Павел Астапенко - Вопросы о погоде

18.8. Для чего существует Служба Солнца?

Служба Солнца создана для изучения Солнца и обмена информацией об изменениях солнечной активности. Колебания солнечной активности создают магнитные бури, полярные сияния, изменяют радиационную обстановку в околоземном пространстве и условия прохождения радиоволн. Они оказывают влияние и на метеорологические процессы, хотя их роль в изменениях состояния земной атмосферы пока еще не выяснена. Службой Солнца разрабатываются программы изучения солнечной активности, например программа Международного года спокойного Солнца (1964/65) и Международного года солнечного максимума (с 1 августа 1979 года по 30 апреля 1981 года).

Да, все планеты солнечной системы имеют атмосферу, однако состав газов земной атмосферы совсем иной, чем на остальных планетах. У каждой планеты солнечной системы своя атмосфера, отличная от атмосферы любой другой планеты.

Наибольшая плотность атмосферы и наибольшее атмосферное давление – на Венере, наименьшая – на Меркурии.

В прошлом о планетах и их атмосферах люди могли судить только по данным наблюдений с помощью оптических приборов. Открытие спектрального анализа позволило уже во второй половине прошлого века исследовать состав атмосферы планет по спектрам их излучения. Создание ракет и автоматических межпланетных станций в 50-60-х годах нашего столетия решающим образом расширило возможности исследования атмосферы планет солнечной системы путем направления измерительной аппаратуры непосредственно в толщу атмосферы ближайших планет. Советская автоматическая станция «Венера-4», достигшая этой планеты в 1967 году, «Венера-7», впервые плавно опустившаяся на поверхность Венеры в 1970 году, «Венера-9», впервые обеспечившая получение снимков поверхности планеты (1975 год), и, наконец, «Венера-13» и «Венера-14» (1981 год), передававшие с поверхности планеты около двух часов сведения о состоянии ее атмосферы, условиях освещенности облаков и самой поверхности, дали богатую информацию о составе, строении и режиме венерианской атмосферы. Американские межпланетные станции «Марс», «Маринер», «Пионер» и «Вояджер» принесли новые важные сведения об атмосферах Марса, Меркурия и Сатурна.

В настоящее время значения солнечной постоянной установлены для пяти планет: Меркурия – 935 мВт/см2, Венеры – 265 мВт/см2, Земли – 136 мВт/см2, Марса -60 мВт/см2, Юпитера – 5 мВт/см2.

Для планет, расположенных ближе с Солнцу, солнечная постоянная во много раз превосходит ее значение для Земли, а для планет, расположенных на большом удалении от Солнца, она очень мала.

Средние значения отражательной способности (альбедо) поверхности планет с учетом существования на планетах атмосферы и облаков приблизительно такие:

Как видим, различия эти очень существенны. Они определяются как особенностями условий на поверхности планет, так и особенностями состава их атмосфер и наличием облаков. Так, например, поверхность Венеры покрыта жидкостью, поверхность Марса – пылью; на Венере, как и на Земле, есть капельно-жидкие облака, на Марсе – в основном только пылевые.

Атмосфера Марса значительно менее плотная, чем атмосфера Земли, и величина атмосферного давления на поверхности планеты составляет всего 0,6% атмосферного давления на земной поверхности. Основные газы атмосферы Марса – углекислый газ (около 95%), азот и аргон (около 5% вместе); остальные газы содержатся в незначительном количестве – кислород, водяной пар, окись углерода (все вместе всего десятые доли процента). Средняя температура на поверхности составляет 230 К, при этом на освещенной стороне планеты днем она может быть около 280 К, а на неосвещенной стороне 200 К. Продолжительность суток на Марсе примерно такая же, как и на Земле, но продолжительность года почти в два раза бóльшая, – год там длится 687 земных суток. Температура в марсианской атмосфере убывает с высотой приблизительно в два раза медленнее, чем в нашей земной. На планете есть полярные шапки льдов из замерзшей углекислоты, граница которых опускается до 60-й параллели. Атмосферная циркуляция имеет сходство с земной, но интенсивность циркуляции превосходит земную, так как контрасты температуры между экватором и полюсами на Марсе в 2,5 – 3 раза больше, чем на Земле.

