• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
8829
История открытий на Марсе

История открытий на Марсе

Запуски космических аппаратов к Марсу начались с 1962 года. Но лишь в 1965 году мы увидели первые фотоснимки марсианской поверхности с близкого расстояния, переданные аппаратом Mariner-4 (NASA), пролетевшим мимо. И тех, кто ожидал, что Марс – благоприятное для жизни место, эти изображения «немного» разочаровали: поверхность на первый взгляд напоминает лунную и не внушает никаких перспектив. Метеоритных кратеров на Марсе оказалось много по двум причинам. Одна из них – слабая эрозия, потому что дождей там последний миллиард лет не было, ветер не особенно сильный, так что кратеры сохраняются долго. Да и метеориты падают чаще, потому что Марс находится на внутреннем краю Главного пояса астероидов

Слева: одна из первых фотографий марсианской поверхности с близкого расстояния (NASA)

Прошло ещё несколько лет, и у Марса появился первый искусственный спутник, это Mariner-9. Он вышел на орбиту, стал летать вокруг планеты, сделал несколько тысяч фотографий, почти всю поверхность перефотографировал – и мы впервые увидели Марс целиком. Он оказался довольно интересен, по меньшей мере для геологов. Так что надо было сажать туда аппарат.

Значит, следующий шаг – посадка на планету. Как известно, отечественная электроника не очень надёжная: наши (советские) аппараты по пути портились и до Марса не долетали. Тогда решили разом запускать по нескольку аппаратов, чтоб хотя бы один из них долетел.

И вот, наша страна в 1971 году запустила сразу три таких зонда, по конструкции не очень удачных, но в их составе был посадочный аппарат, капсула для посадки на Марс. И вот он-таки долетел – и даже сел!

«Марс-3», первый аппарат, совершивший мягкую посадку на Марс (Роскосмос)

Так что первая посадка была на Марс была наша, отечественная, инженеры здорово постарались. Конструкция у посадочного аппарата была крепкая, на борту у него был первый в истории марсоход; механическая лапка мягко опускала его на грунт, и он должен был ходить по поверхности Марса – не ездить на колёсах, а именно ходить – как шагающий экскаватор.

Блутусов и вайфаев в ту пору не было, связь с базовой станцией была по проводу. Т.е. марсоход должен был ходить, привязанный на проводе, так что далеко бы он в любом случае не ушёл. Но насколько далеко он ушёл – никто не знает, потому что после выпуска антенн станция проработала всего 10 секунд, потом сигнал перестал поступать по неизвестной причине. Так что никаких данных с поверхности мы тогда не получили.

С тех пор многие страны, прежде всего СССР и США, стали запускать роботов. Вот полный список аппаратов, которые летали к Марсу. Удачных экспедиций было немного: половина автоматических аппаратов не долетела (даже в один конец), так что дело это непростое. Американские и европейские зонды были более удачными.

Космические аппараты, которые летали к Марсу

Недавно к Марсу прилетел индийский аппарат – и ведь работает до сих пор, уже второй год, хотя техника стран третьего мира нам казалась чем-то второстепенным. Однако индийцы первый раз запустили межпланетный аппарат – и им это удалось. А японцам – не удалось, их космический зонд добрался до Марса, но затормозить не смог и на орбиту не вышел.

Итак, для геологов Марс оказался очень интересным. Планета небольшая, сила тяжести там почти втрое меньше, чем на Земле. Ведь сила тяжести поверхность выравнивает (по закону Архимеда), а когда гравитация слабая, то разница высот может быть весьма значительной. Поэтому на малых планетах и горы могут выше вырастать, и каньоны глубже образовываться. Так, на Земле максимальная высота гор – около 9 км, а на Марсе – 26 км, хотя плотность и твёрдость пород примерно одинаковая. На нашей планете более высоких гор не построить: даже если на Эверест наложить кирпичей, то выше он не станет – избыточной массой гора продавит своё основание.

