Марсианские хроники

Архив NEWSru.com

Марс - одна из девяти больших планет Солнечной системы; четвертая по удаленности от Солнца и вторая по ее наименьшему расстоянию от Земли. Известный людям с древних времен как яркое светило оранжево-красного цвета, Марс получил свое имя в честь бога войны (Арес в древнегреческой мифологии и Марс - в древнеримской).

Среди всех планет Марс по своим климатическим условиям наиболее близок к Земле. Несмотря на отрицательные результаты первых экспериментов по поиску жизни на Марсе, эта проблема до сих пор считается открытой.

В XIX и XX вв. астрономы усиленно изучали Марс с помощью наземных телескопов, полагая, что на его поверхности есть, как минимум, растительная жизнь. Последние 45 лет Марс интенсивно исследуют с помощью межпланетных аппаратов, не прекращая его наблюдения наземными и космическими телескопами. Считается, что Марс станет первой планетой, которую посетят пилотируемые экспедиции.

По размеру Марс вдвое больше Луны и вдвое меньше Земли. Сила притяжения на поверхности Марса в точности заключена между земной и лунной. Средняя плотность Марса также заключена между плотностью Луны и Земли, хотя ближе к лунной. И еще одно качество объединяет Луну и Марс: это наиболее изученные (после Земли) объекты Солнечной системы.

Однако Марс даже в период великого противостояния в 150 раз дальше от нас, чем Луна, поэтому его изучение традиционными астрономическими методами представляет сложную проблему. Тем не менее до начала космической эры астрономы точно измерили длину марсианских суток, составили грубую карту поверхности Марса, обнаружили у него атмосферу, в основном состоящую из углекислого газа. Довольно точно была измерена температура поверхности Марса, которая, как и предполагалось, оказалась ниже, чем на Земле, и равна примерно -30^oC (средняя температура на Земле составляет около +15^oC).

Измерения с борта автоматических станций - искусственных спутников Марса - значительно уточнили эти данные. Средняя температура оказалась еще ниже, около -60^oC. Летом на экваторе она поднимается до нуля, но зимой в полярных областях опускается до -150^oC. Из-за разреженной атмосферы суточные перепады температуры поверхности очень велики: до 70 градусов. Однако уже на небольшой глубине грунта, около 25 см, температура в течение суток и даже года меняется мало; в тропиках она близка к -60^oC.

Большое внимание астрономов всегда привлекали яркие белые пятна, располагающиеся в полярных областях Марса. Если начать наблюдения полярной шапки на каком-нибудь из полушарий Марса в конце зимы, то можно заметить, что вначале она занимает очень большое пространство, примерно 10 млн. км2, но с течением времени начинает уменьшаться, сначала медленно, а затем все быстрее. К середине весны появляются темные полосы, рассекающие полярную шапку на ряд отдельных областей различной яркости. От основного массива отделяются по краям небольшие участки, которые через некоторое время постепенно исчезают.

В течение лета полярная шапка продолжает уменьшаться и становится совсем небольшой. К концу лета над полярной областью появляются беловатые размытые пятна, которые быстро увеличиваются и вскоре распространяются на всю полярную область и частично даже на умеренные широты. Эта светлая подвижная дымка сохраняется всю осень и зиму и рассеивается только к концу зимы. После этого снова становится видимой большая полярная шапка, сначала немного тусклая, а затем принимающая яркую белую окраску и покрывающая, как и в конце предыдущего года, значительное пространство.

Природа северной и южной полярных шапок неодинакова. Северная шапка больше по размеру и состоит главным образом из водяного льда, а южная - в основном из замерзшего углекислого газа. Причина этого в различии средней температуры и продолжительности сезонов в северном и южном полушариях. Толщина снежного покрова на большей части поверхности полярных шапок не превышает нескольких сантиметров.

В средних широтах поверхность Марса, лишенная снежного покрова, довольно светлая и в основном имеет красновато-оранжевый оттенок. Эти области называют "пустынями"; их окраска определяется присутствием гидратов окислов железа, образующих слой красной пудры на зернах силикатного песка - основной составляющей поверхности. Ближе к экватору встречаются зеленовато-серые пятна ("моря"), в целом занимающие около трети поверхности; они темнеют с наступлением весны. В прошлом высказывалось мнение, что это болотистые равнины, но теперь совершенно очевидно, что обширных открытых водоемов на Марсе нет.

