Зачем зонд «Скиапарелли» прибыл на Марс
В среду, 19 октября, спускаемый модуль «ЭкзоМарса» — «Скиапарелли» — опустился на поверхность Красной планеты. Пока неясно, насколько успешной была посадка первого европейского марсианского зонда. В ожидании известий предлагаем вспомнить, что представляет собой миссия «ЭкзоМарс», зачем ученые снова отправили на Марс космические аппараты и причем тут Россия.
«ЭкзоМарс» — это совместная программа Европейского космического агентства (ЕКА) и российской госкорпорации «Роскосмос» по исследованию Марса. Она включает в себя две отдельные миссии, для выполнения которых будут использоваться разные космические аппараты. Первый этап программы начался 14 марта этого года, когда с космодрома Байконур была запущена станция «ЭкзоМарс-2016». Она состоит из научного орбитального аппарата Trace Gas Orbiter (TGO) и спускаемого модуля «Скиапарелли», который в среду, 19 октября, опустился на поверхность Марса. Текущая миссия должна помочь ученым не только изучить Красную планету, но и подготовиться к следующему этапу программы, который включает доставку на Марс поверхностной платформы и марсохода. Старт второй миссии «ЭкзоМарса» запланирован на июль 2020 года.
В первую очередь для ответа на вопрос, существовала ли когда-нибудь жизнь на Марсе и может ли она существовать там сейчас. Именно поэтому в названии программы стоит приставка «экзо»: она имеет прямое отношение к экзобиологии — науке о поиске жизни на других планетах Вселенной.
Вокруг этого ученые ведут активные споры. Дело в том, что в атмосфере Марса присутствует метан. Его молекулы достаточно быстро разлагаются под действием ультрафиолетового излучения, а это значит, что газ постоянно поступает в нее из какого-то неизвестного источника. Образовываться метан на планете может либо в особых температурных условиях (как на Плутоне или Титане), либо в результате геологических процессов, либо как продукт жизнедеятельности микробов. Проект «ЭкзоМарс» поможет ученым понять, что именно является источником марсианского метана. Если его обнаружат в присутствии пропана или этана, это будет сильным свидетельством в пользу существования на Марсе биосферы. Если же вместе с метаном будут обнаружены соединения серы, то станет ясно, что он является продуктом геологической активности.
Кроме того, ученые допускают существование на современном Марсе потоков жидкой соленой воды. Даже если концентрация соли в них очень велика, это все равно даст возможность говорить о существовании жизни. Исследователи также предполагают, что вода существует в подповерхностном слое: наиболее подходящим местом для жизни считаются защищенные от радиации подземные пещеры, в которых могут существовать реки и озера. В рамках программы «ЭкзоМарс» также будет проводиться поиск воды и анализ ее распределения.
В несколько этапов. Миссия «ЭкзоМарса-2016» заключается в поиске в атмосфере Красной Планеты следов метана, соединений серы и других газов. Для выполнения этой задачи будет использоваться зонд Trace Gas Orbiter. На нем установлены спектрометры NOMAD и ACS, с помощью которых исследователи изучат компоненты марсианской атмосферы. Устройства работают в трех диапазонах: ультрафиолетовом, инфракрасном и видимом, — и обладают высокой чувствительностью. В надирном режиме они будут изучать отраженный свет или собственное излучение Марса; в режиме солнечного просвечивания, когда TGO будет входить в тень и выходить из нее, спектрометры будут наблюдать разные слои атмосферы планеты, подсвеченные Солнцем. Научные приборы, регистрируя спектр веществ, содержащихся в газовой оболочке Марса, определят ее химический состав с высокой точностью, вплоть до компонент малых концентраций. Так, инструмент ACS позволит анализировать содержание метана в атмосфере с точностью до одной молекулы на триллион.
