Содержание номера


ГЛАВНОЕ

Новое руководство Роскосмоса

О реформе космической отрасли

Олег Остапенко на Байконуре

ПИЛОТИРУЕМЫЕ ПОЛЕТЫ

Полет экипажа МКС-37. Октябрь 2013 года

Пресс-конференция экипажей МКС-38/39

КОСМОНАВТЫ. АСТРОНАВТЫ. ЭКИПАЖИ

Экипажи МКС -38/39 сдали экзамены

ПИЛОТИРУЕМАЯ ТЕХНИКА

Начало летных испытаний американского «лапотка»

ЗАПУСКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Шестнадцатая «Практика»

Старт во второе пришествие. В полете – Sirius FM6

Очередной «шанхаец»

ИСКУССТВЕННЫЕ СПУТНИКИ ЗЕМЛИ

Возвращение «космической стрелы»

СРЕДСТВА ВЫВЕДЕНИЯ

Керосиновая зависимость

Российская многоразовая система первого этапа

Разработка ядерного буксира продолжается

МЕЖПЛАНЕТНЫЕ СТАНЦИИ

СОВЕЩАНИЯ. КОНФЕРЕНЦИИ. ВЫСТАВКИ

Глава Марсианского общества посетил Россию

Конференция по дистанционному зондированию

XII Молодежные Циолковские чтения

«Сообщество космонавтов»

ПРЕДПРИЯТИЯ. ОРГАНИЗАЦИИ

NASA не работало две недели

ЮБИЛЕИ

Создатель ракетного щита. К 90-летию В.Ф.Уткина

40 лет Главной оперативной группе управления

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ

Его именем названы орбиты

СТРАНИЦА КОЛЛЕКЦИОНЕРА

Знаки «Летчик-космонавт»

СТРАНИЦА ПАМЯТИ

Малькольм Скотт Карпентер

Борис Владимирович Бодин

Дмитрий Алексеевич Заикин

Реклама



Curiosity вышел на маршрут

Автор: Лисов И.


Американский марсоход Curiosity закончил первый цикл геологических исследований в зоне Йеллоунайф-Бей и быстро движется к своей основной цели – центральному пику кратера Гейл, известному как гора Шарпа, или Эолова гора. 

Читатели НК помнят, что марсоход Curiosity («Любопытство»), запущенный по проекту MSL (Mars Science Laboratory), десантировался на дно кратера Гейл 6 августа 2012 г. и оказался вблизи точки стыка трех типов марсианской поверхности, которой было дано имя Гленелг. Этот район и был выбран для первоочередных исследований. Пройдя за 125 марсианских суток (солов) более 650 м в общем направлении на восток, 12 декабря ровер достиг этой точки и работал в ее окрестностях до мая 2013 г. (НК № 10 и № 12, 2012; № 5, 2013).

За пять следующих месяцев – с июня по октябрь 2013 г. – большой полуавтономный ровер преодолел еще 3433 м пути, а общая дистанция, пройденная им к 1 ноября, составила 4170 м. Работа на Марсе продолжается.

Кончай копать, идти пора…
Надо сказать, что почти весь апрель 2013 г. аппарат вынужденно отдыхал. С точки зрения земного наблюдателя Марс проходил за Солнцем, так что радиообмен с ним был невозможен. Последние данные с борта были приняты 4 апреля (сол 235); после этого в соответствии с заложенной в марте программой марсоход «запарковал» мачту с телекамерами и вел лишь метеонаблюдения, радиационный мониторинг и нейтронное зондирование грунта планеты. По местной УКВ-радиолинии он передавал информацию на спутник MRO, где она хранилась вплоть до 30 апреля. 

1 мая операторы на Земле связались с ровером и убедились в его штатном состоянии. В тот же день на борт заложили исправленную версию бортового программного обеспечения и в течение нескольких дней проверяли, корректно ли прошла установка. 2 мая (сол 262) с аппарата были получены новые снимки, первые после месячного перерыва, и вплоть до 9 мая продолжались контрольные съемки, чтобы оценить точность наведения приборов под управлением нового ПО на комплекте B бортового компьютера. 

В ходе испытаний была выявлена неожиданно сильная зависимость подключенных к этому комплекту камер от температуры, не позволяющая точно определить расстояние до марсианских ориентиров. Пришлось уточнять математическую модель, по которой определяется текущая ориентация камер.

9 мая руководители проекта объявили, что Curiosity изучит в подробностях еще один образец марсианской породы в зоне Йеллоунайф-Бей. Им стал камень по имени Cumberland, находящийся в 2.75 м западнее плиты John Klein, над которой ровер «колдовал» с января по март. 