Поверхность Марса весьма неровная, перепад высот на ней достигает 30 км. На Земле он заметно меньше: от дна Марианской впадины до вершины Эвереста около 20 км. За уровень отсчета высоты на Марсе обычно принимают эквипотенциальную поверхность с давлением атмосферы 6,1 мбар. Это давление на диаграмме состояния воды соответствует "тройной точке": при более высоком давлении вода может быть в трех агрегатных состояниях (в зависимости от температуры) - твердом, жидком и газообразном. Но если давление ниже, то при нагревании лед сразу переходит в пар, минуя жидкую фазу. На самых значительных возвышенностях Марса давление атмосферы около 3 мбар, а на дне каньонов - около 10 мбар; там вода может быть в жидком состоянии. В среднем давление у поверхности Марса почти в 200 раз меньше нормального атмосферного давления у поверхности Земли на уровне моря и близко к давлению на высоте 40 км, куда на Земле не поднимаются самолеты и аэростаты. Атмосфера Марса очень сухая. Толщина условно осажденного слоя воды в ней составляет всего около 0,05 мм даже вблизи тающей полярной шапки в разгар лета (в земной атмосфере слой воды в сотни раз больше). По мере удаления от тающей полярной шапки количество пара в атмосфере уменьшается до нескольких микрометров.

Тем не менее, уже первые снимки автоматических станций показали, что некоторые детали марсианского рельефа обязаны своим происхождением потокам воды. Например, 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 долины такой же природы, указывающие, что на сухой планете Марс когда-то бушевали водные потоки.

Впрочем, возможно, что и в наше время на Марсе иногда "бегут ручьи". На это указывают снимки высокого разрешения, переданные с орбиты Марса в последние годы аппаратами "Марс Глобал Сервейор" и "Марс Одиссей" (США). На склонах некоторых долин и кратеров обнаружились объекты нового типа; возможно, это водные или водно-грязевые потоки, возникающие в наши дни, буквально у нас на глазах. Присутствие на Марсе жидкой воды значительно повышает его шансы быть прибежищем жизни.

В середине ХХ в. экзобиологи (исследователи проблемы внеземной жизни) возлагали на Марс большие надежды, и не только потому, что некоторые астрономы видели на его поверхности множество тонких прямых линий - "каналов", - что дало повод фантастам и фантазерам говорить об искусственных оросительных сооружениях на поверхности Марса. Эта планета действительно более других похожа на Землю и, вероятно, могла бы стать прибежищем для самых неприхотливых форм земной жизни.

Несколько автоматических экспедиций к Марсу и особенно посадки на его поверхность позволили близко познакомиться с ландшафтом и климатом планеты. Полученные данные разочаровали ученых. Даже летним днем температура на Марсе редко поднимается выше 0oC, а ночью может опускаться до -120oC. Бедная атмосфера Марса почти не содержит паров воды и лишена кислорода. Поверхность Марса значительно интенсивнее бомбардируется метеоритами, чем поверхность Земли. Не исключено, что в прошлом падение крупных метеоритов (астероидов) вызывало сильные климатические изменения, опасные для биосферы Марса, разумеется, если она существовала.

Анализируя условия для жизни на Марсе, следует также учитывать, что эта планета практически лишена магнитосферы, защищающей от космических лучей. Магнитное поле Марса очень слабое, вероятно, обязано суммарному эффекту палеомагнитных полей на отдельных участках поверхности.

Сейчас практически не осталось надежды обнаружить на Марсе активную жизнь. Однако история Марса, возможно, знала периоды более благоприятные для жизни. Есть признаки того, что климат Марса существенно менялся: в далеком прошлом по его поверхности текла вода. Как уже отмечалось, на детальных изображениях планеты, переданных искусственными спутниками Марса, видны следы водной эрозии - овраги и пустые русла рек. Зонд Pathfinder (США), совершивший в 1997 мягкую посадку на Марс и доставивший первый автоматический марсоход Sojorner, обнаружил в геологическом строении поверхности признаки мощных водных течений, имевших место в отдаленные эпохи.

Долговременные вариации марсианского климата могут быть связаны с изменением наклона его полярной оси. При небольшом повышении температуры планеты ее разреженная атмосфера может стать в 100 раз плотнее за счет испарения льдов полярных шапок и возможного слоя вечной мерзлоты. Поэтому не исключено, что жизнь на Марсе когда-то существовала. Точно ответить на этот вопрос будет возможно лишь после изучения образцов марсианского грунта. Но их доставка на Землю - сложная задача.

К счастью, природа иногда дарит ученым неожиданную удачу: из тысяч найденных на Земле метеоритов некоторые, возможно, прилетели с Марса: микроскопические пузырьки газа в них имеют такой же состав, как атмосфера Марса. Такие находки называют "шерготтитами" или SNC-метеоритами, поскольку первые такие "камни" нашли вблизи населенных пунктов Шерготти (Индия), Накла (Египет) и Шассиньи (Франция). К этой же группе относится и найденный в Антарктиде метеорит ALH 84001; он значительно старше остальных и содержит полициклические ароматические углеводороды, возможно, имеющие биологическое происхождение.

