Когда в 1971 г. первые искусственные спутники Марса вышли на орбиты, лишь четыре темных пятна постоянно присутствовали над хаосом пылевых облаков. Этими пятнами оказались гигантские вулканические вершины — гора Олимп и три вулканических конуса в области Фарсида — гора Аскрийская, гора Павлина и гора Арсия, превышающие по высоте 20 км. Они образуют почти правильный треугольник с вершинами в точках 9°ю.ш., 120°з.д.; 18°с.ш., 134°з.д. и 11°с.ш., 114°з.д. Эти давно недействующие вулканы представляют собой самые высокие известные горы. На Земле нет ничего похожего. На всех вершинах имеются вулканические кальдеры гигантских размеров. Например, на вершине горы Арсия, самой южной из них, кальдера диаметром 130 км. Возраст ее несколько сотен миллионов лет.

Самый высокий из четырех вулканов — гора Олимп, 27400 м. от подножья (наш Эверест всего 8850 м.). Гора Олимп — щитовой вулкан. При извержениях таких вулканов лава растекается на большие расстояния. Склоны горы Олимп очень пологие, а диаметр основания достигает 600 км. На склонах видны бесчисленные застывшие потоки. Лава изливалась через находящуюся на вершине кальдеру поперечником около 70 км.

Согласно мифам, на белой вершине Олимпа обитали боги. Неясное светлое образование округлой формы на диске Марса астрономы назвали Снегами Олимпа (Nix Olympica). Название оказалось пророческим: по удивительному совпадению белое пятно оказалось 1000-км. кольцом облаков, часто опоясывающим высочайший вулканический конус, носящий теперь имя Olympus Mons (гора Олимп). Вулканы существуют и в других районах Марса. Но пока среди них не найдено ни одного действующего.

Вся группа вулканов начала извергаться около 1,5 млрд. лет назад. Точнее их возраст можно было бы определить по метеоритной датировке, т.е., по количеству метеоритных кратеров на склонах. К сожалению, нынешняя интенсивность выпадения метеоритов на Марсе известна неточно, и пока нельзя применить этот метод датировки.

Обширные равнины Марса, лишенные кратеров (есть и такие), покрыты, подобно лунным морям, толстым слоем пепла и застывшей лавы. Тучи пепла выбрасывали вулканы, а ветер разносил их по планете. Следы ветровой эрозии заметны во многих районах Марса.

С ветрами связаны темные пятна на дне некоторых кратеров или вблизи них. После очередной бури появляются новые пятна, а прежние становятся менее заметными. Одно и то же пятно может быть как темным, так и светлым, в зависимости от положения Солнца и наблюдателя. Ясно, что это игра света и тени. Такое свойство имеют периодические гряды песчаных дюн — пустынные барханы, наметаемые ветром. Часто они образуются на дне неглубоких кратеров, где нарушается однородность воздушного потока.

Плотность газа у поверхности Марса всего 16 г/м3 (на Земле 1 кг/м3), но скорости марсианских ветров весьма велики, поэтому ветер постепенно сдвигает горы песка. Темные и светлые полосы проходят вдоль плоскогорий и тянутся на расстояние до 500 км. в направлении господствующих ветров. Подавляющая часть поверхности Марса представляет мелкий красный песок, из которого выступают бесчисленные камни. Размер песчинок очень мал: от 1 до 50 мкм. В начале пылевой бури ветры легко поднимают такие песчинки. В сухом марсианском климате частицы грунта слабо сцеплены друг с другом, поэтому под действием ветра песок легко «стекает» даже с пологих склонов.

Естественная окраска поверхности Марса определяется присутствием гидратов окислов железа, образующих слой красной пудры на зернах силикатного песка — основной составляющей поверхности. Примесь гидратов железа составляет до 10%. Не исключено, что в районах более темной поверхности и эоловых полос имеются примеси других пород, возможно ферросиликатов.

Каньоны и древние реки Марса

Самый большой каньон на Марсе — долины Маринера, протяженностью 4500 км. и глубиной до 5—7 км. На его дне атмосферное давление достигает 12 мбар. Ширина отдельных долин также очень велика и доходит до 150 км. и более. По сторонам имеется развитая система «притоков» — оврагов. Западная оконечность долин переходит в лабиринт Ночи — разветвленную систему провалов. Каждый из них достигает 30 км. в ширину, а их система охватывает обширный район планеты. Геологический процесс, благодаря которому образовался лабиринт Ночи, как-то связан с подпочвенными явлениями, возможно, с таянием вечной мерзлоты. Сам каньон образовался в тектонических процессах, которые в дальнейшем, по-видимому, прекратились.

Рис. Лабиринт Ночи.

Для планетологов глубокий каньон — это возможность заглянуть в прошлое планеты. Исследование снимков склонов каньона позволило установить несколько эпох в образовании поверхности планеты. Здесь видны слои пыли, лавы и вулканического пепла, причем общая толщина слоя реголита (грунта, переработанного в древности многократными метеоритными ударами) достигает 2 км. Это могут быть древние вулканические пеплы или даже сухое дно древнего водохранилища.

Период формирования каньона начался около 3 млрд. лет назад. Каньон примерно на миллиард лет старше вулканов Фарсиды. Долины Маринера на Марсе, по-видимому, никогда не были полностью заполнены водой: на планете слишком мало воды. Более того, сейчас на большей части поверхности Марса вода вообще не может существовать в жидком виде: при давлении 6,1 мбар она кипит при температуре 2°С; парциальное давление самого водяного пара намного ниже. Поэтому вода в открытом сосуде там отчасти выкипит, отчасти замерзнет. Давление 6,09 мбар называется критическим и соответствует тройной точке воды: при более низком давлении чистая жидкая вода существовать не может, а возможны только два ее агрегатных состояния — пар и лед. Именно поэтому за уровенную поверхность Марса принята высота, на которой атмосферное давление равно 6,1 мбар. На уровне среднего радиуса Марса среднее атмосферное давление равно 6,36 мбар при сезонных вариациях от 4,0 до 8,7 мбар.

Водяного пара в атмосфере Марса очень мало. Белые конденсационные облака, которые иногда наблюдаются над горными вершинами, очень разреженные. Толщина условно осажденного слоя воды из атмосферы составляет всего 0,02—0,07 мм. даже вблизи тающей полярной шапки в разгар лета (в земной атмосфере слой воды почти в тысячу раз больше, 10—20 мм.). По мере удаления от тающей полярной шапки количество пара в атмосфере уменьшается до нескольких микрометров.

Тем не менее, по крайней мере некоторые детали марсианского рельефа обязаны своим происхождением потокам воды. На рис. видно извилистое русло древней марсианской реки Нергал с притоками. Его длина достигает 400 км. В долине Нергала давно нет воды. По-видимому, река впадала в огромное водохранилище, образованное широкой низменностью в районе каньона Узбой и цепи кратеров Холден-Хейл. Извилистая форма Нергала напоминает русла земных рек. Были обнаружены и другие многочисленные долины такой же природы. Их изучение показало, что обмеление рек происходило постепенно. Широкие потоки с течением времени превращались в небольшие речки, а затем в узкие ручьи.