Второй образец, как и первый, представлял собой плоский камень с неровной поверхностью и светлыми прожилками на ней, но с большим количеством стойких к эрозии минеральных конкреций. Он должен был подтвердить принципиальный результат, полученный при бурении первых образцов, а именно – вывод об их формировании в почти нейтральной среде и о наличии в осадке соединений с разной степенью окисления. Ученые опасались, что в феврале в аналитические приборы Curiosity попал не только материал, полученный при бурении образца John Klein, но и часть песка, изученного ранее и значительно отличающегося по своей химической природе. 

«Для образца Cumberland, – пояснила Дон Самнер (Dawn Sumner) из группы долгосрочного планирования, – мы надеемся иметь загрязнения главным образом из сходной породы, а не от сильно отличающегося грунта».

10 мая была проведена заключительная съемка рабочей зоны, включая несколько сотен кадров камеры-микроскопа MAHLI. 12 мая, в 272-й сол, марсоход аккуратно сдал назад, провернулся на месте носом на юго-запад и подошел к новой цели. Два шага – назад и вперед – имели суммарную длину всего 1.93 м, но это было первое движение с 23 января! 14 мая Curiosity придвинулся поближе к цели, провел контрольную съемку и 16 мая поставил на грунт альфа-протон-рентгеновский спектрометр APXS, а заодно попробовал марсианскую почву на прочность. 

Около полудня 279-го сола на Марсе (в воскресенье 19 мая по земному календарю) в образце Cumberland была просверлена лунка диаметром 16 мм и глубиной 66 мм, и в тот же день извлеченный с буром раздробленный грунт уже лежал в совочке. В 281-й сол он был просеян и засыпан в приемную воронку универсального анализатора SAM, а на следующий день вторая часть образца отправилась в приемник минералогического инструмента CheMin. По-видимому, еще одна загрузка имела место в 284-й день – ее запротоколировали видеосъемкой с помощью основной научной камеры MastCam. Чуть позже часть образца ссыпали на поддон для контрольной съемки. В первый раз на плите John Klein весь процесс от бурения до выдачи результатов анализа занял полтора месяца, на этот же раз обошлись неделей.

Оставшееся вокруг лунки вещество в 281-й сол в первый раз «прошили очередью» лазерного спектроскопа ChemCam, а позднее APXS использовался для определения элементного состава каменной крошки. Лунка также представляла большой интерес, поэтому 25 мая провели измерения с использованием лазера ChemCam на ее вертикальной стенке.


30 мая с помощью лазерного спектроскопа ChemCam проводилась специальная съемка «кучки» грунта – в теплое дневное время 289-го сола и в холодное утреннее 290-го, – чтобы попытаться зафиксировать осаждение водяного пара по увеличению содержания водорода в образце. Результаты этого эксперимента пока не объявлены, но размер «кратера» при ударе лазерным лучом утром оказался намного больше, чем в теплое время суток.

1 июня (сол 291-й) еще одну точку участка Cumberland почистили щеткой устройства DRT и, по-видимому, промерили спектрометром APXS, а 2 июня состоялась заключительная съемка рабочей зоны с подсветкой светодиодами.

На этом работа в низине Йеллоунайф-Бей закончилась. В 295-й сол (4 июня) ровер сдвинулся на шесть метров, чтобы еще раз осмотреть научную стоянку № 6, а в 297-й сделал уже около 19 м и развернулся на юго-запад. Так начался долгий путь к горе Шарпа. Намеченная по снимкам с орбиты трасса до ее подножия – наиболее быстрая с точки зрения рельефа – имеет в длину около 8600 м по прямой. Реальный путь, скорее всего, будет длиннее, а путешествие может занять около года или даже дольше – в зависимости от того, много ли интересного встретится в пути.

Так как по дороге в Йеллоунайф ровер пропустил несколько примечательных объектов, руководители миссии спланировали первый участок нового путешествия как возвращение примерно по своим следам с дополнительными исследованиями в трех районах: у границы окаменевшей глины и песчаника, у выступа Shaler с ярко выраженной слоистой структурой и у гряды Point Lake с явными следами эрозии. 

Поднявшись из низины, в 301-й сол (10 – 11 июня) Curiosity достиг этой гряды, проводя на ходу активное нейтронное зондирование грунта российским прибором ДАН. Первоначально выбранное направление оказалось слишком крутым. Поэтому на следующий день марсоход подошел к выступу по более удобному маршруту, встал на девятиградусном склоне и провел здесь четверо суток. Породы Point Lake изучались с помощью микрокамеры MAHLI и спектрометра APXS, а конкретные рабочие точки выбирались по данным лазерного спектрометра ChemCam.