С середины 1990-х по поводу этого метеорита идут жаркие научные споры: астрономы уверены, что перелет вещества с планеты на планету возможен - его выброс может произойти под действием мощного астероидного удара; однако далеко не все биологи согласны, что в метеорите ALH 84001 действительно есть следы марсианской жизни.

Понятно, что оставаясь на Земле, не удастся разрешить проблему жизни на Марсе, чем и объясняется столь высокий интерес к экспедициям на эту планету.

В прошлом американское космическое агентство НАСА уже дважды терпело неудачу при исследовании Красной планеты: в 1999 году было официально объявлено о том, что после приземления на Марс потерпели катастрофу два исследовательских зонда Mars Climate Orbiter и Mars Polar Lander. Причем один из них должен был совершить посадку на планету. Однако агентство располагает достаточными средствами, чтобы отправлять экспедиции на Марс каждые два года и не удивительно, что американцы решили продублировать свои аппараты: так вероятность полного провала уменьшается вдвое.

Аппараты Spirit и Opportunity - шестиколесные американские роботы-марсоходы MER-1 (Mars Exploration Rover). Каждый из марсоходов весит около 180 кг. Общая стоимость проекта составляет 800 миллионов долларов. Стартовали корабли с Земли с разницей в две недели.

Первый марсоход опустился на поверхность Марса 3 января в кратере Гусева, посадка Opportunity произошла 25 января на расстоянии 9600 км от места посадки первого аппарата, в районе Меридиане планум.

Второй аппарат отправили не просто для страховки, на случай, если возникнут какие-то проблемы с первым. Планировалось, что первый зонд совершит посадку в более "безопасной" области, и если с ним все будет нормально, то второй аппарат будет посажен в относительно "опасном" месте, в котором зато солнечные панели смогут работать с максимальной эффективностью.

По словам ученых, во время посадки марсоходов Марс приблизился к Земле на максимально близкое расстояние за последние 15 тысяч лет - примерно на 136 миллионов километров. Это позволило сократить время путешествия с 9 - 10 месяцев до 7.

Для посадки аппаратов использовалась надувная конструкция, которая была успешно испытана во время миссии аппарата Mars Pathfinder в 1996 году. При использовании такой конструкции основное торможение осуществляется с помощью парашюта, непосредственно перед контактом с поверхностью срабатывают двигатели посадки и надуваются воздушные камеры. После достижения поверхности космический корабль подпрыгивает на них несколько раз и сможет прокатиться до одного километра. Когда он остановится, воздушные камеры отделяются, лепестки раскрываются, приводя примарсившийся аппарат в вертикальное положение.

Подвижность нового марсохода-ровера (Mars Exploration Rover) значительно выросла по сравнению с кораблем Pathfinder, исследовавшим поверхность Марса в 1997 году. Это был совсем небольшой аппарат весом 10 кг, который проехал по поверхности Красной планеты около 90 метров. Роверы могут за день проходить столько же, сколько Pathfinder преодолел за все время активного существования, т. е. порядка 100 метров. Предполагается, что они будут работать на поверхности Марса три месяца и за это время проедут около 600 метров.

На обоих марсоходах установлено совершенно одинаковое научное оборудование: панорамная камера и камера для микрофотосъемки, инфракрасный спектрометр, спектрометр Мессбауэра для идентификации минералов и протонный рентгеновский спектрометр для определения состава камней и грунта.

Перед запуском дистанционно управляемые марсоходы долго испытвались в пустыне в северной Аризоне. В ходе испытаний в Аризоне моделировались условия связи между операторами и марсоходами. Инженеры Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) посылали каждое утро через спутник команды роботу, а к исходу дня получали сделанные им фотографии.

Связь с марсоходами в ходе их работы на Марсе осуществляется через сеть дальней космической связи НАСА - систему антенн в разных концах света, используемых для связи с автоматическими исследовательскими станциями, а также другими космическими аппаратами. Научная аппаратура, размещенная на марсоходах, предназначается для исследования рельефа местности с помощью камер и спектрометров; пять других приборов позволят провести химический анализ горных пород и почвы Марса.

Российские ученые тоже принимали участие в научной части марсианской экспедиции. Лаборатория, производящая нуклид кюрия-244 в Димитровграде, создала и установила на марсоходе двенадцать источников излучения - по шесть на каждом марсоходе. Это круглые пластины величиной с копеечную монету, покрытые тонким слоем кюрия-244. Каждая шестерка вставлена в круглый диск диаметром около пяти сантиметров.