Марсианские каньоны тоже очень глубокие, до 10 км. Один из самых глубоких назвали Долинами «Маринера» – того самого, который впервые сделал его снимок. Длиной он около 4000 км, ширина – почти 800 км, глубина – около 7 км. Правда, на Земле самое глубокое место – Марианская впадина – примерно такой же глубины, но это благодаря тому, что она водой заполнена.

Хотя атмосфера Марса разреженная и сила тяжести на его поверхности небольшая, тем не менее даже такая атмосфера может создать мощный воздушный поток, который способен поднять пыль.

Долины Маринера – самый длинный и глубокий каньон на Марсе (слева). Облака в атмосфере и полярные шапки Марса (Космический телескоп «Хаббл», NASA, ESA)

Как и у нашей планеты, у Марса есть две полярные шапки. Весной солнышко пригревает (до –80 °C), полярная шапка начинает под его лучами интенсивно таять, так как она в основном состоит из углекислого газа. Он испаряется в атмосферу и замерзает на другом полюсе, который в тени. В результате огромное количество CO₂ устремляется через всю планету по меридианам из одного полушария в другое, этот ветер поднимает массу пыли и тем самым вызывает пылевую бурю. И так повторяется дважды в год (марсианский, который почти вдвое длиннее земного).

«Маринеру-9» в этом отношении не повезло: он подлетел, начал фотографировать, а тут вдруг «бах» – и полевая буря. Прошло лишь полтора месяца с начала весны – и пыль, поднятая ветром, заволокла всю поверхность. Видны только самые крупные вулканы – от 24 км и выше. Четыре земных месяца зонд дожидался окончания пылевой бури, чтобы продолжить свою работу.

Марс в штиль (слева). Весенний ветер вызвал пылевую бурю на всей планете (справа)

Восьмого октября на экраны вышел кинофильм «Марсианин» – современный «жульверн» на тему «Робинзон Крузо на Марсе». Несмотря на ряд химических и технических неточностей, фильм очень интересный (а книга, по которой он сделан, еще интереснее).

Сегодня вокруг Марса работает много зондов. Самый сильный из них – американская (NASA) межпланетная станция Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). У него мощный фотографический комплекс с большим телеобъективом, который позволяет получать фотоснимки поверхности планеты с линейным разрешением в четверть метра – т.е. такого размера детали могут быть различимы: например, на его снимках видны следы колёс марсоходов.

Межпланетная станция Mars Reconnaissance Orbiter (слева). Фрагмент физической карты Марса  (NASA / JPL-Caltech / Arizona State University)

Эта орбитальная станция по радиоканалу передаёт информацию на Землю, не только собственную, но также ретранслирует сигналы марсоходов с поверхности планеты, когда над ними пролетает.

Карты марсианского рельефа на сегодня более детальны, чем карты земной поверхности. На нашей планете мешают облака, вечнозелёные тропические леса. Кроме того, две трети поверхности нашей планеты покрыты водой, сквозь которую не видно ничего из того, что на дне. А на Марсе воды нет, облаков мало, зелени нет, поэтому его внешний вид мы знаем идеально.

И даже внутри кое-что прощупали. Физикам известно, что любая волна проникает внутрь тела на расстояние порядка длины этой волны. MRO имеет в распоряжении радиолокаторы, в том числе и длинноволновые (порядка километра). И его снимки Марса показывают много интересных деталей.

Как правило, эти детали узнаваемы и в земном рельефе. Например, вот следы таяния полярной шапки; на ледниках Эльбруса точно такие же слои, для геологов очень знакомые структуры.

Марсианский ледник в процессе таяния (слева). Удивительный марсианский рельеф. Размер  изображения по диагонали – около 1 км (NASA)

Казалось бы, а что может быть на Марсе не такое, как на Земле? Но вот эта картина, в ней километр по диагонали) не очень знакомая: похоже на шоколад, или черепицу. Интересно, что скажут специалисты-геологи: есть ли такое у нас?

Или вот: песчаные дюны, ветер дует, песок переносится. Но тут отделился песок светлый от тёмного: дюны из чёрного песка, а подстилающая поверхность – из более светлого. У нас, на спутниковых снимках Земли, такого сочетания мне не приходилось видеть. Хотя чёрный песок есть на Канарских островах, это вулканическое вещество: лежишь на пляже – ты белый, а он чёрный.