Чтобы добраться до слоистого обнажения Shaler, потребовалось сделать за 307-й и 308-й солы «крюк» длиной 63 метра. При попытке подойти к центру выступа ровер остановился, потому что уклон превысил допустимые 12°. Вторая попытка была успешнее, но левое среднее колесо оказалось на 20 см выше, чем ожидалось, и из опасений за устойчивость марсохода операторы не решились использовать манипулятор и ограничились съемкой и зондированием при помощи ChemCam. 

23 июня (сол 313) Curiosity сместился на 5.6 м к юго-западу и оказался примерно там же, откуда смотрел на Shaler 7 декабря, но на вдвое меньшей дистанции. Следующий переход, тоже короткий, имел место 27 июня. На новой точке удалось провести контактные исследования с помощью APXS и MAHLI.


Поезд следует до станции «Юго-Западная»
К 4 июля (сол 324) американский марсоход окончательно «рассчитался с долгами» и продвинулся от последней стоянки на 17.6 м к северу. 7 июля он сделал еще 39 м на запад и миновал песчаную дюну Рокнест, где в октябре 2012 г. был проведен самый первый забор сыпучего грунта, а 9 июля прошел мимо выступа Bathurst Inlet. Этот последний бросок вдоль старого следа довел пройденный путь до 950 м, в том числе 738 м от места посадки до Йеллоунайфа и 212 м в обратном направлении. 

Начиная с 331-го сола (11 – 12 июля) Curiosity отклонился к юго-западу и побежал в направлении горы Шарпа. Он шел поначалу короткими перебежками, не более 40 м за марсианский день, так как еще не была готова уточненная математическая модель ориентации навигационных камер, связанных с каналом B бортового компьютера. Зато двигаться удавалось почти каждый день, так что в 335-й сол Curiosity прошел километровую отметку и к 338-му дню достиг 1131 м. А вот как только аппарату разрешили визуальное (по фотоснимкам) счисление пути, позволяющее сличить расчетное положение с фактическим и выявить проскальзывание и прочие проблемы, сол 340 принес продвижение сразу на 101.2 м – вдвое больше предыдущего рекорда (49 м). 

28 июля, в 347-й сол, Curiosity вышел к усеянному камнями пригорку, получившему гордое название «гора Элзи» (Elsie Mountain) и расположенному в 1520 м от начала пути. Аппарат поднялся на возвышенность, что позволило отснять телеобъективом MastCam 100 цель пути – подножие горы Шарпа. 

6 августа (сол 356), в годовщину посадки на Марс, Curiosity достиг отметки 1775 м. За год с марсохода было получено более 190 Гбайт данных, в том числе почти 72 000 снимков (36700 полных кадров и 35 000 уменьшенных). Лазерный спектрометр ChemCam использовался более 75 000 раз по примерно 2000 мишеням. 

Планирование движения и реализация планов в августе превратились в рутину. Воскресенье, вторник и четверг, за редкими исключениями, – ходовые дни. На маршруте проводятся измерения с помощью ДАНа и попутная съемка навигационными и панорамными камерами, вечером – контрольная съемка камерами MAHLI и MARDI. (Десантная камера MARDI, загрязненная во время посадки, была тем не менее пригодна для подсчета количества камней на грунте и их распределения по размерам, особенно при съемке сразу после захода Солнца. Микрокамеру MAHLI использовали без развертывания манипулятора, так что на ее снимках Марс казался почти перевернутым.) 

Остальные дни недели – стоянка, дополнительные съемки, иногда – контактные измерения и специальные исследования. К примеру, в 353-й и 367-й солы задействовали манипулятор, чтобы загрузить в анализатор SAM еще две порции каменной крошки из зоны Cumberland. На 360-й и 361-й дни впервые спланировали связку из двух автономных операций – установку APXS на грунт для ночных измерений, отвод манипулятора утром и движение без контроля и промежуточных команд с Земли – и получилось!


Очень интересная съемка состоялась в ночь с 350-го сола на 351-й: основная научная камера MastCam отслеживала покрытие Фобосом – проходящим на высоте 6240 км – Деймоса, более отдаленного спутника Марса. 108-секундная последовательность кадров началась 1 августа в 08:41:07 UTC и закончилась в 08:42:55; само покрытие продолжалось около 15 секунд, с 08:41:40 по 08:41:55.

