Коллектив авторов - Кибернетика, ноосфера и проблемы мира

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] См.: Гинзбург А. С. О радиационном режиме поверхности и запыленной атмосферы Марса. — Докл. АН СССР, 1973, т. 208, № 2, с. 291–294 .

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] См.: Бубнов Б. М., Голицын Г. С. Теоретическое и лабораторное моделирование влияния статической устойчивости на структуру общей циркуляции атмосферы. — Докл. АН СССР, 1985, т. 281, № 5, с. 1076–1079 . 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.

Рассмотренные основные черты марсианских пылевых бурь позволяют понять, каковы климатические последствия введения в атмосферу планеты больших количеств аэрозоля, рассеивающего и поглощающего солнечное излучение. Явления на Марсе показывают нам механизмы быстрого распространения пыли в глобальном масштабе, сильный нагрев, его атмосферы, заметное охлаждение поверхности и изменение в результате всего этого структуры атмосферной циркуляции.