Принцип работы радионуклидных источников таков: они создают излучение, которое взаимодействует с породой грунта. В результате появляется вторичное излучение, по которому и можно судить о составе "бомбардируемой" поверхности.

Из-за того, что космические агентства большинства развитых стран стеснены в денежных средствах, запланированные марсианские программы постоянно откладываются и переносятся, а также видоизменяются самым неожиданным образом.

Ближайшие марсианские экспедиции расписаны на десятилетие вперед. Это уже стартовавшие с Земли:

- Mars Express, исследовательский спутник планеты, несет на себе также посадочный аппарат Beagle 2 (Британия), дата запуска 23.05.2003, окончание основной программы было запланировано на 11.02.2006, окончание дополнительной программы - на 03.08.2008. Связь с аппаратом была потеряна после посадки. добавление к основной программе имел цель дистанционных исследований Фобоса, в том числе полного его картографирования. - Mars Exploration Rovers - A (MER-A) - средний марсоход (США), дата запуска 30.05.2003, окончание основной программы 06.04.2004, окончание дополнительной программы 11.05.2004, и Mars Exploration Rovers - B (MER-B), - средний марсоход (США), дата запуска 25.06.2003, окончание основной программы 27.04.2004, окончание дополнительной программы 15.06.2004. Предполагается, что применение двух однотипных марсоходов, при благоприятном раскладе, позволит исследовать сразу два района планеты. Возможные места посадки марсоходов: долины Атабаска на равнине Элизий, где можно поискать гидротермальные отложения, - здесь были найдены самые молодые на Марсе следы потоков. В геологическом отношении эта территория очень молода, ей всего несколько десятков или сотен миллионов лет; кратер Гусева, который представляет собой классический кратер. Выглядит он так, как будто когда-то был заполнен водой (возможно, так оно и было), то есть внутри него лежат осадочные породы; каньон Мелас в долинах Маринера, со стенами высотой около 10 км. Здесь марсоход мог бы исследовать осадочные породы (во всяком случае, здешняя поверхность очень похожа по структуре на осадочные породы); Земля Меридиана, где также онаружены предполагаемые следы воды. Оба ровера имеют массу порядка 150 кг и способны проходить до 100 м в сутки.

Программы на будущее:

- Mars Reconnaisance Orbiter, спутник для высокодетальной съемки поверхности Марса (США), будет иметь массу порядка 1800 кг, дата запуска 08.08.2005, окончание основной программы 26.11.2008, окончание дополнительной программы (станция должна будет работать телекоммуникационным ретранслятором для посадочных аппаратов и марсоходов) 31.12.2010. В число основных задач MRO, помимо детального изучения поверхности, входит поиск следов воды и проведение атмосферных и климатических исследований. Интересным может оказаться проект зондирования поверхности на глубину до километра для поиска жидкой воды или слоев льда с помощью радиолокатора SSR (Subsurfase Sounding Radar), который создадут специалисты Итальянского космического агенства.

- Mars Completed Scout 2007, конкурсный проект по исследованию Марса (США), в нем предполагается использование некоего летательного аппарата (аэроплана или воздушного шара), что может позволить посетить большее количество мест и собрать больше информации, чем при использовании "наземных" средств передвижения, дата запуска 04.09.2007, окончание основной программы 19.08.2008.

- Mars CNES Orbiter (Mars Premier) 2007, космический аппарат для дистанционного зондирования Марса с орбиты спутника, доставки на Марс четырех малых посадочных аппаратов Netlander и ретрансляции данных с них (Франция), дата запуска 11.09.2007, окончание основной программы 11.08.2008, окончание дополнительной программы 12.08.2010. В число основных задач аппарата входит отработка технологии поиска капсул на орбите Марса, сближения с ними и захвата. Эти технологии пригодятся при планируемой на 2014 год доставке на Землю марсианского грунта. Программа Netlander имеет своей целью образование сети из четырех аппаратов для сейсмозондирования планеты. Научные задачи проекта: изучение внутренней структуры Марса (в том числе поиск воды), мониторинг климата, геодезические измерения. Проект позволит услышать с помощью специального микрофона "звуки Марса". Планируемая стартовая масса МО-2007 - 3020 кг (из них на топливо приходится 1680 кг, на посадочные аппараты 340 кг).

- Mars ASI/NASA Marconi Telecommunications Orbiter 2007, спутник-ретранслятор Марса (Италия - США), дата запуска 23.08.2007, окончание основной программы 18.07.2018