В 363-й сол (13 августа) марсоход отснял другое похожее событие: прохождение Фобоса по диску Солнца. Этот спутник слишком мал, чтобы полностью закрыть солнечный диск, но зрелище само по себе примечательное и помогает уточнить орбиту Фобоса. В 368-й сол (18 – 19 августа) прохождение повторилось, причем на этот раз в 15:22 местного марсианского времени служебные камеры HazCam зафиксировали кратковременное, примерно на минуту, потемнение местности!

За 371-й сол Curiosity прошел 114 м, превысив достижение месячной давности. На следующий день заезд был коротким, всего 39 м, но очень важным – тестировалась бортовая программа автономной навигации AutoNav, специально доработанная с учетом воздействия тепла на ориентацию камер канала B. Эксперимент был успешным, и ровер получил разрешение впредь проходить в этом режиме до 90 минут. 

Что это дает? К примеру, марсоход приближается к гребню. «Земля» планирует суточный переход до точки перегиба и разрешает двигаться дальше с учетом особенностей местности, и ровер самостоятельно строит безопасный маршрут. «Curiosity делает несколько стереопар снимков, – поясняет инженер и водитель ровера Марк Меймон (Mark Maimone), – и его компьютер обрабатывает эту информацию и картирует все геометрические опасности и неровности рельефа. Ровер просчитывает все пути, по которым он может достичь назначенного конечного пункта, и выбирает наилучший».

В 376-й сол (26 – 27 августа) марсоход сделал около 40 метров и благополучно вышел к гребню Discovery («Открытие»), впервые использовав режим AutoNav на 10-метровом участке при пересечении низины, не просматриваемой с места старта. 

Проблема возникла двумя днями позже, когда 87-метровый переход закончился не очень удачной остановкой. Заднее левое колесо осталось на камне высотой 6 см, и из-за опасений за устойчивость ровера пришлось отменить загрузку в SAM новой порции грунта. Поэтому 30 августа, в 379-й марсианский день, был спланирован короткий 15-метровой бросок в зону с более ровным рельефом, после которого аппарат остановился на отметке 2534 м. Километр за 32 марсианских дня – совсем неплохо! Загрузка образца 1 сентября также прошла успешно.

5 сентября Curiosity установил новый рекорд суточного перехода (138.6 м за 242 минуты движения, в том числе 42 м «по собственному разумению») и вышел на холм, названный Panorama Point. После такого продолжительного перехода не оставалось времени на наблюдения, что отчасти скомпенсировала утренняя съемка Юпитера.

В 390-й сол, 10 сентября, Curiosity достиг первой промежуточной геологической стоянки – Waypoint 1 – из пяти запланированных по дороге к горе Шарпа. Здесь, на светлом скальном обнажении Darwin, выявленном на снимках камеры HiRISE на спутнике MRO, была запланирована серия контактных исследований. 

«Мы хотим знать, как связаны породы в Йеллоунайф-Бей с теми, что мы увидим на горе Шарпа, – заметил научный руководитель миссии MSL Джон Гротцингер из Калифорнийского технологического института. – Для этого и нужны промежуточные точки между ними. С их помощью мы состыкуем концы временной хроники – какие слои древнее, а какие моложе… Судя по снимкам HiRISE, это интересные геологические детали, и они лежат очень близко от пути, обещающего скорейшее достижение подножия горы Шарпа. Мы будем изучать каждую в течение нескольких солов и, может быть, выберем одну для бурения, если она окажется достаточно интересной».

Выбранное место оказалось весьма любопытным. На снимках с орбиты было видно только обширное поле диаметром до 100 м, покрытое булыжниками-конгломератами. На деле помимо них была найдена окаменевшая жила из более стойкого к выветриванию материала, заслуживающая отдельного изучения. 

12 сентября марсоход подошел к выбранной цели класса «конгломерат» из гранулированного песчаника. Отсняв ее спектрометром ChemCam и основной научной камерой MastCam, ровер выставил на грунт датчик спектрометра APXS для изучения химического состава и провел детальное фотографирование микрокамерой MAHLI. 

16 сентября Curiosity переместился на 10 м к выступающей над грунтом гряде. Трое суток спустя пять ее участков были исследованы дистанционно, а 20 сентября были осмотрены и исследованы еще три участка, и в общей сложности в течение трех солов продолжались измерения с помощью APXS и детальная съемка с расстояния 20 – 25 см камерой MAHLI.

