они есть, станут еще темнее и отчетливее. Так все и оказалось. С помощью фильтра Тихова каналы можно было не только рассматривать, но даже фотографировать. Применив метод русского астронома, заметили «каналы» и 100- и 150-сантиметровые телескопы из Ликской, Иеркской и Маунт-Вилсоновской обсерваторий во время очередного великого противостояния 1924 года.

А Тихов уже интересовался другой проблемой. Сохранились записи Ловелла о том, как менялся цвет Эритрейского моря на Марсе в 1903 году: от бледно-коричневого до сине- и голубовато-зеленого. Ловелл утверждал, что это цвет марсианской растительности. Можно ли доказать это утверждение?

Зеленый цвет земных растений хорошо отражает тепловые лучи Солнца, предохраняя растения от перегрева. Фотографируя Марс в инфракрасных лучах, Тихов и его сотрудники всегда получали изображение сине-зеленых морей и каналов темным. Это означало, что марсианские каналы вовсе не отражают тепловые лучи, а скорее, наоборот, поглощают их... Гавриил Адрианович берется за книги о растениях. И вот оказывается, что по мере продвижения к северу, к более суровому климату, многие земные представители флоры меняют свой зеленый цвет на голубой. А бледно-голубенькие цветочки — обитатели альпийских лугов — даже приспособились к жестоким ночным заморозкам. Цветы так промерзают за ночь, что становятся совсем мертвыми, хрупкими, как льдинки. Но чуть пригреет солнышко — и сразу снова все оттаивает и оживает.

В 1956 году астроном Синтон сравнил солнечный свет, отраженный от яркой «пустынной» области Марса и от темных участков. Оказалось, что темные области поглощают инфракрасные лучи примерно так же, как это делают земные растения. Новое подтверждение существования жизни на Марсе! Однако скоро появились первые затруднения.

Начались они с изучения марсианской атмосферы. Исследования 1963 года установили, во-первых, что в атмосфере планеты много углекислого газа. Очень много. Больше, чем остальных газов. Это уже плохо. Кроме того, атмосфера Марса чрезвычайно разрежена. У поверхности давление не превышает 19 мм ртутного столба. Напомним, что на Земле, на уровне моря, давление 760 мм ртутного столба. Атмосферное давление на поверхности Марса такое, какое можно наблюдать примерно на высоте 25 километров над Землей.

В шестидесятых годах двадцатого столетия отправились в сторону Марса советские автоматические станции «Марс-1» и «Марс-2». Полетели американские аппараты системы «Маринер». И постепенно восторженные гипотезы и разрозненные сведения о Марсе стали заменяться экспериментальными фактами, обобщив которые, астрофизики построили очень неутешительную теоретическую модель.

Увы, марсианская атмосфера, как и атмосфера Венеры, действительно состоит, в основном, из углекислого газа. Воды — в тысячи раз меньше, чем в атмосфере Земли. Кислорода — следы. Среднее давление у поверхности оценивается сейчас еще ниже, во сто с лишним раз меньше, чем на Земле. Правда, с температурой будущим астронавтам повезет, возможно, несколько больше. На дневной стороне планеты, в районе экватора, днем их ожидает 10 — 20 градусов тепла. Ночью же — мороз до минус 60—70 градусов Цельсия. Такие большие колебания температуры могут вызывать ураганные ветры.

Фотография планеты Марс, переданная с борта автоматической межпланетной станции «Маринер-8»

Долгие годы Марс считался старой планетой, со сглаженным рельефом, без высоких гор. Радиолокационные исследования разрушили эту гипотезу, обнаружив на Марсе перепады высот в экваториальной зоне до 12—14 километров. Автоматические межпланетные станции облетели Марс, сфотографировали его поверхность и передали снимки на Землю. Посмотрите на одну из таких фотографий, сделанную станцией «Маринер-8» с расстояния 3700 километров. Знакомо, правда? Нет, нет, не думайте, мы не ошиблись и не напечатали фотографию Луны вместо Марса. Это Марс, Марс! Но, к сожалению, вовсе не такой, каким бы мы его хотели увидеть. Кратеры делают планету более похожей на Луну, чем на Землю. Фототелевизионные изображения Марса не показали никаких «каналов» на его поверхности. Так что, скорее всего, их следует приписать оптическим иллюзиям, которые создают многочисленные кратеры и хребты.

А как обстоят дела со «снеговыми шапками» на полюсах? Измерения показали, что температура южной полярной шапки равна, примерно, минус 125 градусам Цельсия. При существующем на Марсе давлении атмосферы углекислота у поверхности должна замерзнуть. Тогда не исключено, что полярные области покрыты знакомым нам всем «сухим льдом» — твердой углекислотой (ею обычно набивают лотки с мороженым). Возможно, что среди кристаллов углекислоты встречаются и небольшие примеси настоящего льда.

Можно составить интересную таблицу, показывающую изменение взглядов на Марс за последнее время.

Видите, какие взаимоисключающие сведения добыли люди всего за пятнадцать лет ракетных и радиоастрономических исследований. От старой модели Марса не осталось буквально камня на камне. Из хорошо знакомой по фантастической литературе планеты Марс превратился в чужой, малопривлекательный мир.

Таким оказался спутник Марса Фобос, сфотографированный с разных расстояний. Простой обломок скалы...

Кроме всех перечисленных неприятностей, нужно отметить еще одно обстоятельство. К незащищенной атмосферой поверхности Марса свободно проникает из космоса губительное излучение, так что даже если бы появилась на «красной планете» жизнь, похожая на земную, она бы непременно погибла. Ультрафиолетовые лучи Солнца «сожгли» бы даже те формы жизни, которые сумели бы приспособиться к жестоким, с земной точки зрения, условиям Марса.

Знаете ли вы, что?

Одной из главнейшие задач оптики со времен Галилея являлось повышение «зоркости» телескопа — увеличение его разрешающей способности. Это требование и сегодня актуально для любых оптических инструментов.

Объективы современных фотокамер, применяемых для аэрофотосъемки, имеют такую разрешающую способность, что с высоты в пятнадцать километров над землей они различают по отдельности два теннисных мячика, лежащих на траве и касающихся друг друга шершавыми боками.

Пожалуй, именно сейчас, заканчивая разговор о Марсе, уместно задать вопрос, который волнует всех. Вопрос, которому посвящаются научные конференции и симпозиумы, сборники статей, выходящие во всех странах мира. Вопрос, ответы на который волнуют как специалистов, так и студентов и школьников. Вы, наверное, уже догадались: речь идет о жизни в космосе вообще!