- Троицкий вариант — Наука - https://trv-science.ru -

Что мы знаем о Марсе?

Виталий Егоров, сотрудник российской частной космической компании «Даурия», популяризатор космонавтики, автор блога zelenyikot.livejournal.com

Вита­лий Его­ров, сотруд­ник рос­сий­ской част­ной кос­ми­че­ской ком­па­нии «Дау­рия», попу­ля­ри­за­тор кос­мо­нав­ти­ки, автор бло­га zelenyikot.livejournal.com

Пла­не­та Шеле­зя­ка: воды нет, полез­ных иско­па­е­мых нет, насе­ле­на робо­та­ми…» Похо­же на Марс, но сов­па­да­ет толь­ко пункт с робо­та­ми, осталь­ное там есть, хоть и не так мно­го, как на Зем­ле.

Что о Мар­се доста­точ­но хоро­шо извест­но? Чет­вер­тая пла­не­та от Солн­ца. Мень­ше Зем­ли, боль­ше Мер­ку­рия. Вул­кан Олимп — самая боль­шая в Сол­неч­ной систе­ме гора, она же — самый боль­шой вул­кан. Доли­на Мари­не­ра — самый боль­шой в Сол­неч­ной систе­ме каньон, кото­рый в сот­ни раз пре­вы­ша­ет самый боль­шой каньон на Зем­ле. Гло­баль­ные пыле­вые бури. Раз­ре­жен­ная угле­кис­лот­ная атмо­сфе­ра. Рыжий цвет, обу­слов­лен­ный окси­да­ми желе­за, покры­ва­ю­щи­ми поверх­ность. Думаю, это тот мини­мум, кото­рый зна­ет или долж­но знать о сосед­ней пла­не­те подав­ля­ю­щее боль­шин­ство оби­та­те­лей пла­не­ты Зем­ля.

Одна­ко изу­че­ние Мар­са про­дол­жа­ет­ся, новые фак­ты и откры­тия объ­яв­ля­ют­ся регу­ляр­но прак­ти­че­ски на каж­дой пла­не­то­ло­ги­че­ской науч­ной кон­фе­рен­ции. Попро­бу­ем обно­вить наши зна­ния, доба­вив им све­же­сти и пол­но­ты.

Марс. Фото Rosetta. Фото ESA

Марс. Фото Rosetta. Фото ESA

Нач­нем с атмо­сфе­ры. Несмот­ря на ее раз­ре­жен­ность, атмо­сфе­ра — это самая «живая» часть Мар­са, в кото­рой про­ис­хо­дит мно­же­ство инте­рес­ных про­цес­сов. Плот­ность атмо­сфе­ры Мар­са состав­ля­ет в сред­нем 1/125-ю часть от плот­но­сти атмо­сфе­ры Зем­ли. При этом ее тол­щи­на немно­гим усту­па­ет тол­щине атмо­сфе­ры Зем­ли — это про­ис­хо­дит из-за мень­шей силы при­тя­же­ния. Поэто­му иссле­до­ва­тель­ские спут­ни­ки зем­лян вынуж­де­ны летать на высо­тах боль­ше 250 км, что­бы атмо­сфе­ра не ока­зы­ва­ла суще­ствен­но­го вли­я­ния на орби­ту.

Долина Маринера. Фото Mars Odyssey (c) NASA

Доли­на Мари­не­ра. Фото Mars Odyssey (c) NASA

Гло­баль­ные мар­си­ан­ские пыле­вые бури нере­гу­ляр­ны и про­ис­хо­дят при­мер­но раз в 6 зем­ных лет. В то же вре­мя каж­дый мар­си­ан­ский год атмо­сфе­ра пере­жи­ва­ет мас­штаб­ные про­цес­сы испа­ре­ния угле­кис­лот­ной поляр­ной шап­ки в лет­нем полу­ша­рии и намер­за­ния такой же шап­ки на зим­нем полю­се пла­не­ты. В такой пере­кач­ке участ­ву­ет до чет­вер­ти всей мас­сы атмо­сфе­ры. Такая дина­ми­ка порож­да­ет локаль­ные бури, кото­рые часты у полю­сов, но доволь­но ред­ко доби­ра­ют­ся до эква­то­ра. К при­ме­ру, мар­со­ход Curiosity, рабо­та­ю­щий в 5 гра­ду­сах южнее эква­то­ра, лишь одна­жды на два дня ока­зал­ся в пыли, огра­ни­чив­шей види­мость деся­тью кило­мет­ра­ми. В дру­гое вре­мя види­мость под­дер­жи­ва­ет­ся до 40 км, а в отдель­ные спо­кой­ные зим­ние неде­ли мож­но рас­смот­реть вер­ши­ны гор на рас­сто­я­нии 80 км.