«Мы хотим понять историю воды в кратере Гейл, – объяснил интересы ученых Дон Самнер из Университета Калифорнии в Дэвисе. – Был ли поток воды, из которого отложился песчаник в точке Waypoint 1, одновременным с потоком в районе Йеллоунайф-Бей? Если бы жилы здесь и там были порождены одним и тем же потоком, следовало бы ожидать, что они будут одинакового состава. Однако мы видим, что жилы разные, так что история оказалась сложнее, чем мы думали». Оказалось, что в точке Waypoint 1 жилы, сформированные позже, чем вмещающий их образец песчаника, тем не менее, сложены из зерен, сходных по составу с основной частью породы.

22 сентября, в 402-й сол, ровер возобновил движение в юго-западном направлении. Из следующих 39 марсианских дней ходовыми были 21, а общая дистанция составила 1342 м. По состоянию на 1 ноября (сол 440) счетчик пройденного пути показал уже 4170 м, из них более 3400 м – после выхода из Йеллоунайфа. 

Медленно поднимаясь вверх по склону, Curiosity временами делал зигзаги, чтобы пройти наиболее удачным путем. Весьма интересными стали два последовательных заезда 27 и 28 октября. Первый, длиной 93.7 м, состоял из участка протяженностью 55 м, заданного операторами на Земле, и «добавки» длиной около 38 м, которую марсоход преодолел автономно, опираясь на «стерео­картинки» технических камер и выбирая безопасную траекторию. Необходимые параметры были сохранены в постоянном запоминающем устройстве, чтобы они не пропали холодной осенней ночью, когда ради экономии электроэнергии оперативная память очищается. По этим данным компьютер Curiosity впервые полностью спланировал заезд 28 октября, и, подчиняясь его командам, ровер прошел еще 32.1 м. В будущем подобный режим движения будет использоваться по выходным.

За три следующих дня аппарат подошел вплотную к невысокому уступу, названному Cooperstown – по одноименному обнажению пород в штате Нью-Йорк. Здесь и было решено сделать вторую научную стоянку. 

После суточной съемки приборами MastCam и ChemCam и контактных измерений с помощью APXS и MAHLI предполагается провести загрузку третьей версии бортового ПО с такими усовершенствованиями, как возможность автоматического запоминания параметров движения на ночь и обеспечение большей свободы управления манипулятором при остановке на склоне. Все это важно для скорейшего продвижения и успешной работы на горе Шарпа, до подножия которой остается еще около 5700 м пути.

Грунт Марса: новые результаты
27 сентября в Science вышла серия из шести статей о результатах изучения марсианского грунта приборами Curiosity за первые 100 суток работы на поверхности планеты, а именно состава песчаной дюны Rocknest и камня Jake M. 

Пожалуй, наиболее громкий результат получен командой Лори Лешин (Laurie A. Leshin) из Ренсслеровского политехнического института с использованием комплексного прибора SAM (Sample Analysis at Mars). Исследователи проанализировали газовыделение из тонкозернистого песка, нагреваемого в печи до 835°C, с помощью газового хроматографа GC и лазерного спектрометра TLS. Основными газами оказались H2O, SO2, CO2 и O2, причем наиболее обильным было выделение водяного пара, которого оказалось от 1.5 до 3 % от массы образца. Таким образом, в принципе из большого ведра марсианского песка можно получить до литра воды!

В то же время относительно малая концентрация и ход кривой освобождения H2O в зависимости от температуры указывают на то, что это была связанная вода из гидратированных соединений – вероятно, карбоната железа или магния. По соотношению изотопов водорода в водяном паре можно заключить, что молекулы воды попали в гидраты из современной атмосферы: в обоих случаях найден заметный избыток дейтерия. С меньшей уверенностью это же справедливо и для CO2.

Выделение кислорода из образцов совпало по времени с освобождением хлора, что свидетельствует в пользу разложения хлорноокисных соединений, например перхлоратов в количестве до 0.5 %. Ранее они были известны только в северной полярной области Марса по измерениям КА Phoenix. Найдено также несколько простых органических соединений, однако нет уверенности в их марсианском происхождении.

Рентгеновский анализ материала из дюны Rocknest с использованием рентгеновского диффрактометра XRD в составе комплексного прибора CheMin показал наличие 10 минералов, доля которых выше 1 – 2 %: основные – плагиоклаз, оливин (форстерит), авгит и пижонит; в меньших количествах – калиевый полевой шпат, магнетит, кварц, ангидрит, гематит и ильменит. Кроме того, найдено неожиданно большое количество (29±14 %) по массе аморфного материала, сходного с находимым на Земле в районе вулкана Мауна-Кеа на Гавайях. Эти результаты представлены научной группой Дэвида Биша (David L. Bish) из Университета Индианы в Блумингтоне. 

