Наука - Тайны Красной планеты

Наука - Тайны Красной планеты

«А на далеком горизонте свирепый Марс горит пожаром…»
Считается, что первый звездный каталог составили в Вавилоне в XVIII веке до нашей эры во времена правления великого законодателя Хаммурапи. Безымянные авторы этого труда уделили особое внимание пяти обитателям ночного небосвода, которые перемещались на фоне неизменного узора остальных светил и меняли свой блеск.

Тысячу с лишним лет спустя греки назвали эти небесные тела странниками – planhtai; позднее это слово вошло в латынь (множественное число – planetai, единственное – planeta), а затем и в другие европейские языки. Одна из планет имеет явный красноватый оттенок, поэтому многие народы называли ее Красной или Огненной. Вслед за вавилонянами и египтянами греки стали давать планетам дополнительные имена, посвященные божествам, и красная планета приобрела имя бога войны Ареса. В римском пантеоне он именовался Марсом.

Взгляд со стороны

Вплоть до изобретения телескопа все астрономические сведения о Марсе ограничивались описанием его движения по небесной сфере. В конце XVI века измерения непревзойденной точности произвел датчанин Тихо Браге, а Иоганн Кеплер на основе этой информации сформулировал законы движения планет. В 1636 и 1638 годах итальянец Франческо Фонтана первым зарисовал фазы Марса, которые фактически наблюдал еще Галилей. В 1659 году Христиан Гюйгенс оценил диаметр Марса и длительность его суток, причем в первом случае ошибся всего на 10%, а во втором – менее чем на 5%. Через несколько лет Джованни Кассини вычислил тогдашнее расстояние от Земли до Марса и определил длину его суток всего с трехминутной ошибкой. Тот же Кассини, а затем и его племянник Джакомо Маральди заметили на полюсах Марса белые пятна, однако не стали утверждать, что это снег или лед. На это впервые в 1781 году отважился великий английский астроном Уильям Гершель. Он также измерил наклон оси Марса к плоскости эклиптики и высказал гипотезу о существовании у этой планеты атмосферы.

После работ Гершеля примерно на полвека интерес к Марсу как-то увял и возродился лишь в 1830 году, когда Марс и Земля в очередной раз приблизились друг к другу на минимальную дистанцию. В последующие десятилетия астрономы занялись составлением карт Марса, и одна из них превратилась в мировую сенсацию. Эту карту на основе собственных зарисовок, сделанных во время сближения 1877 года, начертил итальянец Джованни Скиапарелли. Его карта содержит множество темных пересекающихся линий, которые ученый назвал canali. Это множественное число итальянского слова canale, которое означает естественный водный путь, в частности – русло реки и морской пролив. Однако в большинстве переводов этот смысл был утерян, и структуры Скиапарелли стали, не мудрствуя лукаво, называть просто каналами. Так и возникла легенда о наличии на Марсе искусственных водных путей, чего Скиапарелли никогда не утверждал. Следут отметить, что такие же линии и до него наблюдали не менее десяти других астрономов, что Скиапарелли неоднократно подчеркивал.

Вера в марсианские каналы продержалась еще лет тридцать, а потом постепенно умерла естественной смертью. В начале XX столетия астрономы, которые уже располагали весьма мощными телескопами, не смогли усмотреть их ни визуально, ни на фотоснимках. Тогда же спектрографические исследования Марса убедительно показали, что на планете нет жидкой воды. Что именно видели Скиапарелли и его современники, не ясно и поныне, но по всей вероятности, они оказались жертвами оптической иллюзии.

Однако в 1877 году было сделано и подлинное открытие. Американский астроном Азеф Холл с помощью 26-дюймового телескопа-рефрактора Военно-морской обсерватории обнаружил у Марса два небольших спутника – Фобос и Деймос.

Первые шесть десятилетий ХХ века принесли немало информации о Марсе. Так, в 1920-е годы американцы Сет Никольсон и Эдисон Петтит первыми определили температуру марсианской поверхности. Вполне естественно, что картирование Марса продолжалось с применением все более и более совершенных телескопов и фотокамер. Однако подлинный подъем марсианской астрономии начался лишь в космическую эру.

На свидание с Марсом

Красная планета оказалась твердым орешком для мировой космонавтики. С 1960 по 2007 год к Марсу отправились 38 автоматических аппаратов: 19 американских, 17 советских и российских, один европейский и один японский. Удачными оказались лишь проекты NASA, да и то не все. Двенадцать полетов к Марсу и на Марс оправдали ожидания, шесть провалились, судьбу корабля Phoenix, стартовавшего 4 августа 2007 года с мыса Канаверал, обсуждать пока рано. Общий баланс таков: 25 неудачных попыток, 12 успешных, один корабль в пути.

