Бикташенко на связи

Как человечество изучало Марс

История исследования от древних цивилизаций до пилотируемых миссий, ключевые этапы и научные достижения, эволюция представлений от древних астрономов до космических агентств.

Марс занимает уникальное место в человеческой культуре и науке. Это самая изученная планета Солнечной системы после нашей родной Земли. Десятки аппаратов исследовали ее, но почему внимание ученых приковано именно к Красной планете?
Дело в принадлежности Марса к "планетам земной группы". Этот термин означает, что небесное тело имеет твердую каменистую поверхность, как Земля, Венера или Меркурий, в отличие от газовых гигантов вроде Юпитера. Среди них Марс считается наиболее похожим на наш дом. Продолжительность суток здесь почти идентична земной, есть смена времен года и полярные шапки, содержащие водяной лед. Геологические данные указывают, что миллиарды лет назад по поверхности текли реки.
Мы проследим эволюцию нашего понимания Марса,пройдем путь от древних мифов, где планета была "глазом бога войны", до эпохи высоких технологий, когда ее поверхность бороздят роботизированные лаборатории.
Наша история о том, как красную точку на небе пытаются превратить потенциальный второй дом.

Наблюдение невооруженным глазом

Тысячи лет назад астрономы Вавилона, Египта, Китая и Греции наблюдали за небом без телескопов. Точность их записей поражает: вавилонские жрецы вели "астрономические дневники" на глиняных табличках с VII века до н.э., фиксируя положения планет. Египетские храмы ориентировали по восходу ярких звезд и планет.
Как они отслеживали движение? Неподвижные звезды служили фоном-сеткой. Астрономы отмечали, где планета находится относительно известных созвездий каждую ночь. Для измерения углов использовали самые простые инструменты.

Инструменты

Эти наблюдения привели к фундаментальным выводам. Вавилоняне вычислили синодический период Марса - 780 дней (время между противостояниями) с ошибкой менее 1%. Они же первыми заметили ретроградное движение - когда планета словно останавливалась и шла "назад" по звездам. Китайские хроники "Бамбуковые анналы" содержат записи о Марсе с XXIV века до н.э.
Красноватый оттенок определил судьбу планеты в мифологии. Для вавилонян это был Нергал, бог чумы и войны. Египтяне связывали ее с Сетом, богом хаоса. Греки назвали бога планеты Аресом, римляне - Марсом. И Кажется, с позиции нас сегодняшних можно упомянуть о "сомнительной ценности" открытий, но именно точная фиксация положений на глиняных табличках и папирусах заложила фундамент небесной механики.
Посмотрим, что о современных открытиях будут думать люди через несколько тысяч лет.

Тайна "блуждающей звезды"

Представьте, что вы, древний астроном, из года в год наблюдаете за ночным небом. Большинство звезд послушно движутся по кругу, словно приклеенные к небесной сфере. Но есть пять "блуждающих" светил - планеты, которые нарушают этот порядок. И среди них особенно выделяется красная звезда. Она движется, останавливается, а затем начинает пятиться назад, выписывая на небе причудливую петлю . Это явление - ретроградное движение Марса - веками ставило в тупик наблюдателей.
Современная наука объясняет этот эффект просто и элегантно. Представьте, что вы едете по шоссе и обгоняете тихоходный грузовик. На мгновение вам кажется, что грузовик едет назад, хотя на самом деле он просто движется медленнее вас. Точно так же Земля, двигаясь по внутренней, более быстрой орбите, периодически обгоняет Марс. С нашей "машины" кажется, что красная планета останавливается и пятится. Но для древних греков, убежденных, что Земля неподвижно покоится в центре Вселенной, это объяснение было недоступно.

Астрономическое объяснение

Ретроградное движение. Узнать больше
Геоцентрическая система мира, блистательно разработанная Клавдием Птолемеем во II веке, была гениальной попыткой спасти видимость. Чтобы объяснить причудливые петли Марса, Птолемей ввел сложную систему эпициклов и деферентов — маленьких кругов, по которым движется планета, в то время как центр этих кругов вращается вокруг Земли. Эта модель позволяла с неплохой точностью предсказывать положение планет, но была чудовищно сложной. Она также требовала введения математической абстракции — экванта, точки, относительно которой движение планеты казалось равномерным, что противоречило аристотелевой физике с ее идеальными равномерными круговыми движениями.
Веками эта система считалась истиной в последней инстанции. Но наука не стояла на месте.
В средневековом исламском мире астрономы не просто сохранили греческое наследие, но и подвергли его критическому анализу. В обсерваториях Багдада, Дамаска и знаменитой Марагинской обсерватории ученые разрабатывали новые, более точные модели движения планет.
Самым выдающимся реформатором стал сирийский астроном Ибн аль-Шатир, работавший в XIV веке в Дамаске. Он тщательно проверил наблюдения Птолемея и обнаружил несоответствия.
Ибн аль-Шатир не отрицал, что Земля находится в центре, но предложил новую математическую модель, которая начисто устраняла "незаконный" эквант и лучше согласовывалась с реальными наблюдениями. В его системе планеты вращались по системе эпициклов (фактически удваивая их), что позволяло описать движение с высокой точностью, не нарушая принцип равномерного кругового движения.

Роль системы Ибн аль-Шатира для науки

Математический аппарат, созданный Ибн аль-Шатиром для геоцентрической системы, спустя два столетия будет почти без изменений использован Коперником для его гелиоцентрической модели .

В XV веке в Самарканде внук Тамерлана, правитель и астроном Улугбек, построил величайшую обсерваторию своего времени . Его гигантский секстант радиусом 40 метров позволял измерять положение Солнца, Луны и планет с беспрецедентной точностью. Составленный там каталог "Зидж-и джедид-и Гурагони" содержал координаты 1018 звезд и стал вершиной средневековой наблюдательной астрономии, оставаясь непревзойденным по точности вплоть до наблюдений Тихо Браге в XVI веке . Тысячелетиями люди пытались согласовать идеальную картину неба с реальным, "неправильным" движением Марса. Они строили все более сложные системы, изощрялись в математике, но истина оставалась скрытой до тех пор, пока кто-то не решился поставить в центр не Землю, а Солнце. Этот переворот уже маячил на горизонте, но его свершит Коперник в следующую эпоху.