Марс в ясную погоду и в глобальную пылевую бурю. Фото Hubble NASA/ESA

Марс в ясную пого­ду и в гло­баль­ную пыле­вую бурю. Фото Hubble NASA/​ESA

Прак­ти­че­ски в любое вре­мя года в атмо­сфе­ре Мар­са висит рыжая пыль, хотя в зави­си­мо­сти от вре­ме­ни года ее кон­цен­тра­ция меня­ет­ся. Самые «пыль­ные» вре­ме­на — осень и вес­на, когда про­ис­хо­дит пере­кач­ка атмо­сфе­ры от одно­го полю­са к дру­го­му. В это вре­мя цвет неба оран­же­во-беже­вый вплоть до корич­не­во­го во вре­мя бурь. В спо­кой­ные меся­цы пыль осе­да­ет, зенит чер­не­ет, и беже­вый цвет неба спус­ка­ет­ся к гори­зон­ту. В такое вре­мя воз­мож­но наблю­де­ние голу­бо­ва­тых оттен­ков неба, когда солн­це при­бли­жа­ет­ся к гори­зон­ту и атмо­сфер­ные газы успе­ва­ют немно­го рас­се­ять голу­бую состав­ля­ю­щую сол­неч­но­го спек­тра.

Кро­ме мас­штаб­ных пыле­вых бурь, покры­ва­ю­щих всю пла­не­ту или суще­ствен­ные ее части, на Мар­се мож­но наблю­дать дея­тель­ность малых вих­рей, кото­рые аме­ри­кан­ские уче­ные назы­ва­ют Dust Devil. Чаще все­го они выгля­дят как пыль­ный хобот, под­ни­ма­ю­щий­ся на высо­ту от несколь­ких мет­ров до несколь­ких сот мет­ров. Dust Devil могут быть и неви­дим­ка­ми. Напри­мер, дат­чи­ки атмо­сфер­но­го дав­ле­ния Curiosity неод­но­крат­но реги­стри­ро­ва­ли про­хож­де­ние малень­ко­го вих­ря по аппа­ра­ту, в то же вре­мя каме­ры не смог­ли ни разу снять такой вихрь, хотя попыт­ки пред­при­ни­ма­ют­ся регу­ляр­но. Зато Opportunity пери­о­ди­че­ски уда­ет­ся уви­деть мел­кие вих­ри, кото­рые заод­но помо­га­ют чистить его сол­неч­ные бата­реи от пыли.

Пылевой вихрь. Фото MRO NASA

Пыле­вой вихрь. Фото MRO NASA

Из-за частых пыле­вых бурь у кого-то может сфор­ми­ро­вать­ся впе­чат­ле­ние, что Марс про­сто под завяз­ку зава­лен пылью, из-за чего невоз­мож­но изу­че­ние его гео­ло­гии in situ — непо­сред­ствен­но на месте. Семи­сан­ти­мет­ро­вый бур послед­не­го мар­со­хо­да у мно­гих вызы­ва­ет удив­ле­ние сво­ей корот­кой дли­ной. Пыль, конеч­но, покры­ва­ет на Мар­се всё про­стран­ство, куда может дотя­нуть­ся ветер, но тол­щи­на пыле­во­го слоя под­час не пре­вы­ша­ет долей мил­ли­мет­ра. Про­цесс атмо­сфер­ной эро­зии на Мар­се еще про­дол­жа­ет­ся, он спо­соб­ству­ет уве­ли­че­нию объ­е­мов пыли, но участ­ки поверх­но­сти, под­вер­га­ю­щи­е­ся эро­зии, голые. В одном из таких мест как раз и рабо­та­ет Curiosity.

Хоро­шим аргу­мен­том в поль­зу низ­кой интен­сив­но­сти отло­же­ния про­дук­тов вывет­ри­ва­ния может слу­жить при­мер пара­шю­тов поса­доч­ных моду­лей авто­ма­ти­че­ских кос­ми­че­ских стан­ций про­шло­го века. В 2012 году уда­лось обна­ру­жить пара­шют «Мар­са-3» (1971 год посад­ки), а затем и сам аппа­рат. Доку­мен­ти­ро­ва­ны пара­шю­ты стан­ций Viking-1 (1976 год) и Mars Pathfnder (1997 год). Скры­тым под сло­я­ми пыли мож­но при­знать пара­шют Viking-2, и никак не уда­ет­ся обна­ру­жить при­зна­ки пара­шю­та «Мар­са-6», хотя пред­при­ни­ма­лись неод­но­крат­ные попыт­ки.