Дюны из чёрного марсианского песка (слева). Минеральные образования на Марсе, напоминающие живые растения (NASA)

Или вот, тоже космическая съёмка с орбиты: никто не знает, что за «кустики» торчат из красноватого песка. Говорят, что жизни нет – а что же это тогда?

Марс вдвое меньше Земли, но всё равно площадь поверхности планеты огромная, а марсоходы излазили лишь в сумме около квадратного километра и ничего подобного не обнаруживали.

Марсианская вода

В полярной шапке вода, конечно, есть, но, судя по тому, что шапка очень интенсивно под солнцем тает, мы понимаем, что её там очень мало, в основном это углекислый газ, который при низком марсианском давлении испаряется при –120 °C.

Но мы видим следы течения воды, явные речные русла, сеть притоков, размытые овраги. Значит, что-то там текло? Судя по всему, на Марсе даже море было, целый океан: в северном полушарии планеты поверхность очень ровная, вся выглажена, как у нас морское дно, и она ниже среднего уровня высоты метров на триста. Но куда вся эта вода делась? Наверное, часть замёрзла, а часть испарилась. Но не вся же? Или вся?

Слева: высохшие русла марсианских рек (NASA). Справа: марсианские овраги (Credit: Malin Space Science Systems, MGS, JPL, NASA)

Итак, следов течения много, а жидкой воды нигде не видно. Американцы недавно заявили, что нашли её, но это не совсем так: в настоящее время жидкой воды на поверхности Марса быть не может. Давление марсианской атмосферы в 160 раз меньше земного – около 0,006 атм. Это чуть ниже так называемой тройной точки (когда все три состояния вещества одновременно сосуществуют в устойчивом равновесии), т. е. при этом давлении вода неустойчива в жидком состоянии и быстро превращается в лёд и в пар. Лёд мы в полярных шапках видим, пар тоже видим – это облака. А жидкой воды нет. Значит, часть замёрзла и лежит в вечных полярных шапках, а остальное испарилось и улетело в космос.

Но почему она улетела? Ведь с Земли-то не улетает!

У нашей планеты есть магнитное поле, которое довольно надёжно защищает нас от потоков солнечной плазмы. Из-за магнитного поля этот солнечный ветер с атмосферой Земли практически не взаимодействует: заряженные частицы плазмы облетают Землю вдоль силовых линий поля и уходят вдаль. А у Марса нет магнитного поля: ядро Марса застыло и в нём нет конвективных потоков электропроводящего материала, которые бы создавали магнитное поле. И солнечный ветер постепенно сносит атмосферу Марса (и воду в ней) за собой, так что к настоящему времени она уже почти полностью потеряна. Солнце высушило Марс.

Но есть надежда, что не вся вода высохла. Часть замёрзла и осталась под поверхностью. Раньше мы могли лишь догадываться об этом, а теперь есть наглядные свидетельства.

Вот край каньона, видны какие-то струйки, потоки. Может быть, это из слоёв мерзлоты по весне оттаивает вода и течёт? Или, может быть, песочек сыпется, такая же наверно картинка бы была. Хотя он и с поверхности мог сыпаться, а тут бороздки начинаются с глубины около 100 м. Значит, скорее всего, это оттаивает слой мерзлоты.

Вероятно, по весне вода оттаивает из обнажившегося ледника и стекает в моментально замерзающее озерцо (Credit: Malin Space Science Systems, MGS, JPL, NASA)

Во-вторых, скатываются по весне ручейки вниз – и что мы тут видим? Везде поверхность щербатая, а тут абсолютно ровная, застывшая как каток. Если, как выяснилось, каналов марсиане не делают, то вот такие ванны для сбора весенних ручьёв они, видимо, всё-таки строят. Кто же иначе сделал этот бортик?

Его построила сама природа: вода, замерзая, надстраивает такие стенки. Есть похожее явление в Памуккале (Турция). Когда вода испаряется, соли из рассола выпадают в этом месте и постепенно образуют такие стенки.