Эра телескопов и первые гипотезы

Когда в 1610 году Галилео Галилей впервые направил свой примитивный телескоп на Марс, он вряд ли мог разглядеть детали поверхности. Но сам факт, что планета в окуляре оказалась не точкой, а крошечным диском, стал революционным открытием. Марс перестал просто "блуждающей звездой. Хотя телескоп Галилея был примитивным и не позволял разглядеть детали поверхности, ученый установил, что Марс - это действительно планета, а не звезда. Галилей наблюдал за изменением угловых размеров Марса, что подтверждало его планетарную природу.
В том же 1610 году Галилей опубликовал "Звездный вестник" - краткий астрономический трактат, основанный на наблюдениях, сделанных через телескоп. Однако Марс в нем еще не упоминался. Трактат увидел свет в марте, изучение Марса началось в сентябре.
В отличие от Венеры и Луны, Галилей не смог уверенно зафиксировать фаз Марса. Это объяснялось малым угловым размером планеты и недостаточной разрешающей способностью телескопа.
В том же году Иоганн Кеплер, анализируя наблюдения Тихо Браге, окончательно сформулировал свои законы движения планет. Он доказал, что орбиты имеют не круговую, а эллиптическую форму, и Марс движется вокруг Солнца неравномерно, быстрее вблизи светила и медленнее на удалении. Это математически объяснило причудливые петли ретроградного движения, не прибегая к сложным эпициклам Птолемея. В 1636 году Кеплер опубликовал трактат "Сон, или Посмертное сочинение о лунной астрономии", фактически это был первый научно-фантастический роман, где Земля и Луна рассматривались как небесные тела, видимые с других планет. Хотя сам Кеплер не наблюдал Марса, его законы создали фундамент для понимания истинного движения планеты.
Настоящий прорыв произошел спустя полвека, когда в астрономию пришли более совершенные телескопы и систематические наблюдения.
В 1659 году голландский астроном Христиан Гюйгенс, используя собственноручно изготовленный телескоп с 50-кратным увеличением, разглядел на диске Марса темное пятно и проследил его перемещение по диску . Это позволило ему определить, что Марс вращается вокруг своей оси примерно за 24 часа.

Продолжительность марсианских суток

Уточнив измерения, Христиан Гюйгенс вычислил продолжительность марсианских суток — 24 часа 40 минут (современное значение — 24 часа 37 минут 22 секунды) . С тех пор астрономы используют термин "сол" для обозначения марсианских суток, чтобы отличать их от земных.

В том же 1659 году Гюйгенс зарисовал ярко-белое пятно на южном полюсе планеты. На Земле понимание условий в приполярье существовало уже около 2000 лет: Пифей из Массалии около 325 года до н. э. первым описал Арктику. Поэтому Гюйгенс справедливо предположил, что "белое" - ледяная шапка, подобная земным полярным льдам.
Наблюдения итальянца Джованни Кассини в 1666 году подтвердили: полярные шапки Марса меняют размер в зависимости от сезона, увеличиваясь зимой и тая летом.
К концу XVIII века астрономы уже знали, что наклон оси Марса к плоскости орбиты почти такой же, как у Земли (около 25° против 23,5° земных), а значит, на планете есть смена времен года (связь наклона оси Земли и смены сезонов была установлена в эпоху Возрождения). Они видели, как темные области на поверхности становятся то ярче, то темнее в зависимости от сезона. Это породило гипотезу о растительности: возможно, марсианская весна окрашивает пустыни в зеленый цвет, подобно тому, как на Земле расцветают степи и леса.
Атмосфера Марса оставалась предметом споров. В 1784 году Уильям Гершель, знаменитый открыватель Урана, заметил, что звезды при покрытии Марсом тускнеют постепенно, а не исчезают мгновенно, что означало наличие атмосферы. Однако ее состав и плотность оставались загадкой. Предполагали, что марсианский воздух, как и на Земле, содержит кислород и азот - ведь иначе как объяснить сезонные изменения растительности?
Так, к середине XIX века сложился образ Марса как живого мира, но стареющего: планета теряет воду и кислород, ее океаны мелеют, а разумные обитатели, спасаясь от засухи, строят грандиозные ирригационные каналы. Эта романтическая картина захватила воображение ученых и публики, подготовив почву для величайшей астрономической иллюзии всех времен - марсианских каналов.

Великое заблуждение

В 1877 году произошло великое противостояние Марса: планета приблизилась к Земле на рекордное расстояние. Итальянский астроном Джованни Скиапарелли воспользовался этим моментом и составил детальную карту поверхности.

Наблюдения и заблуждения

Марсианские каналы. Узнать больше
На ней он зарисовал тонкие прямые линии, соединяющие темные области, и назвал их "canali", то есть "борозды" или "каналы", но в геологическом смысле. При переводе на английский итальянское слово превратилось в "canals", что означает искусственные сооружения. Так случайная лингвистическая неточность породила одну из величайших научных иллюзий.
Американский астроном Персиваль Лоуэлл подхватил эту идею и развил ее до масштабов теории о марсианской цивилизации. На собственные средства он построил обсерваторию во Флагстаффе, где десятилетиями наблюдал за Марсом и зарисовывал все новые и новые каналы. Лоуэлл утверждал, что Марс - древняя умирающая планета, воображение населяло Красную планету разумными марсианами, которые, спасаясь от засухи, построили глобальную ирригационную систему. Книги Доуэлла, написанные ярким языком, захватили воображение публики. Марс стал сценой для драмы о выживании инопланетной цивилизации.
Однако с развитием астрофотографии и строительством более мощных телескопов иллюзия критики не выдержала. Снимки, сделанные в начале XX века, не подтверждали существование прямых линий. То, что Лоуэлл видел как геометрически правильные каналы, на фотографиях распадалось на отдельные пятна и неровности рельефа. Окончательный удар нанесли снимки, полученные космическими аппаратами в 1960-х годах: никаких каналов на Марсе не оказалось.