Парашют «Марса-3». Фото MRO NASA

Пара­шют «Мар­са-3». Фото MRO NASA

Пыль в атмо­сфе­ре может рас­пре­де­лять­ся в несколь­ких сло­ях, фор­ми­ро­вать обла­ка, в том чис­ле высот­ные, и под­ни­мать­ся до высот не менее чем 50 км или даже выше на несколь­ко десят­ков кило­мет­ров.

Зача­стую в пуб­ли­ка­ци­ях СМИ пута­ют пыль и песок. Это на Зем­ле воз­мож­ны пес­ча­ные бури и пере­нос пес­ка на сот­ни кило­мет­ров. Для Мар­са такое акту­аль­но толь­ко для пыли — раз­мер части­чек кото­рой не пре­вы­ша­ет 0,1 мм. Более круп­ный песок вет­ром тоже пере­ме­ща­ет­ся, но на счи­тан­ные сан­ти­мет­ры — до мет­ра в тече­ние года.

На Мар­се вни­ма­тель­но изу­ча­ет­ся вул­ка­ни­че­ский кра­тер Нили Пате­ра, на дне кото­ро­го «пол­за­ют» пес­ча­ные дюны. За их дви­же­ни­ем в тече­ние мно­гих лет ведет­ся наблю­де­ние при помо­щи каме­ры высо­ко­го раз­ре­ше­ния HiRise спут­ни­ка MRO. Дви­же­ние пес­ча­ных дюн уда­лось обна­ру­жить и в дру­гих местах Мар­са.

Марсианские дюны. Фото MRO NASA

Мар­си­ан­ские дюны. Фото MRO NASA

Еще одним инте­рес­ным объ­ек­том для изу­че­ния явля­ют­ся поляр­ные ледя­ные шап­ки. Поляр­ные лед­ни­ки — это, пожа­луй, пер­вые объ­ек­ты на поверх­но­сти Мар­са, кото­рые были опре­де­ле­ны людь­ми. Когда аст­ро­но­мы уви­де­ли сход­ство полю­сов Зем­ли и Мар­са, а затем раз­ли­чи­ли тем­ные пят­на на рыжих боках пла­не­ты, то Марс пока­зал­ся пол­ной копи­ей Зем­ли, и идея о мест­ных жите­лях была вполне логич­на.

Пона­ча­лу поляр­ные шап­ки счи­та­лись водя­ны­ми, и их еже­год­ная пере­мен­чи­вость поро­ди­ла гипо­те­зы о регу­ляр­ных навод­не­ни­ях талой воды, кото­рые нало­жи­лись на оши­боч­ные наблю­де­ния мар­си­ан­ских «кана­лов». Одна­ко уже в сере­дине ХХ века уда­лось уста­но­вить, что основ­ную пло­щадь зим­них полю­сов закры­ва­ет угле­кис­лот­ный лед, а вода оста­ет­ся в неболь­ших по пло­ща­ди лет­них поляр­ных шап­ках. Бла­го­да­ря рада­ру MARSIS спут­ни­ка Mars Express уда­лось уста­но­вить мощ­ность поляр­ных водя­ных отло­же­ний: на севе­ре — 1,7 км, на юге — до 3 км. Если взять поляр­ные льды и рас­то­пить, то полу­чит­ся цели­ком залить водой высо­той 21 м иде­аль­но глад­кую пла­не­ту раз­ме­ром с Марс. Соот­вет­ствен­но, если рас­то­пить вот эти запа­сы, то на малень­кий оке­ан­чик или несколь­ко неболь­ших морей Мар­са нам хва­тит.