Американцы в октябре видели с орбиты тоже лишь следы тёкшего рассола. На фотографии, полученной зондом Mars Reconnaissance Orbiter, разным цветом выделен разный химический состав; вдоль «ручейков» обнаружены перхлораты. Т.е., скорее всего, это следы воды, которая содержала растворимые соли хлорной кислоты.

Химическое разнообразие марсианской поверхности. Оттенки цвета соответствуют разному минеральному составу (NASA)

СМИ нам преподнесли это открытие как «ура! там есть вода, должна быть жизнь». Но подумайте, могла ли в такой воде быть жизнь? Ведь соли окисленного хлора – это мерзкая вещь, убийственная для белковой жизни. Ими унитазы чистят в целях дезинфекции, потому что они всё разъедают.

Хотя где-то в Калифорнии есть ядовитое озеро с похожим химическим составом, и микробы там приспособились. Но одно дело приспособиться, а другое – зарождение жизни в такой среде. Лично у меня эта информация энтузиазма не вызывает.

В марсианской полярной шапке различимы два слоя: вокруг внутренней части из вечного льда зимой образуется кольцо из затвердевшей углекислоты

Замёрзшая вода, скорее всего, осела в полярной шапке. На фото видна чёткая граница между внешней и внутренней частями шапки. По весне внешняя тает, а внутренняя на протяжении всего лета сохраняется. Вероятнее всего, наружное кольцо – углекислота, а во внутреннем круге лежит вода в виде вечного льда, который не тает и не возгоняется, потому что там круглый год глубокий минус температуры.

Американский зонд Phœnix был посажен внутри области зимней полярной шапки (рисунки NASA)

Чтобы это проверить, семь лет назад NASA забросило туда зонд Phoenix, он сел на внешнее кольцо летом, т.е. во время полярного дня, полгода работал, а как только солнце зашло, он замёрз. Но кое-что полезное сделать он успел. Вот внешний вид полярной области Марса в сравнении с канадской тундрой, отличий почти нет: и там, и тут структура поверхности одинакова, потому что летом грунт оттаивает, зимой замерзает – и возникающие при этом конвективные потоки вещества приводят к формированию таких структур наподобие пчелиных сот.

При оттаивании полярного грунта на Марсе (слева) и на Земле (справа) образуются похожие структуры

У зонда Phoenix был манипулятор, чтобы ямки копать, и кое-что интересное он для нас накопал. Выкопал ковшиком канавку, а там что-то белое: может соль, может вода, может CO2. Но через несколько дней, в течение которых солнышко пригревало канавку, картинка стала такая: совсем немного белого вещества испарилось. Значит, лёд? Скорее всего, так. Потому что углекислота испарилась бы полностью, а соль осталась бы вся. Т.е. всего на глубине 10 см докопались до водяного льда.

Панель солнечной батареи и ковш экскаватора зонда Phœnix (NASA). В марсианском грунте под растаявшей летом полярной шапкой обнаружено белое вещество. Через несколько земных дней очень небольшая часть растаяла

Для будущих космонавтов это весьма приятное открытие: если мучит жажда, то взял лопату, копнул – и вот тебе вода. Растопил её – и пей, если не боишься перхлоратов. Но в полярных районах их скорее всего нет, потому что они осаждаются, когда вода высыхает. А на полюса летит водяной пар без солей, при конденсации которого получается чистый лёд, практически дистиллят – подобно тому, как у нас дождевая вода совсем пресная.

Итак, вода на Марсе есть, но на вопрос о наличии жизни ответить гораздо сложнее. Дело не только в химии: на поверхности планеты очень мощная радиация, а жизнь её «не любит».

Марсоход PathFinder анализирует химический состав марсианского камня

Для геологического исследования Марса на него в 1997 году опустился марсоход PathFinder. Колёсики у него были маленькие, так что далеко уйти он по пересечённой местности не мог, но и в доступной ему окрестности он хорошо поработал. Он прижимал свои приборы (альфа- и гамма- спектрометры) к камушкам и анализировал химический состав горных пород.