Дэвид Блейк (David F. Blake) из Исследовательского центра имени Эймса с соавторами также изучали на примере Rocknest состав и процесс образования песчаных дюн. Выяснилось, что этот песчаный нанос имеет сложную историю и включает как частицы местного происхождения, так и более тонкую фракцию, которая, вероятно, распределяется марсианским ветром в региональных или даже глобальных масштабах. Впрочем, возможен и обратный вариант: источником тонкой фракции являются базальтовые породы, сходные или одинаковые на всей планете.

С использованием данных альфа-рентгеновского спектрометра APXS и диффрактометра XRD установлено, что пылевая фракция с частицами размером менее 150 мкм сходна по своему составу с пылью в районах работы марсоходов MER (Spirit и Opportunity). Она на 55 % состоит из кристаллического материала базальтового происхождения и на 45 % из аморфного – при рентгеновском анализе вещества. Аморфная фракция богата железом и бедна кремнием и содержит в себе обнаруженные аппаратурой SAM летучие вещества (вода, кислород, двуокись серы, углекислый газ, хлор) и тонкозернистые нанофазные оксиды железа, ранее описанные в базальтовых грунтах роверов MER.

Интересно отметить, что содержание аморфного вещества по Блейку значительно выше, чем 29 %, названные в отчете группы Биша «неожиданно большой долей».

Результаты работы лазерного спектрометра ChemCam представил Пьер-Ив Меслен (Pierre-Yves Meslin) из Института астрофизических и планетологических исследований в Тулузе, Франция. Дистанционное зондирование грунта в 139 точках (свыше 10 000 спектров) в зоне Rocknest и в других районах позволило, в частности, определить повсеместное присутствие водорода (то есть воды) в тонкой фракции основного состава. Кроме того, подтверждено сходство тонкой фракции грунта и взвешенной в атмосфере марсианской пыли. Что же касается грубой фракции (частицы размером 1 мм и более), то она кислая по своему составу (богата кремнием и алюминием) и сходна по составу с более крупными камнями по маршруту движения. По-видимому, именно их фрагментация дает крупнозернистую фракцию марсианского песка.

Повсеместное присутствие водорода в спектрах ChemCam соответствует гидратации аморфной фазы, обнаруженной в грунте аппаратурой CheMin. Исследователи полагают, что именно она была ранее замечена с орбиты российским нейтронным спектрометром на КА Mars Odyssey. Спектрометр ChemCam не выявил заметного обмена водяным паром между грунтом и атмосферой Марса.

Единственным пока хорошо изученным образцом изверженной породы стал крупный камень Jake Matijevic (в публикации – Jake M), некогда выброшенный на поверхность из глубин Марса и найденный ровером 18 сентября 201  г. Альфа-рентгеновский спектрометр APXS показал, что Jake M является представителем неизвестной до настоящего времени разновидности марсианской магмы, фракционированной и крайне щелочной по своему составу. Он существенно отличается от обычных богатых железом и бедных алюминием толеитовых базальтов, но очень сходен с земными изверженными породами, в особенности с муджиэритом, типичным для океанских островов и рифтовых зон Земли. Таковы выводы научной группы Эдварда Столпера (Edward M. Stolper) из Калифорнийского технологического института.

Метан и другие странности атмосферы
19 сентября в Science Express появилась громкая публикация группы Кристофера Вебстера (Christopher R. Webster) из Лаборатории реактивного движения по результатам поиска метана в атмосфере Марса. 

При анализе шести образцов лазерным спектрометром TLS в составе комплексного прибора SAM, проведенном в период с октября 2012 по июнь 2013 г., что соответствует периоду от весны до конца лета на Марсе, не было выявлено метана на уровне, превышающем возможную погрешность прибора. Пересчитав локальные результаты на всю атмосферу планеты, ученые получили верхнюю границу концентрации CH4 на уровне 1.3 частей на миллиард, что соответствует темпу поступления метана порядка 10 – 20 тонн в год – примерно в 50 млн раз меньше, чем на Земле.

Результат неожиданный и отчасти загадочный, так как метан в атмосфере Красной планеты неоднократно регистрировался и с Земли, и со спутника Mars Express в количестве до 45 частей на миллиард (НК № 9, 2004; № 4, 2005), и даже после усреднения по всей атмосфере концентрация этого газа превышала определенный группой Вебстера предел как минимум вшестеро. 