Первые запуски космических зондов к Марсу были произведены со стартового комплекса № 1 космодрома Байконур 10 и 14 октября 1960 года. Оба они не удались: еще до выхода на промежуточную околоземную орбиту взорвалась ракета-носитель. Три запуска 1962 года тоже были нештатными. Стартовавшие 24 октября и 4 ноября корабли добрались до околоземной промежуточной орбиты, но не смогли выйти на расчетную межпланетную траекторию. Ушедшая в космос 1 ноября 900-килограммовая станция «Марс-1» 19 мая следующего года обогнула Красную планету на расстоянии 197 000 км (после чего вышла на околосолнечную эллиптическую орбиту), однако за три месяца до пролета с «Марсом-1» была утеряна связь. Аналогичная судьба постигла и запущенную 30 ноября 1964 года станцию «Зонд-2». Эта неудача оказалась особенно досадной, поскольку корабль находился всего в 1500 км от Марса и мог бы собрать уникальнейшую информацию.

Хроника позднейших марсианских стартов с Байконура выглядит как повторение пройденного. 27 ноября и 2 декабря 1971 года станции «Марс-2» и «Марс-3» вышли на орбиты вокруг Марса и отправили на его поверхность спускаемые аппараты. Один из них разбился, а другой после мягкой посадки проработал всего 20 секунд. В 1973 году были запущены «Марсы» с номерами 4, 5, 6 и 7. Два из них прошли мимо планеты, один нескольких дней слал сигналы с околомарсианской орбиты, после чего замолк навсегда; «Марс-6» совершил посадку и прекратил связь. В июле 1988 года в космос ушли две станции, которые должны были сесть на Фобосе, но с ними связь тоже потеряли. 16 ноября 1996 года последний из «Марсов» (за номером 8) пал жертвой аварии ракеты-носителя.

США начали экспедиции к Марсу двумя кораблями серии Mariner, запущенными в ноябре 1964 года. Первый не смог выйти на расчетную траекторию, а второй, Mariner-4, 14 июля 1965 года прошел в 9920 км от Марса и передал на Землю 22 снимка его поверхности. Никаких каналов или иных водоемов на них, разумеется, не оказалось. Корабль не обнаружил у Марса и магнитного поля.

В 1969 году мимо Марса пролетели Mariner-6 и Mariner-7, которые сделали 202 фотоснимка, покрывающих 9% марсианской поверхности. Более совершенный Mariner-9 вышел на околомарсианскую орбиту и стал первым космическим аппаратом, превратившимся в спутник другой планеты. Это произошло 14 ноября 1971 года (аппарат опередил «Марс-2» всего на 13 земных суток). А 20 июля и 3 сентября 1976 года корабли Viking-1 и Viking-2 послали на Марс станции с научным оборудованием. Первая из них действовала вплоть до 13 ноября 1982 года, вторая – до 11 апреля 1980 года. С этих станций были получены панорамные снимки марсианской поверхности и не столь сенсационная, но чрезвычайно полезная информация об особенностях марсианской геологии (правильнее сказать – ареологии) и атмосферы.

На пыльных тропинках

4 июля 1997 года на марсианскую поверхность опустился американский корабль Pathfinder. Он привез первый в мире марсоход – небольшой (всего 10,5 кг) шестиколесный внедорожник Sojourner. Эта дружная пара проработала недолго (последний сеанс связи состоялся 27 сентября), но весьма результативно. Она сделала более 17 000 фотоснимков, произвела химический анализ двух десятков проб грунта и скальных пород и собрала большое число сведений о воздушном бассейне планеты. А 11 сентября к работе приступил еще один орбитальный зонд – Mars Global Surveyor, оснащенный фотокамерой, лазерным альтиметром, магнитометром и инфракрасным спектрометром. Он выполнил всю первоначальную программу к началу 2001 года, но оставался на посту еще пять с лишним лет вплоть до прекращения связи 2 ноября 2006 года.

Сейчас Краcную планету исследуют четыре посланца NASA и один – ESA. Из космоса за ней наблюдают американские станции Mars Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiter и их европейский партнер Mars Express Orbiter. С января 2004 года по ее поверхности гуляют американские марсоходы Spirit и Opportunity. Первый аппарат к середине октября 2007 года прошел чуть больше 7,25 км и отправил на Землю 102 000 фотографий. Второй сделал 94 000 снимков, но зато проехал свыше 11,5 км. Если ничего не случится, то 25 мая 2008 года к ним присоединится стационарный спускаемый аппарат корабля Phoenix, оснащенный автоматическим экскаватором. Он будет добывать подпочвенный лед и передавать его на анализ бортовым приборам.