Иссле­до­ва­ния поверх­но­сти Мар­са ука­зы­ва­ют, что ранее воды было боль­ше. На пла­не­те наблю­да­ют­ся пустые реч­ные рус­ла, реч­ные дель­ты, остат­ки озер, и есть даже неко­то­рые при­зна­ки быв­ше­го оке­а­на, зани­мав­ше­го от чет­вер­ти до тре­ти всей пла­не­ты. Вопрос, куда поде­ва­лись обшир­ные запа­сы мар­си­ан­ской воды, пока не име­ет точ­но­го отве­та, но есть две гипо­те­зы: пер­вая — вода ушла в грунт, свя­за­лась с мине­ра­ла­ми и сфор­ми­ро­ва­ла грун­то­вые лед­ни­ки; вто­рая — вода дис­си­пи­ро­ва­ла в кос­мос. Хотя всё боль­ше аргу­мен­тов скло­ня­ет ко вто­рой гипо­те­зе, вода на Мар­се нахо­дит­ся не толь­ко на полю­сах и в при­по­ля­рье. Под­по­верх­ност­ные лед­ни­ки опре­де­ля­ют­ся в север­ном полу­ша­рии до 40-х парал­ле­лей к эква­то­ру — для Зем­ли это широ­та Сочи. Име­ют­ся зале­жи льда к восто­ку от доли­ны Элла­да, и даже у эква­то­ра, содер­жа­ние воды состав­ля­ет от 5% до 10% в грун­те.

Всё это вре­мя мы гово­ри­ли о воде в твер­дой фазе или в свя­зан­ном агре­гат­ном состо­я­нии. Атмо­сфер­ное дав­ле­ние Мар­са не спо­соб­ству­ет под­дер­жа­нию воды в жид­кой фазе: даже в низ­мен­ных реги­о­нах с самым высо­ким дав­ле­ни­ем вода выки­па­ет уже при +10 °C, а учи­ты­вая сезон­ные коле­ба­ния плот­но­сти атмо­сфе­ры, а так­же тем­пе­ра­ту­ру свы­ше +10 °С в лет­ние дни, дли­тель­ное сохра­не­ние воды на поверх­но­сти прак­ти­че­ски исклю­ча­ет­ся. Но недав­ние иссле­до­ва­ния гипер­спек­тро­мет­ра CRISM и каме­ры HiRise доба­ви­ли аргу­мен­тов гипо­те­зе, что в грун­те Мар­са воз­мож­но под­дер­жа­ние воды в жид­ком состо­я­нии при мину­со­вой тем­пе­ра­ту­ре в фор­ме рас­со­лов с соля­ми хлор­ной кис­ло­ты.

До недав­не­го вре­ме­ни уче­ные не мог­ли дать утвер­ди­тель­ный ответ на вопрос о нали­чии орга­ни­че­ских соеди­не­ний на Мар­се. Пер­вые дан­ные появи­лись при назем­ных наблю­де­ни­ях, когда опре­де­ли­ли при­сут­ствие мета­на в атмо­сфе­ре Мар­са. Для поис­ка орга­ни­ки на Крас­ную пла­не­ту отпра­вил­ся мар­со­ход Curiosity. Пер­вые его дан­ные в кон­це 2012 года ока­за­лись обна­де­жи­ва­ю­щи­ми, но потом выяс­ни­лось, что про­изо­шла ошиб­ка и мар­со­ход «обна­ру­жил» орга­ни­ку, кото­рую сам же с собой и при­вез — повре­ди­лась емкость с рас­тво­ри­те­лем для «мок­ро­го» ана­ли­за грун­та. Через год, когда аппа­рат нако­пил ста­ти­сти­ку иссле­до­ва­ния раз­ных типов грун­тов, уда­лось ска­зать более уве­рен­но — орга­ни­ка есть. Нашлись хлор­бен­зо­лы. Еще через год уда­лось под­твер­дить и появ­ле­ние мета­на в атмо­сфе­ре, хотя о про­цес­сах, вызы­ва­ю­щих выде­ле­ние это­го газа, пока нет одно­знач­но­го мне­ния.

Сле­ду­ет учи­ты­вать, что най­ден­ные орга­ни­че­ские соеди­не­ния не явля­ют­ся пря­мым под­твер­жде­ни­ем нали­чия в про­шлом Мар­са био­ло­ги­че­ской актив­но­сти. Орга­ни­че­ские соеди­не­ния извест­ны на Мер­ку­рии, на коме­тах, асте­ро­и­дах, спут­ни­ках пла­нет-гиган­тов, в атмо­сфе­ре самих пла­нет-гиган­тов и в дру­гих местах близ­кой и дале­кой Все­лен­ной. Опре­де­лить био­мар­ке­ры в орга­ни­че­ских соеди­не­ни­ях Мар­са смо­жет мис­сия мар­со­хо­да ExoMars, запуск кото­рой пла­ни­ру­ет­ся на 2020 год.