Вопрос о метане представляется весьма важным. Этот газ не может существовать в атмосфере Марса дольше нескольких столетий, так как разлагается под действием солнечного ультрафиолета*. Наличие метана означает наличие источника – геологического или биологического – и мотивирует ученых и администраторов космической программы на его поиск. Отсутствие метана, если оно будет доказано, объективно снижает интерес к исследованиям Марса. 

Впрочем, руководитель программы исследования Марса в NASA Майкл Мейер считает, что не все еще потеряно. «Этот важный результат… снижает вероятность существования в настоящее время метаногенных марсианских микроорганизмов, – говорит он, – но при этом рассматривается лишь один тип метаболизма. Как мы знаем, на Земле есть множество разновидностей микробов, которые не производят метан».

«Хотя астрономические и спутниковые данные вызывают много вопросов, делать вывод, что на Марсе метана не было вообще, все же нельзя», – прокомментировал результаты коллег Олег Кораблёв из Института космических исследований РАН.

Что же касается группы Вебстера, то она планирует повторить измерения в режиме сбора метана, что позволит значительно снизить порог чувствительности и обнаружить меньшую его концентрацию.

19 июля Science опубликовала статьи Кристофера Вебстера и Пола Махаффи (Paul R. Mahaffy) с соавторами о составе современной атмосферы Марса и об обстоятельствах потери первоначальной. Их выводы основаны на измерениях общего содержания и изотопного состава составляющих при помощи универсального анализатора SAM в первые месяцы работы Curiosity на Марсе – с августа по ноябрь 2012  г. 

По данным этих измерений, атмосфера Красной планеты содержит: углекислого газа – 96.0 %, аргона 40Ar – 1.93 %, молекулярного азота – 1.89 %, кислорода – 0.145 %, окиси углерода – менее 0.1 %. Исследователи показали излишек тяжелых изотопов углерода и кислорода в молекулах углекислого газа, являющегося основным компонентом атмосферы планеты, по сравнению с первичным материалом, из которого формировался Марс. В частности, были получены практически идентичные соотношения 13C/12C по данным масс-спектрометра QMS и лазерного спектрометра TLS – превышение нормы* составило примерно 45 тысячных. 

Аналогичные данные были получены и для изотопов водорода в молекулах водяного пара. Это не только подтверждает факт потери первоначальной, более плотной атмосферы Марса, но и позволяет сделать выводы о механизме ее утраты. Очевидно, процесс потери происходил в ее верхних слоях, где более легкие молекулы уходили в межпланетное пространство легче, чем более тяжелые, а вариант связывания компонентов атмосферы при взаимодействии с поверхностью планеты следует отвергнуть.

Ранее аналогичные данные были получены по газовым включениям в метеоритах, попавших на Землю с Марса. Интересно отметить, что измеренное соотношение 40Ar/36Ar составило 1.9.103 и соответствует «метеоритному», но оно оказалось в 1.6 раза ниже, чем определенное в 1976 г. масс-спектрометром на КА Viking. Изменилось за эти 37 лет – увеличилось в 1.7 раза! – и соотношение аргона 40Ar и азота. В целом прямые измерения в атмосфере Красной планеты более точны и позволяют уточнить «метеоритные» оценки и модели потери атмосферы. 

Специализированный КА MAVEN для изучения атмосферы Марса и ее прошлого должен быть запущен в ноябре 2013 г.

Метеориты с Марса? Теперь точно!
16 октября в Geophysical Research Letters появилась публикация, закрывающая вопрос, попадало ли в прошлом марсианское вещество на Землю. Правильный ответ «да». Ключ к решению – точное измерение соотношения изотопов аргона 36Ar/38Ar в атмо­сфере Марса, выполненное в 231-й и 341-й солы.

Аргон – инертный газ, не вступающий в химические реакции, он не фиксируется в грунте и поэтому легко доступен для изу­чения. Равновесное соотношение его нерадиогенных изотопов задается историей нуклео­синтеза и должно составлять примерно 5.3 – 5.6. Таково оно на Земле и в атмосферах Солнца и Юпитера и таким же было бы на Марсе, если бы Красная планета сохранила первоначальную плотную газовую оболочку. Однако в процессе утечки атмо­сферы Марса в межпланетное пространство более легкий изотоп 36Ar терялся легче, и доля более тяжелого должна была расти. 