Условия марсианской погоды можно охарактеризовать только весьма приближенно. Более или менее достоверно мы знаем, что на этой планете очень велик суточный ход температуры. Преобладающими зимой должны быть ветры западного, а летом – восточного направления, так как господствующей там является зональная форма циркуляции, меридиональные процессы проявляются слабее, чем на Земле. Анализ телевизионных изображений облачного покрова (там, помимо низких пылевых облаков желтого цвета, изредка наблюдаются высокие тонкие кристаллические облака синего и белого цвета) показывает наличие структур облачности фронтального типа. Характерным явлением погоды на Марсе следует считать пыльные бури, которые могут носить там глобальный характер. Одна из таких пыльных бурь наблюдалась в период полетов автоматических межпланетных станций «Марс» и «Маринер» в конце 1971 и начале 1972 года. Особенностью таких бурь является «антипарниковый эффект» – охлаждение поверхности планеты и увеличение температуры атмосферы под влиянием поглощения солнечной радиации пылью.

Сейчас Марс представляет собой пустынную, безводную и по сравнению с Землей очень холодную планету.

Многие исследователи склонны считать, что в очень далеком прошлом условия там были совсем иные, в частности атмосфера была более плотной и, что особенно существенно, была и вода. Об этом говорят обнаруженные на Марсе осадочные отложения и рельеф поверхности, изобилующий узкими долинами, напоминающими естественные каналы, по которым, как по земным рекам, возможно, текла вода или какая-либо другая жидкость.

О существовании на Марсе другого, значительно более мягкого климата в далеком прошлом (возможно, около миллиарда лет тому назад), по мнению некоторых ученых, говорят и расчеты, основанные на предположении о том, что, прежде чем стать современной, «докислородной», марсианская атмосфера была первоначально водородной, затем аммиачной, и лишь в будущем ей предстоит стать подобной нашей земной. Однако наши знания и о современной марсианской атмосфере еще далеки от полноты, а представление о ее эволюции в прошлом вообще носит чисто гипотетический характер.

Меркурий, как и спутник Земли Луна, практически лишен атмосферы. Однако в ничтожных количествах на Меркурии обнаружено присутствие углекислого газа. Атмосферное давление, создаваемое им, равно примерно одной тысячной доле давления земной атмосферы. Согласно предположению, разделяемому рядом авторитетных ученых, из атмосферы Меркурия ушли составлявшие ее некогда легкие газы, поскольку из-за своей небольшой массы планета оказалась неспособной удержать возле себя первоначально возникшую атмосферу, состоявшую из продуктов дегазации ее твердой оболочки. (Масса Меркурия в 18 раз меньше массы Земли и почти в два раза меньше массы Марса.) По той же причине Луна, имеющая еще меньшую массу (в 81 раз меньше земной), оказалась полностью лишенной атмосферы.

Венера, самая для нас яркая и красивая планета солнечной системы, всегда привлекала внимание людей. Данные о ней, полученные во второй половине нашего столетия, оказались для многих неожиданными и даже разочаровывающими – поверхность Венеры окутана плотным слоем облачности, состоящей из капель, по мнению одних ученых, серной, а по мнению других – соляной кислоты. В обоих случаях – это не лучшее место для прогулки туристов-землян, с древнейших времен питающих чувства симпатии к соседке нашей Земли…

Спектральный анализ излучения Венеры показал, что ее атмосфера примерно на 95% состоит из углекислого газа. Оставшиеся 5% составляют нейтральные газы азот и аргон, и кислород, водяной пар, соляная и фтористая кислота, угарный газ. Атмосфера на Венере очень плотная, давление на поверхности планеты в 90 раз больше земного. По последним данным, облака, всегда закрывающие поверхность этой планеты, состоят из капель не серной, а соляной кислоты.