Научный реализм

Марсианские каналы были оптической иллюзией, вызванной несовершенством телескопов и особенностями человеческого зрения: мозг достраивал прямые линии там, где глаз видел лишь смутные пятна.
В первой полоивне XX века романтические мечты о марсианских каналах постепенно уступали место строгим научным измерениям. Астрономы вооружились новыми инструментами, которые позволяли не просто рассматривать планету, а буквально "нюхать" ее атмосферу и "щупать" ее температуру. Главным из этих инструментов стал спектральный анализ и его первые результаты спектрального анализа принесли разочарование тем, кто надеялся найти на Марсе богатую кислородом атмосферу.
В 1963 году ученым удалось надежно идентифицировать в спектре планеты водяной пар. Но количество воды оказалось ничтожным . Если сконденсировать всю атмосферную влагу, она покроет поверхность слоем всего в 14 микрон, то есть тоньше человеческого волоса. Кислорода же вообще не обнаружили, его содержание оказалось ниже 0,1% от земного. Атмосфера Марса состояла почти полностью из углекислого газа, а давление у поверхности было в 150 раз ниже земного. В таких условиях жидкая вода существовать не может, она мгновенно замерзнет или испарится.

Метод спектроскопии

Белый свет, если пропустить его через стеклянную призму, разлагается на спектр. Каждый химический элемент оставляет в этом спектре свой уникальный "автограф" - набор темных или светлых линий в строго определенных местах. Сравнивая спектр Марса со спектрами, полученными в земных лабораториях, ученые могли определить, из чего состоят атмосфера и поверхность планеты, даже находясь за миллионы километров от нее .

Параллельно со спектроскопией развивалась и инфракрасная термометрия. В 1924 году физик Уильям Кобленц из Национального бюро стандартов США приехал в обсерваторию Лоуэлла во Флагстаффе, чтобы впервые измерить температуру Марса. Он использовал термоэлектрический радиометр - прибор, улавливающий невидимое тепловое излучение планет . Измерения показали, что средняя температура Марса значительно ниже нуля по Цельсию. Днем на экваторе в летний период воздух мог прогреваться до +10°C, но ночью температура падала до -70°C и ниже.
Кобленц и его коллега Карл Лампленд доказали, что Марс - очень холодная планета, хотя иногда летом температура и поднимается выше нуля . Таким образом, к середине XX века сложилась новая, гораздо более трезвая картина Марса.
Никаких каналов, никаких городов, никакой зелени. Марс оказался негостеприимным миром, похожим скорее на высокогорные пустыни Земли, но во много раз более суровым.

Начало космической эры,череда неудач и первые лучи надежды

Космическая гонка между СССР и США, начавшаяся с запуска первого спутника и полета Гагарина, к началу 1960-х годов закономерно сместилась к Марсу. Красная планета стала следующим великим призом. Но путь к ней оказался усыпан обломками.
Обе сверхдержавы столкнулись с чудовищными техническими трудностями. Чтобы долететь до Марса, нужно решить задачу невероятной сложности: рассчитать пролетную траекторию так, чтобы аппарат, запущенный с Земли, движущейся по своей орбите со скоростью 30 км/с, встретился с Марсом через многие месяцы пути в строго определенной точке пространства. Ошибка в расчетах или задержка запуска даже на несколько дней - и планета уходит, приходится ждать следующего "окна" еще 26 месяцев.

"Окно запуска" к Марсу

Стартовые окна к Марсу открываются каждые 26 месяцев (780 дней) в период наибольшего сближения планет. В это время полет по оптимальной гомановской траектории занимает 6–9 месяцев и требует меньше топлива. Точное время старта рассчитывают с учетом орбит Земли и Марса, скорости и траектории аппарата. Оптимальная траектория - гомановская орбита, требующая точного расчёта времени старта.

В октябре 1960 года на космодроме Байконур стартовала первая советская ракета "Молния" с автоматической станцией "Марс". На 300-й секунде полета двигатели отключились, аппарат сгорел в атмосфере. Через 4 дня история повторилась со вторым зондом. СССР объявил запуски "испытаниями новой техники", о неудачах не сообщалось.
В 1962 году Советский Союз предпринял новую попытку. "Марс-1" успешно вышел на траекторию полета и стал аппаратом, проложившим трассу Земля-Марс. За время перелета проведен 61 сеанс связи. Но 21 марта 1963 года, когда станция находилась на расстоянии 106 млн км от Земли, связь прервалась навсегда. 19 июня 1963 года "Марс-1" пролетел в 197000 км от планеты, но безмолвно.
Американцы тоже не отставали в череде неудач. 22 июля 1962 года "Маринер-1" (предполагавший полет к Венере) погиб через 5 минут после старта - из-за ошибки в системе наведения ракета отклонилась от курса и была подорвана офицером безопасности. А в 1964 году "Маринер-3" стартовал к Марсу, но не смог раскрыть солнечные панели, застрял в собственном обтекателе и обесточился.
Советские "Зонд-2" и "Зонд-3" тоже потеряли связь на пути к планете.
Наконец, 14 июля 1965 года "Маринер-4" сделал то, что от него требовалось. Пролетев на расстоянии 9920 километров от Марса, он передал на Землю 22 снимка — первые фотографии другой планеты, полученные с близкого расстояния.

Особенности создания и передачи снимков

Аппарат передал 22 изображения с разрешением 1–2 км на пиксель. Они записывались на бортовой магнитофон со скоростью 8 1/3 бит/с и передавались на Землю в цифровом формате. На передачу одного снимка уходило около 8,6 часов. Из‑за низкой скорости сигнала полный цикл получения всех изображений занял несколько дней. Снимки охватывали участок поверхности протяжённостью около 10 000 км и шириной 200 км.

"Маринер-4" делает первые в истории снимки Марса. Узнать больше
Безжизненная кратерированная поверхность, похожая на Луну - вот что мы увидели. Радиопросвечивание атмосферы нанесло второй удар: давление у поверхности оказалось менее 1% земного. Марс был пуст.
В 1969 году, к Марсу отправились "Маринер-6" и "Маринер-7". Пролетев над экватором и южной полярной шапкой, они передали более 200 снимков и подтвердили: южная шапка состоит из замерзшей углекислоты, а темные области - не растительность, а просто темные породы.
Но гонка продолжалась, подстегиваемая грандиозным успехом американцев совсем в другой области. 20 июля 1969 года Нил Армстронг ступил на Луну. Победа США в лунной гонке стала мощнейшим стимулом: теперь Марс виделся следующей целью, и промедление было немыслимо.
14 ноября 1971 года "Маринер-9" вышел на орбиту Марса, опередив советские "Марс-2" и "Марс-3" всего на несколько недель. Но встреча оказалась неожиданной: планету скрывала глобальная пылевая буря, самая мощная из когда-либо наблюдавшихся. Увы, "Марс-2" разбился при посадке, а "Марс-3" передавал сигнал всего 14,5 секунд. А вот "Маринер-9" терпеливо ждал месяц на орбите. Инженеры перепрограммировали его прямо в космосе, приказав начать съемку только когда пыль осядет. И когда она осела, мир увидел совершенно иную планету. На снимках проявились гигантские вулканы, включая гору Олимп — высочайшую в Солнечной системе, возвышающуюся на 22 километра. Открылась грандиозная система каньонов протяженностью 4800 км, названная Долинами Маринера. И самое главное — русла древних рек, извилистые, с притоками и дельтами. Вода на Марсе когда-то текла.