После обнаружения ключевых соединений в атмосфере Марса будет проведено их географическое и сезонное картографирование. Камера CaSSIS получит цветные стереоизображения потенциальных источников газа, а также займется поиском следов динамических процессов (вроде эрозии) на поверхности планеты. Это поможет определить, является ли метан продуктом жизнедеятельности бактерий, или он указывает на текущую геологическую активность. Другой инструмент, FREND, будет регистрировать поток нейтронов, исходящий с поверхности Марса, с помощью детектора, помещенного внутрь коллиматора. Это позволит судить о содержании водорода в грунте планеты, что, в свою очередь, укажет на наличие воды в поверхностном и приповерхностном слое.
На втором этапе программы «ЭкзоМарс-2020» ученые проведут активное исследование поверхности Марса. На планету доставят марсоход и поверхностную платформу, оборудованную целым комплексом научных инструментов. С ее помощью ученые будут проводить исследования окружающей местности в течение одного земного года: они изучат климат, радиационную обстановку, минералогический состав грунта, круговорот летучих веществ между грунтом и атмосферой и распределение поверхностной воды в месте посадки. Марсоход займется поиском веществ, которые могли бы свидетельствовать о возможном существовании жизни на Красной планете. В комплекс научной аппаратуры, которая будет на нем установлена, входят анализатор органических молекул и бур, который позволит брать образцы породы с глубины до двух метров. Для сравнения, дрель, установленная на Curiosity, позволяет проникать в грунт всего на 5 сантиметров.
Спускаемый модуль «Скиапарелли», который был назван в честь итальянского астронома и исследователя Марса Джованни Скиапарелли, помогает отработать технологии, необходимые для выполнения миссии «ЭкзоМарс-2020». В частности, ученые протестируют контролируемый спуск и мягкую посадку на поверхность Марса. Кроме того, «Скиапарелли» несет на себе несколько научных инструментов, часть из которых будут работать во время приземления. Это датчики температуры, давления и тепловых потоков, показывающие состояние аппарата при спуске. Они позволят понять, что будет происходить с марсоходом, который отправится на планету в 2020 году.
Предполагается также, что «Скиапарелли» успеет провести первичное измерение электрических полей и концентрации атмосферной пыли. Это позволит изучить влияние электричества на подъем частиц пыли и лучше понять природу пылевых бурь. Однако аппарат проработает совсем недолго: его аккумуляторов хватит на срок от двух до восьми дней.
Россия разрабатывает важные научные приборы для проекта, а также предоставляет одноразовую ракету-носитель «Протон-М» для вывода аппаратов «ЭкзоМарса» в космическое пространство. Работу над российскими научными инструментами ведет Институт космических исследований РАН. Именно там были созданы спектрометры ACS и детектор эпитепловых нейтронов FREND, отправившиеся к Марсу на зонде TGO. Кроме того, «Роскосмос» и ИКИ РАН отвечают за часть оборудования для будущей миссии «ЭкзоМарс-2020». Россия занимается разработкой спускаемого аппарата с поверхностной платформой и научного оборудования для марсохода.
Первый этап миссии «ЭкзоМарс-2016» уже почти завершился. После полугодичного путешествия межпланетная станция приблизилась к Марсу, и 16 октября спускаемый модуль «Скиапарелли» отделился от TGO. 19 октября в 17:48 по московскому времени аппарат вошел в атмосферу планеты и осуществил посадку на плато Меридиана (на момент публикации о результатах посадки ничего не известно), в то время как зонд TGO перешел на вытянутую орбиту вокруг Марса.
В январе 2017 года TGO пройдет через верхние слои атмосферы Марса и приступит к выполнению научной программы. На этом этапе будут проводиться все запланированные исследования, и на Землю начнут поступать полученные данные. Затем, в 2021 году, когда на планету доставят марсоход «ЭкзоМарс», зонд начнет работать как ретранслятор сигналов от ровера и автоматической марсианской станции. Ученые планируют эксплуатировать TGO до декабря 2022 года, после чего он завершит свой полет.
О точных датах второй миссии «ЭкзоМарса» ЕКА и «Роскосмос» пока не сообщают. Специалистам предстоит подготовить все необходимое оборудование, а также выбрать место для посадки марсохода. В 2015 году ученые сообщили, что им может стать равнина Оксиа (Oxia Planum), однако окончательное решение будет принято в 2017 году.
Кристина Уласович