Кибернетика, ноосфера и проблемы мира

Реальным и сейчас уже хорошо изученным природным явлением, во многих чертах сходным с последствиями ядерной войны, служат пылевые бури на Марсе. Они вызывают и заметное охлаждение поверхности планеты, и существенный разогрев ее атмосферы.

Пылевые бури на Марсе были хорошо известны и в докосмическую эру по наземным астрономическим наблюдениям начиная с конца XVIII в. Как правило, бури наблюдались в периоды великих противостояний Марса. Во время прохождения планетой перигелия в ее южном полушарии конец весны — начало лета. При этом инсоляция поверхности планеты максимальна и выше средней примерно на 20 % из-за большой вытянутости орбиты Марса. Еще в 1909 г. французский астроном Антониади высказал идею, что желтые облака Марса состоят из частичек пыли.

Во время последнего великого противостояния осенью 1971 г. астрономы уже в середине сентября зафиксировали появление отдельных пылевых облаков. Когда в ноябре 1971 г. к Марсу приблизились межпланетные автоматические станции «Маринер-9», а затем «Марс-2 и -3», их телевизионные камеры зафиксировали, что вся планета покрыта сплошным облаком пыли, сквозь которое выступали лишь вершины четырех самых высоких марсианских гор — древних вулканов. Увиденное пылевое облако рассеялось полностью лишь в феврале 1972 г.

Впоследствии две межпланетные станции «Викинг» и две станции на поверхности планеты во всех деталях произвели как фотографирование развития пылевых бурь, так и разнообразные физические измерения, что и служит основой наших, уже довольно полных знаний о развитии и сущности этого явления.

Облака пыли обладают особенностью — возникать в определенных местах, преимущественно в субтропических и умеренных широтах южного полушария Марса в конце весны — начале лета, проходить дневной цикл развития, сильно разрастаться к концу дня и оседать за ночь. Запыленность атмосферы в среднем здесь повышается. За несколько дней пыль охватывает весь пояс широт, где облака зарождаются. Далее пелена пыли начинает распространяться в меридиональном направлении, и за время порядка десяти дней она покрывает всю планету.

Что же способствует быстрому разносу пыли по горизонтали, так что за одну-две недели пылевая пелена покрывает всю планету? В 1973 г. С. Хесс, П. Гираш и Р. Гуди, Г. С. Голицын независимо друг от друга указали на механизм обратной связи между подъемом пыли и системой ветров в атмосфере. Суть его состоит в следующем. Пыль хорошо поглощает солнечное излучение, и запыленная атмосфера разогревается больше, чем ее соседние, еще чистые области. Это приводит к возникновению дополнительных ветров скоростью до десятков метров в секунду. Усилившийся ветер быстрее разносит пыль, уже находящуюся в атмосфере, и поднимает новые количества пыли с поверхности.

Что же происходит в условиях глобальной пылевой бури?

Данные зондирования атмосферы с орбитальных аппаратов показывают, что атмосфера Марса при этом разогревается примерно на 20–30 °C, а прямые измерения межпланетных станций на поверхности Марса показали, что при приходе пылевого облака температура падает на 10–15 °C. Уже упоминавшаяся простая модель баланса радиации на верхней границе атмосферы и на поверхности планеты хорошо воспроизводит все подобные изменения[83].

Весьма драматичны изменения структуры общей циркуляции марсианской атмосферы при глобальных пылевых бурях, зарегистрированные межпланетными станциями по измерениям на поверхности планеты. Г. С. Голицын в 1970 г. предложил схему общей классификации структуры циркуляции планетных атмосфер. Согласно этой схеме циркуляция марсианской атмосферы должна быть весьма близкой к земной. И, действительно, станции на поверхности Марса зимой регистрировали весьма регулярное прохождение над ними циклонов и антициклонов, более регулярное, чем у нас, по всей видимости, из-за отсутствия океанов на Марсе. Когда приходит пылевая буря, всякая циклоническая активность в марсианской атмосфере прекращается.

Эти процессы были изучены теоретически и подтверждены лабораторными экспериментами[84]. Главная причина изменений характера циркуляции атмосферы — резкое повышение вертикальной устойчивости запыленной атмосферы вследствие ее разогрева и остывания поверхности планеты. Лабораторная модель атмосферы состоит из вращающегося кольцевого сосуда с водой, у которого внутренняя стенка, имитирующая полюс, более холодная, чем внешняя, имитирующая экватор. Меняя скорость вращения и перепад температуры между боковыми стенками, можно добиться того, что в воде в зазоре между стенками образуются многочисленные вихри, аналогичные атмосферным циклонам и антициклонам. Если на чту картину наложить еще и положительный вертикальный градиент температуры (т. е. сделать так, чтобы температура жидкости повышалась ото дна), можно резко уменьшить число вихрей или подавить их совсем. Таково объяснение изменениям структуры общей циркуляции на Марсе в период глобальной пылевой бури.