Марс изучают и околоземные обсерватории (прежде всего орбитальный телескоп «Хаббл»), и новейшие наземные телескопы и радиотелескопы. Поэтому сегодня астрономы знают о нем намного больше, чем всего три-четыре десятилетия назад. Но вот на вопрос «Есть ли (или была ли) жизнь на Марсе?» по-прежнему приходится отвечать цитатой из знаменитого фильма Эльдара Рязанова: «Это науке неизвестно».

Марс в движении

Марс обращается вокруг Солнца по вполне отчетливому эллипсу. Этим он сильно отличается от таких планет, как Венера, Земля и Нептун, орбиты которых практически круговые. В перигелии он отстоит от нашего светила на 206,644 млн км, а в афелии – на 249,229 млн км. По эксцентриситету (степени вытянутости) орбиты Марс занимает третье место среди планет Солнечной системы, уступая только Плутону и Меркурию (а если Плутон, в соответствии с недавним решением Международного астрономического союза, исключить из списка планет, то даже второе). Продолжительность его года равна 687 земным суткам. Марсианская ось наклонена к его орбитальной плоскости примерно на 25 градусов – немного больше земной. Марсианские сутки тоже мало отличаются от земных – 24 часа 37 минут.

Поскольку Марс и Земля обегают Солнце в неодинаковом темпе, расстояния между ними периодически изменяются. Планеты сближаются, когда Марс проходит через перигелий, а Земля – через афелий, причем обе планеты находятся по одну сторону от Солнца. В среднем такие ситуации имеют место каждые 780 суток. Максимальное приближение планет друг к другу называется великим противостоянием. Великие противостояния происходят раз в 15–17 лет. Поскольку орбиты Марса и Земли лежат в разных плоскостях (угол меж-ду ними составляет около двух градусов), расстояния между планетами во время различных великих противостояний не вполне одинаковы. В 1830 году они оказались в 58,12 млн км друг от друга, в 1877-м – в 56,41 млн км, в 2003-м – в 55,76 млн км.

Атмосфера и климат

Еще 60 лет назад считалось, что марсианская атмосфера состоит преимущественно из азота. Лишь в 1947 году Джерард Койпер выяснил, что основной ее компонент – двуокись углерода. Космические зонды позволили установить состав марсианского воздуха: 95,3% СО₂, 2,7% азота, 1,6% аргона, 0,2% молекулярного кислорода, следы озона, окиси азота, метана, формальдегида, неона, криптона и ксенона. Ось Марса наклонена к его орбитальной плоскости почти под тем же углом, что и земная, и времена года там сменяются по земному образцу (но сезоны почти вдвое длиннее). Летом дневная температуры достигает +30⁰С, а зимой опускается до –140⁰С – намного ниже точки замерзания углекислого газа. Полюса планеты накрыты древними щитами из водяного льда. Зимой на них намерзает кора из твердой углекислоты, которая под лучами летнего солнца испаряется. Поэтому в летние сезоны с полюсов дуют ураганные ветры со скоростью до 400 км/ч. Сезонное осаждение и испарение CO₂ ведет к тому, что ежегодно 25–30% марсианской атмосферы мигрирует от полюса к полюсу. Поэтому на Марсе круглый год бушуют пыльные бури, взметающие в воздух мириады частиц микронного размера. Благодаря сравнительно низкой гравитации и почти нулевой влажности пылинки проникают высоко в атмосферу, окрашивая марсианские небеса в рыжевато-коричневые тона.
Поверхность и недра

Марс почти вдвое меньше Земли. Его полярный и экваториальный радиусы равны 3357 и 3397 км (53% соответствующих земных габаритов), объем составляет 15% объема Земли, а масса – всего 11%. Отсюда следует, что средняя плотность Марса намного меньше плотности нашей планеты (3,94 против 5,52 г/см³).

Марсианская ареография ныне хорошо известна. Южное полушарие планеты заметно выше северного и испещрено сотнями тысяч метеоритных кратеров. На севере кратеров немного, но зато там находятся основные вулканы, сейчас уже бездействующие. Среди них и 27-километровый исполин Олимп, самая высокая из гор Солнечной системы. Гигантский тектонический разлом Valles Marineris (долина Маринера) протяженностью более 4000 км (около 0,2 окружности планеты) и глубиной до 7–8 км тоже находится в северном полушарии.

Марс, как и Земля, имеет ядро, мантию и кору. По последним данным, диаметр ядра составляет 1480 км. Оно состоит из 85% железа, остальное – сера и никель. Ядро окружено мантией, которая, скорее всего, в основном сложена из кремния, кислорода, железа и магния. Над ней расположена базальтовая кора, толщина которой лежит в пределах 50–125 км.

Новости с Марса

Чем обогатили науку ныне действующие марсианские станции? «Прежде всего стоит подчеркнуть, что мы впервые имеем возможность изучать Марс почти так же, как нашу планету. Например, мы уже знаем, что у Марса нет глобального магнитного поля, однако отдельные участки коры сохраняют слабую намагниченность. Это позволяет предположить, что в далеком прошлом такое поле все же существовало. В таком случае Марс когда-то обладал жидким ядром, которое со временем затвердело, – рассказал «Популярной механике» профессор астрономии Корнеллского университета Джеймс Белл, отвечающий за анализ визуальной информации, поступающей с марсоходов Spirit и Opportunity. – В последние годы мы выяснили, что поверхность Марса покрыта мощным слоем осадочных пород, где в изобилии представлены минералы, которые не могли образоваться без участия жидкой воды; более того, некоторые из них содержат водяные вкрапления. Это подтверждает гипотезу, согласно которой миллиарды лет назад марсианский климат был не столь сух и холоден, как в наше время. Вполне возможно, что в те времена на Марсе имелись настоящие озера, а может быть, и моря – во всяком случае так считают многие ученые. Но пока еще нельзя с уверенностью сказать, как давно они образовались и когда исчезли. От ответа на этот вопрос зависит оценка вероятности возникновения на Марсе органической жизни. Мы не исключаем, что условия для этого были, но не знаем, как долго они продержались. Это очень важно, ведь возникновение живых организмов – процесс не быстрый. Так что придется подождать новой информации. Она начнет поступать уже на будущий год, когда Phoenix приступит к работе. А на осень 2009 года запланирован запуск Mars Science Laboratory, четырехколесного марсохода величиной с легковой автомобиль и массой в 850 кг, получающего энергию от радиоизотопных генераторов. Это и в самом деле настоящая автоматическая лаборатория, способная осуществлять комплексные анализы образцов скал, почвы и льда. Я с нетерпением жду эту информацию». Профессор астрономии Корнеллского университета Стивен Сквайрс, возглавляющий научную команду марсоходов Spirit и Opportunity, добавляет: «Я бы поставил на первое место сведения о гидрологии Марса. Мы давно знаем, что на марсианских полюсах сосредоточены огромные запасы льда, и имеем все основания считать, что в далеком прошлом на Марсе были обширные водоемы. Однако лишь недавно удалось собрать достоверную информацию о масштабе ледяных отложений. Мы обнаружили также особенности ландшафта, почти наверняка оставленные водными потоками, – сухие овраги и промоины, сохранившиеся на поверхности кратеров. Аппаратура роверов нашла немалое число геологических следов гидрологических процессов, в частности отложения кварца, когда-то растворенного в воде, а потом выпавшего в осадок».

Совсем недавно были собраны новейшие сведения о мощности марсианских льдов. «Наши результаты, опубликованные в журнале Science от 21 сентября, касаются южной полярной зоны. Мы пользовались информацией, полученной орбитальными станциями Mars Global Surveyor, Mars Reconnaissance Orbiter и Mars Odyssey, – объясняет руководитель исследований, профессор геофизики Массачусетсского технологического института Мария Зубер. – Анализ показал, что ледовые запасы не ограничены лишь ярко-белой полярной шапкой. Она окружена вчетверо большей территорией темного цвета, где под тончайшим грязе-пылевым покровом тоже скрывается слой вечной мерзлоты. Толщина этого слоя повсюду примерно одинакова и составляет около 3 км. Ледяные отложения на 85% состоят из замерзшей воды, и на 15% – из кремнесодержащих частиц.

В настоящее время мы производим аналогичные расчеты и для северного полушария и надеемся закончить эту работу уже в декабре. Льда на севере меньше, чем на юге, и он сосредоточен в пределах одной лишь белой шапки. Общий объем южных и северных льдов всего лишь вдвое меньше объема Гренландского ледяного щита, так что воды на марсианских полюсах вполне достаточно. Не исключено, что в будущем астронавты смогут использовать ее для своих нужд».