Программа "Викинг": первые успешные посадки

К середине 1970-х годов космическая гонка достигла своего апогея, но Марс оставался непобежденным. Ни один аппарат не проработал на его поверхности больше нескольких секунд. И вот NASA решило сделать невозможное: отправить не один, а два тяжелых орбитально-посадочных комплекса, каждый весом с небольшой грузовик. Программа "Викинг" стала самой амбициозной и дорогой марсианской миссией XX века. Ее общая стоимость составила около 1 млрд долларов на момент запуска. С учетом инфляции эт сумма эквивалентно 5 млрд сегодня.
Через 7 лет после миссии "Аполлона-11" на Луну (мы не будем сейчас обсуждать были американцы на Луне или не были), 20 июля 1976 годав 5:12 утра по тихоокеанскому времени в Лаборатории реактивного движения раздались крики: "Мы на Марсе! Мы на Марсе!". "Викинг-1" совершил мягкую посадку в Равнине Хриса - области, названной так еще по снимкам с Земли, где, как считалось, когда-то плескалось море.
Процесс спуска был чудом инженерной мысли. На высоте 6 км раскрылся 16-метровый парашют, на высоте 1,2 км включились посадочные двигатели, работавшие на гидразине. Через 25 секунд после касания "Викинг-1" передал первый снимок - собственную посадочную опору, стоящую на красной пыли.
Через несколько дней к нему присоединился "Викинг-2", опустившийся в Равнине Утопия на противоположной стороне Марса.
Викинг (программа). Узнать больше
Первые цветные панорамы стали сенсацией. Небо оказалось не черным, а розовым — из-за мельчайших пылевых частиц, постоянно висящих в атмосфере. Грунт - красновато-коричневым, усыпанным камнями. Марсианский закат, сфотографированный "Викингом-1", обошел все журналы мира. Но главное было впереди.
На борту каждого "Викинга" находилась автоматическая биологическая лаборатория размером с небольшой холодильник. В ней помещались три совершенно разных эксперимента, каждый из которых должен был уловить признаки жизни, если она есть.

Эксперименты

автоматическая биологическая лаборатория

Проведение биологических экспериментов в рамках программы "Викинг". Узнать больше
И они засекли!
31 июля 1976 года, когда первая проба грунта попала в камеру эксперимента Левина, счетчики радиоактивности буквально зашкалили. Выделение меченого газа было мощным, быстрым и напоминало дыхание живых существ. Контрольные эксперименты, в которых грунт нагревали до стерилизации, не показали никакой активности. Левин и его коллега Патриция Страат ликовали: человечество нашло жизнь на Марсе. Но радость длилась недолго. Параллельно работавший газовый хроматограф-масс-спектрометр под руководством Клауса Биманна выдавал убийственный результат: в пробах не обнаруживалось ни одной органической молекулы. Прибор был способен улавливать органику в концентрации до одной миллиардной доли, но марсианский грунт оказался абсолютно стерилен.
Получался парадокс: метаболизм есть, а органики нет. Такого не могло быть ни в одной земной экосистеме. Ученые оказались в тупике.

Спор длиной в полвека

В последующие месяцы и годы были проведены сотни дополнительных тестов. Выяснилось, что выделение газа достигало пика в первые часы, а затем резко прекращалось как если бы микроорганизмы съели весь корм и заснули. Но когда Левин попытался дать им вторую порцию, активность не возобновилась. Если бы это были микробы, они должны были бы снова начать размножаться. Они не начали.
Температурные тесты добавили вопросов. Нагрев до 50°C частично подавлял активность, а до 160°C уничтожал полностью. Это было похоже на поведение ферментов или живых клеток. Но хранение образцов при комнатной температуре в течение нескольких месяцев убивало активность.
К 1978 году большинство ученых миссии пришли к осторожному выводу: несмотря на интригующие данные, доказательств жизни нет. Руководитель биологической группы доктор Х.П. Кляйн резюмировал: "Некоторые результаты согласуются с биологической интерпретацией, но большинство находок с ней несовместимы".
Позиция доктора Левина

Позиция доктора Левина

Гилберт Левин указывал, что эксперименты с пероксидами на Земле так и не смогли полностью воспроизвести сложную кинетику марсианских реакций, особенно эффект "второго укола" и температурную чувствительность. Вопрос, обнаружили ли "Викинги" жизнь или просто сыграли злую шутку необычные химические свойства марсианской пыли, остается открытым до сих пор. И Левин, которому уже за 90, продолжает настаивать: "Мы нашли жизнь в 1976 году. Нам просто не хватило смелости это признать".

Проведение биологических экспериментов в рамках программы "Викинг". Узнать больше

В 2008 году посадочный модуль "Феникс" обнаружил в марсианском грунте перхлораты — агрессивные соли хлорной кислоты. Это открытие дало новое объяснение загадке "Викингов". Перхлораты при нагревании в печах масс-спектрометра могли уничтожать органику. А под действием ультрафиолета перхлораты превращаются в гипохлориты - сильные окислители, способные давать именно ту реакцию, которую наблюдал Левин.
Есть и другая гипотеза. Возможно, марсианские микроорганизмы, если они существуют, приспособлены к жизни в условиях абсолютной сухости и находятся в состоянии глубокого анабиоза, ожидая редких моментов влажности. "Викинг"полил их водой, что и убило их. Эффект "второго укола" объясняется просто: все живое умерло в первой порции воды.
Исследователь Дирк Шульце-Макуч даже предложил гипотетическую модель бактерии, способной жить в таких условиях, назвав ее BARSOOM - в честь фантастического Марса Эдгара Райса Берроуза.