Важ­ная наход­ка с точ­ки зре­ния воз­мож­ной про­шлой или буду­щей жиз­ни — нит­ра­ты в неко­то­рых гео­ло­ги­че­ских сло­ях в кра­те­ре Гей­ла. Для Зем­ли нит­ра­ты счи­та­ют­ся удоб­ре­ни­ем и исполь­зу­ют­ся по назна­че­нию. Для Мар­са най­ден­ные нит­ра­ты озна­ча­ют, что в про­шлом были усло­вия, поз­во­ля­ю­щие раз­ви­вать­ся извест­ным нам фор­мам жиз­ни, и подоб­ная наход­ка откры­ва­ет пер­спек­ти­вы для буду­ще­го зем­ле­де­лия (точ­нее, мар­со­де­лия) и сель­ско­го хозяй­ства.

Движущиеся дюны в кратере Гейла. Фото MRO NASA

Дви­жу­щи­е­ся дюны в кра­те­ре Гей­ла. Фото MRO NASA

Ана­лиз грун­та Мар­са, про­ве­ден­ный масс­спек­тро­мет­ром SAM на бор­ту мар­со­хо­да Curiosity, пока­зал, что при нагре­ве грун­та до +400 °С про­ис­хо­дит выде­ле­ние угле­кис­ло­го газа, водя­ных паров, кис­ло­ро­да и азо­та, что в целом при­год­но для исполь­зо­ва­ния в буду­щей хозяй­ствен­ной дея­тель­но­сти чело­ве­ка на Мар­се.

В кон­тек­сте пило­ти­ру­е­мо­го поле­та на Марс в обя­за­тель­ном поряд­ке под­ни­ма­ет­ся вопрос о ради­а­ци­он­ной опас­но­сти во вре­мя поле­та и при рабо­те на поверх­но­сти. Иссле­до­ва­ния ради­а­ци­он­ных усло­вий во вре­мя пере­ле­та к Мар­су и на его поверх­но­сти пово­ди­лись и про­во­дят­ся при­бо­ром RAD на бор­ту мар­со­хо­да Curiosity.

Изу­че­ние воз­дей­ствия кос­ми­че­ских лучей во вре­мя пере­ле­та к Мар­су дали не очень обна­де­жи­ва­ю­щие дан­ные: риск для людей пре­вы­ша­ет в пол­то­ра раза допу­сти­мый для аст­ро­нав­тов, а для кос­мо­нав­тов допус­ки еще стро­же. На поверх­но­сти усло­вия более при­ем­ле­мые. Воз­дей­ствие иони­зи­ру­ю­щих частиц на поверх­но­сти Мар­са при­мер­но вдвое ниже, чем в усло­ви­ях кос­ми­че­ско­го пере­ле­та, и при низ­кой актив­но­сти Солн­ца соот­вет­ству­ет ради­а­ци­он­но­му фону на бор­ту Меж­ду­на­род­ной кос­ми­че­ской стан­ции.

Обя­за­тель­ным эта­пом изу­че­ния Мар­са ста­нет достав­ка на Зем­лю образ­цов грун­та. Пока эта зада­ча явля­ет­ся доста­точ­но слож­ной, но оста­ет­ся в про­ек­тах NASA и Рос­кос­мо­са. Пока есть воз­мож­ность изу­че­ния метео­ри­тов, кото­рые, как счи­та­ет­ся, при­ле­те­ли с Мар­са. В 1990-е годы сооб­ща­лось, что в одном из метео­ри­тов обна­ру­жи­ли ока­ме­не­ло­сти, похо­жие на бак­те­рии, одна­ко боль­шин­ство уче­ных оспо­ри­ло эту гипо­те­зу. Недав­но любо­пыт­ные ока­ме­не­лые струк­ту­ры были обна­ру­же­ны в дру­гом метео­ри­те. Внешне наход­ка напо­ми­на­ет клет­ку, в кото­рой мож­но опре­де­лить ваку­о­ли и даже кле­точ­ные поры, одна­ко пока это слу­чай еди­нич­ный и слиш­ком мало фак­ти­че­ских дан­ных что­бы заяв­лять о сен­са­ции. Оста­ет­ся толь­ко наде­ять­ся на более про­дук­тив­ные наход­ки нынеш­них и буду­щих иссле­до­ва­тель­ских мис­сий.

Клеткоподобная структура в метеорите Нахла. (c) Elias Chatzitheodoridis, Sarah Haigh, Ian Lyon

Клет­ко­по­доб­ная струк­ту­ра в метео­ри­те Нахла. (c) Elias Chatzitheodoridis, Sarah Haigh, Ian Lyon

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи