«Викинги» на Марсе

вполне адекватно, расчеты дают значения температуры грунта и его поверхности, которые согласуются с данными наблюдений в пределах 5 К.

Параметрами, входящими в расчетные формулы, являются: альбедо и излучательная способность поверхности, а также тепловая инерция , где k — теплопроводность, ? — плотность, с — теплоемкость грунта. Тепловая инерция грунта принята равной (9±0,5)·10^-3 и (8±1,5)·10^-3 кал/(см²·с·К) соответственно.

Результаты вычислений обнаружили существенно различный тепловой режим мест посадки спускаемых аппаратов «Викинг-1, -2» (САВ-1, САВ-2). Для места посадки САВ-1 характерен слабый годовой ход температуры, тогда как на участке САВ-2 имеет место резко выраженный годовой ход. Полуденная температура достигает максимума в период, близкий к осеннему равноденствию, но не в середине лета, и имеет вторичный максимум в период весеннего равноденствия. Этот полугодовой ход температуры обусловлен влиянием эксцентриситета орбиты Марса.

Анализ стереоизображений с САВ-1 и САВ-2 показал, что 8,6 и 17% поверхности соответственно покрыто камнями размером 5 см и больше. Исследование изображений для оценки той части теплового излучения, которая обусловлена камнями, дал возможность оценить суточный ход температуры грунта (исключая влияние камней) на различной глубине (до 25 см).

Температура поверхности на участках САВ-1 и САВ-2 варьирует в пределах 183–263 К и 183–268 К соответственно. Амплитуда суточного хода температуры убывает экспоненциально с глубиной при показателе экспоненты, равном 5 см. Температура на глубине 24 см близко соответствует средней температуре поверхности. Расчет максимальной температуры грунта под камнями на участке посадки САВ-2 дал значение, равное 230 К, а минимальной — 201 К. Поскольку период функционирования САВ-2 совпадал со временем наивысших температур, можно считать, что температура грунта в этом случае никогда не превышает 234 К.

Выполненное в работе [56] построение глобальной карты отраженной солнечной радиации привело к оценке среднего ламбертова альбедо поверхности A_L?0,25, изменчивость которого отчетливо коррелирует с распределением темных и светлых областей марсианской поверхности. Наблюдается усиление яркости, которое следует приписать влиянию утренних приземных туманов или изморози на поверхности. Аномально ярким (A_L?0,35) оказался район Argyre Planitia, что, по-видимому, обусловлено наличием на поверхности льда из углекислоты (здесь температура поверхности ниже точки сублимации углекислого газа). В районе четырех главных вулканов имеет место усиление градиентов яркости, которое можно объяснить влиянием склонов.

Интересно сопоставить результаты, полученные при помощи ИСМ, с данными наземных наблюдений альбедо Марса. На основе анализа фотографий Марса, полученных в 1971 и 1973 гг. с использованием красного светофильтра, Капен [23, 24] исследовал закономерности пространственно-временной изменчивости альбедо планеты. По данным за 1973 г. рассмотрены шесть примеров регулярного годового хода и один случай вековой изменчивости потемнения. Как правило, трансформация темных деталей Марса в 1973 г. не была следствием пыльной бури 1971 г., а проявилась под влиянием усиления яркости соседних участков. Наблюдения 1975 г. выявили значительные изменения альбедо в районе Sabaeus— Deltoton.

Две серии фотографий, относящиеся к 1971 г. (весна южного полушария) и 1973 г. (лето южного полушария), подверглись фотометрической обработке. В обоих случаях условия геометрии визирования и характеристики изображений были сходными. Были выявлены существенные сезонные различия альбедо светлых и темных участков и обнаружена зависимость годового хода яркости от широты, не соответствующая, однако, классической концепции «волны потемнения». Короткопериодическая изменчивость альбедо наиболее сильно выражена весной, особенно в случае светлых участков. Корреляция между короткопериодической и долгопериодической изменчивостью отсутствует. Для лета южного полушария характерно ослабление относительных контрастов яркости. Не обнаружено какой-либо зависимости от фазового угла в пределах исследованного диапазона фазовых углов.

В работе [59] обсуждены результаты исследования теплового режима и температуры марсианской атмосферы, а также отражательной способности поверхности по данным измерений при помощи аппаратуры теплового картирования, установленной на АМС «Викинг» с целью выявления закономерностей: 1) суточного хода температуры воздуха; 2) поля температуры поверхности в высоких широтах и районах нескольких кратеров; 3) угловой зависимости характеристик излучательных и отражательных свойств поверхности в месте посадки спускаемого аппарата «Викинг-1» (САВ-1).

Интерпретация данных измерений уходящего излучения на длине волны 15 мкм, относящихся к широте места посадки САВ-2 (48° с. ш.), выявила наличие сильной широтной изменчивости температуры в южном полушарии и значительного суточного хода с амплитудой не менее 15 К при максимуме температуры, наступающем примерно через 2,2 часа после полудня — в северных широтах. Этот суточный ход обусловлен главным образом поглощением солнечной радиации взвешенной в атмосфере пылью на высотах до 30 км. Выше 20 км вертикальный профиль температуры имеет волнообразный характер, что следует приписать влиянию тепловых приливов.

Температура вершины вулкана Arsia Mons изменяется в течение суток почти вдвое. Ярко выраженный суточный ход температуры характерен для плоскогорья района Tharsis, что свидетельствует о наличии здесь грунта, обладающего малой тепловой инерцией. Обнаружено, что тепловая инерция материала дна нескольких типичных крупных кратеров выше, чем окружающей местности. Вероятно, это обусловлено селекцией кратерами эолового материала. Яркостная температура в месте посадки САВ-1 уменьшается с ростом угла относительно вертикали. Угловая зависимость интенсивности отраженной солнечной радиации от геометрии поверхности оказалась более сложной, чем ожидалось, что может быть связано с совместным влиянием рассеяния как атмосферой, так и поверхностью. Относящиеся к району Chryse Planitia данные измерений в диапазоне 9,8–12,5 мкм указывают на существование сильного суточного хода температуры поверхности и не согласуются с моделью однородного грунта, обладающего тепловой инерцией 0,009 кал/(см² Xс^?·K) A_L=0,26.

5. Свойства грунта

Для получения сведений о физических свойствах марсианского грунта могут быть использованы изображения поверхности, анализ проб грунта и показания ряда инженерных датчиков. Анализ панорамных изображений поверхности выявляет наличие образовавшихся в результате ударов метеоритов кратеров разных размеров, при формировании которых происходил выброс материала горных пород, составляющих поверхностные слои. Наблюдаются ясные признаки ветровой эрозии выброшенного материала.

Первое впечатление состоит в том, что ландшафт марсианской поверхности является промежуточным между ландшафтами лунных морей и земных пустынь, подвергающихся влиянию ветровой эрозии. Изображения поверхности вблизи опор СА содержат следы эрозии, обусловленной работой двух тормозных двигателей СА. Деформация грунта свидетельствует о том, что он является более прочным и (или) плотным, чем «номинальный» лунный грунт. Одна из опор, зафиксированная на изображении, проникла в грунт на глубину около 3,6 см. Устройство для забора проб грунта произвело кратер глубиной 1 см и диаметром 9 см.

В работах [100, 101] обсуждены результаты исследования свойств грунта за первые 36 солов пребывания СА «Викинга-1» и 58 солов — «Викинга-2» на поверхности Марса. Расположение САВ-1 было очень удачным с точки зрения изучения свойств грунта, поскольку одна из его опор находилась на мягком грунте, значительно проникая в глубь грунта, а другая — на жестком материале. Для забора проб были проделаны семь желобов в грунте на участках «песчаных равнин» (мелкозернистый грунт) и «скалистых равнин» (скалистый грунт, покрытый мелкодисперсным материалом). В табл. 3 приведены различные параметры, характеризующие свойства грунта по данным САВ-1 и САВ-2.

Рассматриваемые параметры получены на основе анализа данных о динамике посадки СА,