Возрождение интереса: от проклятия "Фобоса" к триумфу "Пасфайндера"

После завершения программы "Марс" в 1974 году советская наука взяла паузу на полтора десятилетия. Новый проект, стартовавший в 1988 году, был амбициозен как никогда: исследовать не просто Марс, а его загадочный спутник Фобос, доставить на него посадочные зонды и впервые в истории изучить грунт с другого небесного тела, помимо Луны. В проекте участвовали ученые из 13 стран и Европейское космическое агентство — это было международное сотрудничество беспрецедентного масштаба.
7 июля 1988 года с Байконура стартовал "Фобос-1". Месяц спустя связь с ним прервалась: аппарат перестал направлять солнечные батареи на Солнце и полностью разрядил аккумуляторы.
12 июля к Марсу отправился "Фобос-2". Он успешно достиг цели 29 января 1989 года, вышел на орбиту искусственного спутника Марса и за два месяца передал 38 уникальных изображений Фобоса с разрешением до 40 метров, провел тепловые и спектральные исследования, измерил магнитное поле и даже зафиксировал потоки ионов кислорода, покидающих атмосферу Марса под действием солнечного ветра . Это позволило впервые оценить скорость эрозии марсианской атмосферы. До посадки оставалось всего 10 дней.
27 марта 1989 года связь прервалась.

Расследование причин установило

Потеря связи с "Фобосом-2". Узнать больше
Последний сигнал аппарата не содержал телеметрии — только хаотичный шум, свидетельствовавший о неконтролируемом вращении. Достоверно причину установить не удалось, но предполагают отказ бортового компьютера, который и раньше давал сбои. Спускаемый аппарат так и не отделился. "Фобос-2", возможно, до сих пор вращается вокруг Марса где-то рядом с тем спутником, который должен был стать его целью. Программа завершилась, а через два года не стало и страны, которая ее создавала.
Спустя пару лет СМИ начали во всю полоскать историю с потерей "Фобоса-2" - и странные сигналы возникали перед потерей аппарата, и НЛО мимо пролетало. Весь мир смотрел "Секретные материалы", а журналистам надо было придуывать свои байки ради тиражей.
Пока российская космонавтика в 1990-е годы переживала кризис, усугубленный потерей "Марса-96" (аппарат стоимостью в сотни миллионов долларов рухнул в Тихий океан из-за отказа разгонного блока), NASA выбрало принципиально иную стратегию.
Программа Discovery, запущенная администратором Дэниелом Голдином, провозгласила лозунг "быстрее, лучше, дешевле". Вместо гигантских, дорогих и создаваемых десятилетиями аппаратов предлагалось строить небольшие, узконаправленные миссии за три года и ценой до 280 млн долл. Первой такой миссией к Марсу стал Mars Pathfinder.

Маленький "Соджорнер"

Идея была дерзкой до безумия. Отказаться от сложных посадочных двигателей, как у "Викингов". Вместо этого войти в атмосферу на скорости 7,6 км/с, раскрыть парашют, а за несколько секунд до касания надуть гигантские подушки безопасности и просто... упасть на Марс. Аппарат должен был отскакивать от поверхности, как мяч, пока не остановится. И только потом раскрыть лепестки солнечных батарей и выпустить марсоход.
4 декабря 1996 года ракета Delta II стартовала с мыса Канаверал. А 4 июля 1997 года, ровно в День независимости США, сигнал достиг Лаборатории реактивного движения: "Мы на месте!". Марсоход совершил мягкую посадку в древней пойме Ares Vallis.
Через несколько часов станция раскрыла лепестки. По одной из аппарелей на поверхность съехал крошечный аппарат, первый в истории марсоход "Соджорнер". Он весил всего 11,5 кг, как средних размером собака и по виду напоминал микроволновку. "Соджорнер" был оснащен шестью независимыми колесами с уникальной подвеской "рокер-боги", позволявшей преодолевать препятствия высотой до 20 см. Рассчитанный на 7 солов работы (с возможным продлением до 30), он проработал 83 сола, проехал чуть более 100 метров и исследовал 16 камней, которым дали забавные имена "Барнакл Билл", "Йоги", "Скуби-Ду".
Анализ показал, что "Барнакл Билл" напоминает земной андезит (вулканическую породу), а "Йоги" оказался более примитивным базальтом. Метеорологические измерения и 16 500 снимков, переданных станцией, позволили сделать важнейший вывод: галька и окатанные камни вокруг места посадки образовались в результате мощных водных потоков в далеком прошлом - подтверждение того, что вода на Марсе когда-то текла в огромных количествах.
27 сентября 1997 года связь прервалась. Батарея, рассчитанная на 40 циклов перезарядки, исчерпала ресурс, а наступающая марсианская зима сделала ночные температуры слишком низкими для выживания электроники . Миссия, стоившая в 15 раз дешевле программы "Викинг", выполнила объем работ, в 12 раз превышающий запланированный.

Близнецы на Марсе

В январе 2004 года два марсохода-близнеца совершили посадку на противоположных сторонах Марса. "Спирит" опустился в кратере Гусев 4 января, "Оппортьюнити" - в кратере Игл на плато Меридиана 25 января . Они были рассчитаны на 90 солов работы (марсианских суток) и 600 метров пробега. Эти марсоходы-близнецы войдут в историю как самые выносливые исследователи Красной планеты.
Конструкция марсоходов была революционной для своего времени. Каждый весил 185 килограммов — размером с небольшой гольф-кар. Шесть независимых колес с подвеской "рокер-боги" (ее уже оттестировал "Соджорнер") позволяли преодолевать препятствия высотой до 25 см и крениться на 45 градусов без опрокидывания. Солнечные панели генерировали до 900 ватт-часов энергии в день, а для ночного обогрева использовались радиоизотопные нагреватели. На мачте возвышались панорамные камеры (Pancam), а на конце манипулятора размещались микроскопический тепловизор, мёссбауэровский спектрометр для изучения железосодержащих минералов и инструмент для шлифовки камней (RAT).

"Спирит": одиссея длиной в шесть лет

Масроход работал в кратере Гусев, огромной впадине, которая с орбиты выглядела как древнее озеро. Но первые месяцы принесли разочарование: вокруг простиралась безжизненная базальтовая равнина, ни следа воды. Ученые уже начали сомневаться в правильности выбора места посадки. Но потом "Спирит" направили к холмам Колумбия, названным в память о погибших астронавтах шаттла Columbia. Подъем на холмы занял полтора года. 21 августа 2005 года Spirit достиг вершины высотой 82 метра. И там, на склонах, начались открытия. Марсоход нашел карбонаты и минералы, измененные водой. Но самое удивительное произошло в 2006 году, когда у "Спирит" отказало переднее правое колесо.

Инженеры смогли лишь заставить марсоход двигаться задом наперед, волоча сломанное колесо как плуг, вскрывающий верхний слой грунта. В мае 2007 года, протащив мертвое колесо по плато Home Plate, "Спирит" обнажил участок почти чистого кремнезема (90% SiO₂). На Земле такие отложения формируются только в горячих источниках или возле фумарол, где пар взаимодействует с породой. Это было прямое доказательство существования гидротермальной активности на древнем Марсе.
В мае 2009 года Spirit застрял в мягком сульфатном грунте в месте, названном "Троя". После месяцев безуспешных попыток освобождения его объявили стационарной научной платформой. 22 марта 2010 года "Спирит" передал последний сигнал и замолчал навсегда, не пережив марсианскую зиму. Он проработал 2210 солов (в 24 раза дольше плана) и проехал 7,73 км.

"Оппортьюнити": марафонец, покоривший сердца

Если "Спирит" был первопроходцем, то "Оппортьюнити"стал легендой. Он опустился на плато Меридиана и с первых же дней оказался в "геологическом раю". Марсоход стоял прямо на обнажении коренных пород в кратере Игл. Через несколько недель он обнаружил сферические образования размером с дробинку, которые прозвали "голубикой". Спектрометр показал: это гематит, минерал, формирующийся в воде. Анализ сульфатных отложений подтвердил, что миллиарды лет назад здесь плескалось соленое море, периодически испарявшееся под жарким солнцем.
Впереди были долгие годы пути к гигантскому кратеру Индевор диаметром 22 км. "Оппортьюнити" шел к нему три года, останавливаясь для изучения интересных камней. В 2011 году, достигнув цели, он нашел глинистые минералы, формирующиеся в нейтральной воде - еще более благоприятной для жизни, чем кислая среда сульфатов.
Таблица рекордов
Рекорд
Значение
Дата установки
Самая длительная миссия на поверхности Марса
14 лет 138 дней (5111 солов)
19 мая 2010 года
Максимальная дистанция, пройденная по другому небесному телу
45,16 км
28 июля 2014 года
Первый "марафон" на другой планете
42,195 км
24 марта 2015 года
Самый крутой спуск, преодоленный марсоходом
Уклон до 31 градуса
2004 год
Количество переданных снимков
Более 217 000
За всю миссию
Оппортьюнити. Узнать больше
24 марта 2015 года "Оппортьюнити" стал первым внеземным аппаратом, преодолевшим марафонскую дистанцию в 42 км 195 метров. На это ушло 11 лет и 2 месяца.
Летом 2018 года планету накрыла глобальная пылевая буря, самая мощная из наблюдавшихся. Небо над кратером Индевор стало черным как смоль. Солнечные панели перестали получать свет. 10 июня 2018 года он передал последние данные об уровне освещенности и перешел в спящий режим, надеясь переждать бурю.
835 раз инженеры отправляли команды. 835 раз марсоход молчал. Пыль засыпала панели, и даже когда буря стихла, солнечные лучи больше не могли разбудить ветерана.
Сотрудники миссии не скрывали слез, когда 13 февраля 2019 года были вынуждены официально объявить о завершении работы самого успешного планетохода в истории.

Кьюриосити: "небесный кран" и охота за обитаемостью

После триумфа NASA задумало нечто грандиозное. В пять раз тяжелее аппаратов-близнецов, размером с автомобиль, "Кьюриосити" должен был не просто искать воду, а определить: был ли Марс пригоден для жизни в прошлом. Его масса составляла 899 кг, включая 80 кг научной аппаратуры и делала невозможной посадку с помощью подушек безопасности. Требовалось новое решение.
Инженеры придумали "небесный кран": над поверхностью зависала платформа с двигателями, опускала ровер на тросах, а когда колеса касались грунта, отрезала тросы и улетала в сторону, чтобы разбиться подальше . Это выглядело как научная фантастика, но сработало безупречно.
Кратер Гейл, место посадки, выбрали не случайно. В его центре возвышается гора Шарп высотой 5,5 километра, сложенная осадочными породами как книга геологической истории Марса. Уже в первые месяцы "Кьюриосити" сделал открытие, ради которого затевалась миссия. Он пробурил камень в древнем русле ручья и обнаружил глинистые минералы, сформировавшиеся на дне озера миллиарды лет назад . Анализ показал, что вода в этом озере была пресной, с нейтральной кислотностью и содержала все необходимые химические элементы для зарождения жизни: углерод, водород, кислород, серу, азот и фосфор.
В 2018 году марсоход объявил о сенсации: в 3,5-миллиардных глинистых сланцах найдены сложные органические молекулы: тиофены, бензол, пропан. Это не доказательство жизни, но доказательство того, что "кирпичики" жизни могут сохраняться на Марсе миллиарды лет.
Второе открытие: концентрация метана в атмосфере меняется по сезонам, то поднимаясь, то опускаясь. На Земле большую часть метана производят живые организмы, но его источник на Марсе может быть и геологическим.
Анализ органических молекул в нижних слоях горы Шарп марсоходом Curiosity . Узнать больше
"Кьюриосити" продолжает работать до сих пор. Его колеса изношены, память компьютера переполнена, но он упрямо карабкается по склонам горы Шарп, останавливаясь для бурения и съемки.
И то чертовские, извините, мило. У нас на Земле уже была революция в Египте, Крымские события, пандемия, Brexit, иранский кризис, сложное выяснение отношений между Россией и Украиной, много-много всего. А "Кьюриосити" катается на своих шинах, истертых как софт на 20 круге Гран-при Бахрейна, и меняет наше представление о Марсе, доказывая, что миллиарды лет назад эта планета была вполне пригодна для жизни.

Современность и новая космическая гонка

18 февраля 2021 года мир замер в ожидании (напоминаю, у нас тут ковид, самоизоляция). Сигнал от марсохода "Персеверанс" шел до Земли 11 минут, достаточно, чтобы все уже либо случилось, либо закончилось катастрофой. Инженеры Лаборатории реактивного движения называли эти минуты "семью минутами ужаса", хотя на самом деле все было даже дольше. За это время аппарат на скорости 20000 км/ч вошел в атмосферу, раскрыл сверхзвуковой парашют, включил радар для поиска места посадки и в последние секунды задействовал "небесный кран"(помните, такую уже использовал "Кьюриосити", платформу с двигателями, которая опустила марсоход на тросах прямо над поверхностью). "Персеверанс" опустился в кратер Езеро — место, которое 3,5 миллиарда лет назад было озером с хорошо сохранившейся дельтой реки. Если на Марсе когда-то существовала жизнь, ее следы нужно искать именно здесь.
Этот аппарат - самый совершенный, когда-либо отправленный на Марс. Он весит 1025 кг, размером с автомобиль, и оснащен семью научными приборами, способными искать не просто воду, а прямые биосигнатуры - следы древних микроорганизмов.
На научные приборы и в этот раз не поскупились, их семь, включая эк­спе­римен­таль­ную ус­та­нов­ку, пред­назна­чен­ную для про­из­водс­тва кис­ло­рода из ат­мосфер­но­го уг­ле­кис­ло­го га­за и георадар. Но главная задача марсохода заключается в сборе образцов. В его чреве хранятся 43 титановые пробирки, которые он заполняет кернами горных пород. Одни пробирки он оставляет на поверхности в специальных "депозитариях", другие хранит у себя. В 2030-х годах совместная миссия NASA и ESA должна забрать эти пробирки и доставить на Землю. Ученые, которые еще только в школе учатся, будут изучать марсианские камни с помощью технологий, которые еще не изобретены.
Еще одна сенсация пряталась под брюхом марсохода. Прикрепленный к его днищу, висел крошечный аппарат массой 1,8 кг вертолет "Индженьюити". Инженеры JPL задумали безумный эксперимент: заставить летать аппарат с двумя встречно вращающимися винтами в атмосфере, плотность которой составляет всего 1% от земной. Это все равно что пытаться взлететь на высоте 30 кмв над Землей. Никто не знал, получится ли. Вертолет был рассчитан на пять полетов в течение месяца. Единственная его задача - доказать, что управляемый полет на Марсе возможен. 19 апреля 2021 года он поднялся на три метра, завис на 30 секунд и опустился обратно.
В Лаборатории реактивного движения плакали. Мечта братьев Райт сбылась на другой планете.
"Индженьюити" прожил 3 года, совершил 72 полета вместо пяти, провел в воздухе более двух часов и преодолел 17 км, иногда удаляясь от подопечного "Персеверанса" на 700 метров и служавоздушным разведчиком. В январе 2024 года, при посадке, он повредил лопасти и завершил миссию.
Пока NASA праздновало успех, на Марс прибывали новые игроки. 9 февраля 2021 года на орбиту вышел арабский зонд "Аль-Амаль" - первый межпланетный аппарат Объединенных Арабских Эмиратов. Он не садился на поверхность, а изучал марсианскую атмосферу с орбиты, составляя глобальные карты погоды и пылевых бурь. Для молодой космической державы это был невероятный прорыв.
Через три месяца на Марс опустился китайский аппарат. Миссия "Тяньвэнь-1" включала орбитальный модуль и спускаемый аппарат с марсоходом "Чжужун". 22 мая 2021 года 240-килограммовый аппарат съехал на поверхность Равнины Утопия, где когда-то обитал "Викинг-2".
"Чжужун" работал чуть больше года, проехал около двух километров и изучал грунт с помощью георадара и спектрометров, но главное его достижение - символическое.
Тяньвэнь-1. Узнать больше
Марс перестал быть "вотчиной" США и СССР. К Красной планете теперь летают все, у кого есть технологии и смелость. Вслед за Китаем и ОАЭ о своих марсианских амбициях заявили Индия, Япония, Европейское космическое агентство и частные компании. Европа готовит марсоход "Розалинд Франклин" с буром, способным достигать глубины двух метров. NASA проектирует возвратную миссию Mars Sample Return, которая обещает стать самой сложной роботизированной операцией в истории. Китай планирует собственную экспедицию за грунтом "Тяньвэнь-3" к 2030 году. А Илон Маск традиционно обещает отправить людей "через пару лет".

Глаза на орбите: телескопы вокруг Марса

Пока марсоходы бороздят пыльные равнины, карабкаются по склонам и сверлят камни, над ними несут вахту молчаливые стражи. Орбитальные аппараты - это глаза, уши и голос Марса. Без них марсоходы были бы слепы и глухи, потеряны в чужом мире. Именно спутники дают глобальную картину.

Когда в сентябре 1997 года Mars Global Surveyor (MGS) вышел на орбиту Марса, планетология сделала гигантский скачок. Этот аппарат впервые составил детальную топографическую карту всей планеты с помощью лазерного высотомера MOLA. Оказалось, что Марс — не просто красный шарик, а мир чудовищных контрастов: северное полушарие плоское и низкое (возможно, дно древнего океана), южное — гористое и изрезанное кратерами.
Магнитометр MGS совершил открытие, перевернувшее представления о марсианском прошлом: у планеты нет глобального магнитного поля, но кора хранит полосы остаточной намагниченности словно Марс когда-то имел магнитное поле, подобное земному, и оно застыло в камнях, когда планета остыла.

Главный научный результат миссии

Главный научный результат миссии

Открытие свидетельств современной геологической активности, связанной с жидкой водой. Сравнительный анализ снимков высокого разрешения, полученных камерой MOC в 1999–2005 годах, выявил формирование новых отложений в оврагах Terra Sirenum и Centauri Montes. Морфология отложений, характеризующаяся пальцеобразными ответвлениями и светлым альбедо, указывает на эпизодические выбросы соленой воды из подповерхностных резервуаров, подтверждая наличие гидрологических процессов на современном Марсе.

Mars Global Surveyor. Узнать больше

Mars Express: европейское долголетие

2 июня 2003 года с Байконура стартовал европейский аппарат Mars Express, созданный в рекордные сроки и при скромном бюджете в 150 млн евро. Никто не ожидал, что он проработает больше двадцати лет и станет одной из самых продуктивных межпланетных миссий. Камера HRSC к 2023 году покрыла стереосъемкой 87% поверхности с разрешением до 10 метров, создав уникальные 3D-модели рельефа. Спектрометр OMEGA составил глобальные карты минералов, показав, где когда-то плескалась вода. А радар MARSIS обнаружил под южной полярной шапкой огромные резервуары жидкой воды — озера, спрятанные под толщей льда. Mars Express стал незаменимым помощником: ретранслирует данные с марсоходов, следит за погодой и фотографирует Фобоса. Европейский ветеран работает до сих пор, его миссию продлили как минимум до конца 2026 года.

MRO: космический телескоп-шпион

Mars Reconnaissance Orbiter, запущенный NASA в 2005 году, - это Хаббл, приставленный к Марсу. Его камера HiRISE способна различать на поверхности предметы размером с обеденный стол. Именно MRO сфотографировал разбившийся "Скиапарелли", заснял работающие марсоходы и нашел место посадки для "Персеверанс" в кратере Езеро. Спектрометр CRISM, работающий в сотнях спектральных диапазонов, позволил к 2026 году создать глобальную мультиспектральную карту Марса размером 5,6 гигапикселя с 72 цветами, показывающую распределение глин, сульфатов и карбонатов. MRO следит за климатом, изучает сезонные изменения и служит главным ретранслятором для всех аппаратов на поверхности.

TGO: охота на призраков атмосферы

ExoMars Trace Gas Orbiter - совместный проект Европейского космического агентства и "Роскосмоса", вышедший на орбиту в 2016 году с целью разгадать тайну марсианского метана. Российские приборы ACS и ФРЕНД, созданные в ИКИ РАН, стали главной ударной силой TGO. ACS анализирует атмосферу с беспрецедентной точностью, а нейтронный телескоп ФРЕНД составил детальную карту подповерхностной воды с разрешением 60 км, обнаружив "оазисы" с высоким содержанием водяного льда даже в экваториальных районах, включая дно Долин Маринера. Но главная загадка остается неразгаданной: TGO не нашел метана там, где "Кьюриосити" фиксирует его сезонные колебания. Верхняя граница содержания метана по данным TGO в сотни раз ниже показаний ровера. Это противоречие остается одной из самых горячих точек современной планетологии.

Будущее: что нас ждет?

Самая амбициозная задача, стоящая сегодня перед планетологами, - Mars Sample Return, доставка марсианского грунта на Землю. "Персеверанс" уже заполнил десятки титановых пробирок кернами из кратера Езеро. Но как их забрать?

Сначала к Марсу отправится посадочный модуль. Марсоход соберет пробирки, сложенные в "депозитарии", или заберет их у "Персеверанс", если тот будет жив. Затем пробирки загрузят в ракету, MAV выведет контейнер на орбиту Марса, где его перехватит европейский зонд ERO (Earth Return Orbiter), запечатает в специальную капсулу и отправит к Земле. Капсула войдет в атмосферу на скорости, вдвое превышающей скорость входа "Аполлонов", и мягко опустится на парашютах в пустыне Юта.Сложность этой миссии настолько велика, что многие инженеры называют ее миссией на грани возможного.

Научные цели и технологии

Mars Sample Return. Узнать больше
Конечно, идея с полетам на Марс людей и созданием колоний никуда не делась. Чтобы долететь до Марса и не умереть, нужны технологии, которых пока нет. Время полета на химических двигателях составит 8–9 месяцев. За это время космонавты получат дозу радиации, эквивалентную 15 годам на Земле, а их кости потеряют кальций независимо от тренировок.
Решение - ядерные двигатели. Ракета с ядерной энергодвигательной установкой (ЯЭРД) может сократить путь до 2–3 месяцев, снизив риски облучения и невесомости. NASA и "Роскосмос" работают над такими проектами, но до летных испытаний еще далеко.
Был, например, такой нашумевший проект Mars One, предполагавший полет на Марс с последующим основанием колонии и трансляцией всего происходящего по телевидению. Его автор, голландец Бас Лансдорп в 2013 году он начал отбор добровольцев для полета на Марс с намерением создать постоянное поселение на Марсе в 2026 году. Ну про 2026 год понятно все, мы в нем живем.
130 лет назад Герберт Уэллс написал "Войну миров", а через несколько десятилетий Персиваль Лоуэлл рисовал карты каналов, населенных разумными марсианами. Мы знаем, что марсиан нет. Но вопрос "будет ли человек на Марсе" сменился другим: "когда это случится?". Оптимисты из SpaceX называют конец 2020-х годов. Реалисты из NASA говорят о 2040-х. Пессимисты считают, что без ядерных двигателей и надежной защиты от радиации пилотируемый полет останется мечтой. Но история учит нас одному: предсказания редко сбываются, зато невозможное случается постоянно.
Бикташенко на связи
198

Подпишитесь и читайте Vistat в

Начать обсуждение

0 / 500
ViStat.org — интерактивная онлайн-энциклопедия с визуальной инфографикой, хронологиями и базой знаний. Мы делаем информацию наглядной и удобной для восприятия: кликайте на фотографии с деталями или на пиктограммы в ленте событий и узнавайте больше о людях, событиях, компаниях, технологиях, строительстве, страховании и других темах.
Мы объединяем исторические факты, документы, изображения, даты, взаимосвязи между событиями и объектами, превращая сложную информацию в понятную интерактивную инфографику. Проект помогает быстрее находить нужные сведения, анализировать данные и изучать развитие различных отраслей и направлений.

На ViStat.org публикуются материалы по истории, строительству и девелопменту, страхованию, экономике, государственным программам, архитектуре, биографиям известных личностей, технологиям и другим тематикам. Все материалы структурированы для удобного поиска, изучения и сравнения информации.

Если вы обнаружили изображение, автором которого вы являетесь, свяжитесь с нами, и мы обязательно дополним соответствующую страницу сайта информацией о вашем авторстве. Мы уважаем права авторов и стремимся использовать только корректно оформленные материалы с указанием источников и авторства.

Для связи с нами пишите на почту vs@vistat.org.