Другие два геологических марсохода – Spirit и Opportunity. Первый из них проработал 6 лет, потом попал на зыбучие пески и сломался. А второй работает уже 12 лет без ремонта, хотя на столь долгий срок никто и не надеялся. Хотя бы потому, что питается он исключительно солнечной энергией, а во время пылевых бурь его солнечные панели должно было засыпать и они бы перестали вырабатывать необходимое для работы электричество. Так оно и случилось. Но потом дунул сильный ветер и очистил фотоэлементы от пыли, они снова начали функционировать. И так уже несколько раз случалось, так что очень оказался полезным ветер на Марсе.

Слева: геологический марсоход Opportunity. Справа: марсианский внедорожник Curiosity, работающий на ядерном топливе (рисунок NASA)

Самое лучшее, что мы (точнее, NASA) имеем сегодня на Марсе – гигантская машина Curiosity, посаженная в 2012 г. Внедорожник с 21-дюймовыми колёсами, весом почти в тонну (на Земле), с великолепным источником питания: у него нет солнечных батарей, зато есть ядерный реактор, в котором плутоний-238, распадаясь, греет термоэлементы, которые в результате эффекта Пельтье дают электричество. Этого ядерного источника энергии хватит надолго: на десятки лет.

Для отбора образцов у него есть манипулятор – штанга двухметровой длины. Но это не предел расстояния, на котором он может анализировать материалы. У него есть уникальная штука – инфракрасный лазер, который стреляет многоджоулевыми импульсами, испаряя породу. Раскалённый пар (точнее, облачко плазмы) излучает, телескоп собирает это излучение, спектрометр его анализирует. Т.е. этот аппарат своим «лучевым оружием» может сканировать вертикальную стенку издали, там, куда «рука» не дотягивается.

В его арсенале имеется и один российский прибор, сделанный в Институте космических исследований (Москва). Это нейтронный детектор для поиска воды под поверхностью Марса. Встроенный в него источник испускает поток нейтронов, который проникает в грунт на глубину более метра. Если нейтроны встречают на пути атомы водорода (которые входят в состав молекулы воды), то они ими рассеиваются и обратно не отпрыгивают. А если лёгких ядер там нет, то нейтроны частично отражаются назад.

В атмосфере Марса обнаружен метан в концентрации до 0,003%

Самое интересное открытие в поисках жизни на Марсе – то, что шесть лет назад наземные телескопы обнаружили в атмосфере Марса спектральные линии метана. Метан – это продукт либо вулканических извержений, либо жизнедеятельности каких-то организмов (у нас, например, крупный рогатый скот его в больших масштабах выделяет). Но марсианские вулканы давно замёрзли и ничего из себя уже не выбрасывают. Значит, остаётся единственной вторая гипотеза. Правда, ни одной коровы на Марсе пока не замечено, но это могут быть микроорганизмы, разлагающие органические материалы. Т.е. скорее всего это микробы, которые зарылись глубоко в грунт, чтобы радиация их не убила. На нашей планете от солнечной и космической радиации защищает атмосфера. Поэтому, чтобы сделать простую оценку глубины, на которой достигается хорошая защита от радиации, можно мысленно взять всю толщу земной атмосферы и сжать её до плотности грунта – получится несколько метров, меньше пяти.

В марсианском грунте встречаются круглые дырки размером в десятки метров. Дно обнаружить не удалось

И ведь с искусственных спутников Марса уже обнаружены входы в марсианские пещеры. Это такие дырки-шахты, вертикальные колодцы, довольно широкие, размером со стадион. На льду очень контрастно выделяются. Что внутри этих дырок – пока не знаем. С орбиты видно только, что там темно. Куда эти ходы дальше могут идти? Вряд ли до центра планеты. По-видимому, они имеют карстовое происхождение.

На нашей планете тоже встречаются такие входы в подземелье, недавно на Таймыре такую воронку обнаружили (Оленченко, 2014). Карстовые явления на Земле – это когда вода, например, вымывает в глубинном слое грунт, образуются сеть пещер, потом где-то обваливается крыша, и таким образом получается вход в пещеру. Не обязательно вода, могли быть и вулканические жидкости, проплавившие внутренние горизонты.