Специалисты давно обратили внимание на аномальные результаты изотопного анализа газовых включений в нескольких метеоритах, найденных на Земле: у них измеренное соотношение 36Ar/38Ar составляло от 3.5 до 4.6. Это и ряд других особенностей заставляли думать, что метеориты группы SNC (шерготтиты, нахлиты и шассиньиты) – не что иное, как фрагменты марсианских пород, выбитых с поверхности планеты при падении более крупных тел. Большая их часть и сейчас находится в космосе на орбитах вокруг Солнца, но какой-то микроскопической доле «повезло» окончить свой многомиллионный путь на Земле. Одному из них, с обозначением ALH84001, особенно «повезло»: в августе 1996 г. была опубликована и произвела сенсацию научная работа, в которой определенные формы окаменелостей интерпретировались как остатки древних марсианских бактерий (НК № 16, 1996).

В 1976 г. американские посадочные аппараты Viking впервые измерили соотношение 36Ar/38Ar на Марсе, но диапазон возможных значений был от 4 до 7, что не позволяло сделать уверенных выводов. И вот теперь, как сообщила научная группа Сушила Атрейя (Sushil K. Atreya) из Университета Мичигана в Энн-Арборе, с использованием квадрупольного масс-спектрометра прибора SAM на борту ровера Curiosity удалось получить точное соотношение изотопов 36Ar/38Ar для современной марсианской атмосферы: оно равно 4.2 ± 0.1 и находится точно «в вилке» между крайними значениями для предполагаемых марсианских метеоритов на Земле. 

Другие изотопы (14N/15N, 12C/13C, H/D и 16O/18O) также демонстрируют сдвиг от равновесного соотношения, связанный с потерей атмосферы Марса, но для аргона он наиболее нагляден и указывает на потерю как минимум 50 %, а вероятно, от 85 до 95 % первоначальной газовой оболочки. «Это было самое важное измерение, которое мы хотели выполнить с помощью SAM», – заявил С. Атрейя. 
Итак, теперь точно известно, что марсианское вещество уже находится в руках ученых, хотя и несет в себе следы длительного воздействия земной атмосферы и гидро­сферы.

Не так страшна радиация…
31 мая в Science вышел материал Кэри Цейтлина (Cary Zeitlin) и соавторов по результатам измерения радиационной обстановки на трассе перелета Земля – Марс в интересах проектирования пилотируемой экспедиции на Марс. 

Датчики аппаратуры RAD, отчасти защищенные корпусом КА, определяли мощность дозы от двух основных радиационных источников – галактических космических лучей и энергичных солнечных частиц. Среднесуточная доза оказалась равна 1.8 мЗв (0.18 бэр), причем вклад галактических лучей составил 97 %, а вклад солнечных частиц в период спокойного Солнца и внутри корпуса КА не превысил 3 %. 

Исходя из этого была рассчитана эквивалентная доза для человека для реалистичного с использованием современной техники полета к Марсу и обратно продолжительностью в один год. Она оказалась равной 0.66 ± 0.12 Зв, или 66 ± 12 бэр.

С чем можно сопоставить эту величину? Доза в 66 бэр находится ниже нижнего уровня развития лучевой болезни, обычно принимаемого равным 100 бэр, и влечет лишь кратковременные незначительные изменения в крови. Что касается долговременных последствий, то постепенно набранная доза в 100 бэр (1 Зв) увеличивает на 5 % риск смертельного онкологического заболевания. Это выше, чем принятый в настоящее время риск для астронавтов NASA, выполняющих полет на околоземной орбите (3 %). Определенная исходя из данных MSL эквивалентная доза, по-видимому, близка к этому порогу.

В России в соответствии с Нормами радиационной безопасности (НРБ-99) годовое облучение персонала атомных электростанций (АЭС) не должно превышать 2 бэр (0.02 Зв), а населения – 0.5 бэр. Облучение такими дозами в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами. Предельно допустимая доза однократного аварийного облучения установлена на уровне 25 бэр. Таким образом, полет на Марс соответствует 33 годовым дозам для работника АЭС, или примерно 2.5 предельным однократным дозам. 

В то же время очевидно, что экспедиция на Марс, в которой человеку предстоит участвовать один раз в жизни, не может подчиняться ни стандартным ограничениям для околоземных полетов, ни нормам для работников атомных предприятий. Суточная доза на уровне 0.18 бэр, скорее всего, вообще не будет сказываться на самочувствии участников такой экспедиции, а риск получения в перспективе смертельного заболевания явно меньше риска гибели в ходе полета на Марс и обратно от иных причин. Таким образом, радиационное воздействие в ходе пилотируемого полета на Марс не может считаться препятствием для его осуществления.

Журнал Новости Форум Фото Подписка Рекламодателям Контакты