Карстовый провал в земном грунте

А в пещерах условия для жизни очень хорошие. Есть одна такая пещера во Франции, на поверхности там жизни почти нет – одни туристы, но внутри жизнь просто благоухает, потому что и влажность там выше, и температура стабильнее (нет суточных перепадов), и радиация ещё меньше, чем наверху. Это отверстие диаметром метров 60 сначала уходит вертикально вниз до глубины 70 м, потом ход становится горизонтальным. Это обычный карстовый коридор, в котором обвалился потолок.

На стенах карстового колодца благоухает жизнь. (Фото: автора)

Есть надежда, что и на Марсе явление то же самое, т.е. под грунтом имеются пустые пространства. И они наиболее благоприятны для развития жизни. Но изучить их не представляется возможным, потому что роботов-спелеологов пока не создали. Роботы по поверхности могут бегать, в атмосфере могут летать, но по пещерам лазать их до сих пор не научили.

Конечно, для жизни пещеры не обязательны, она и в грунте может существовать. Так, всё пространство земной коры до глубины в три километра населено микробами (глубже температура становится выше ста градусов и закипает вода). По оценкам специалистов, полная биомасса микробов под поверхностью земли должна быть намного больше, чем всех существ на поверхности (на суше и в воде) – включая китов, слонов, людей и др., вместе взятых. Т.е. можно сказать, что в основном земная жизнь (как и марсианская, если она там есть) сосредоточена в глубине плотного грунта.

В рамках миссии марсохода Curiosity был задуман замечательный биологический эксперимент: аппарат должен был выкапывать с глубины песочек, засыпать его в баночку, заливать питательным физиологическим раствором и далее смотреть, как активно марсианские микробы там будут размножаться. Но, к сожалению, ёмкость с этим раствором разбилась при посадке. Это был единственный эксперимент среди запланированных для Curiosity, который не удалось выполнить. Итак, жизнедеятельность микробов он увидеть не сможет, но у него есть действующий масс-спектрограф, который способен обнаруживать в пробах грунта биомолекулы нуклеиновых кислот и белков, хотя это даст лишь косвенное подтверждение возможности жизни на планете.

Но пока Curiosity занимается лишь геологией. Посадили его внутри большого метеоритного кратера около большой (5 км высотой) центральной горы. Она сложена осадочными породами, которые век за веком наслаивались, и эту «геологическую летопись» Марса за последние пару миллиардов лет геологи мечтают изучить. Сейчас марсоход уже подъехал к подножию этой горы, и ближайшая его задача – подниматься на неё, пока сможет. Это непросто: марсианские камешки оказались весьма острыми и делают дырки в алюминиевых колёсах робота. Из-за полученных повреждений движется он не быстро, тем более что ведут его не по прямой, а в обход камней, так что долезет ли он до самой вершины – неизвестно.

Марсианская гора, которую исследует марсоход Curiosity (NASA)

Космонавты на Марс, если и полетят когда-нибудь, то не скоро. А пока будем его исследовать роботами.

Очередной проект по исследованию Марса, ExoMars, изначально задумывался как европейско-американский. Но три года назад американцы отказались от него и прекратили финансирование, европейцам (ESA) своих денег не хватило для его продолжения, и они предложили участвовать России. Согласно проекту, наша ближайшая задача – на орбиту Марса доставить спутники, а на поверхность опустить европейские марсоходы. Т.е. нашей стране доверили оказывать главным образом транспортные услуги, а требующее большего интеллекта создание автоматической аппаратуры для научных экспериментов оставили за собой. Запуск планируется на 2016 г.

Через несколько месяцев к Марсу полетит марсоход по проекту ExoMars (ESA/Роскосмос) с целью биохимического исследования подповерхностьного грунта

У этого робота два новых прибора. Один – это бурильный станок, который сможет пробурить в марсианском грунте двухметровую скважину и достать с этой глубины пробу грунта. Второй – биохимический экспресс-анализатор.

Так что ждём новых открытий.

Задать вопрос Владимиру Сурдину

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!

comments powered by HyperComments