Таинственный остров Солнечной системы | Телеграф

В истории исследований тел Солнечной системы с помощью автоматических космических станций для каждой планеты — своя страница. Несмотря на близость загадочных спутников Марса — Фобоса и Деймоса — к самому Марсу, далеко не всегда удается включить в одну миссию задачи, связанные и с первым, и со вторым, и с третьим. Амбициозная российская программа по доставке на Землю образцов грунта с марсианского спутника насчитывает уже более двадцати лет. И сейчас ей угрожает новая задержка.

Нетвердое тело

Напомним, что Фобос и меньший по размерам Деймос были открыты одновременно в 1877 году американским астрономом Асафом Холлом (Asaph Hall III, 1829–1907), работавшим тогда в Военно-морской обсерватории в Вашингтоне (US Naval Observatory). Впрочем, о существовании у Марса двух спутников говорил еще Иоганн Кеплер (Johannes Kepler, 1571–1630), обосновавший свою гипотезу рассуждениями, которые сегодня ни один ученый не согласился бы признать законными. Он полагал, что все в космосе подчинено строгим законам гармонии — как музыкальной, так и геометрической, — описанной им в трактатах «Космографическая тайна» (Mysterium cosmographicum, 1596) и «Гармония мира» (Harmonices mundi, 1619). Наличие одного спутника у Земли и четырех у Юпитера означало, что, с его точки зрения, спутники распределены по планетам Солнечной системы по степеням двойки: 2⁰ = 1, 2¹ = 2, 2² = 4, … , — образуя тем самым геометрическую прогрессию. Второй ее член соответствовал Марсу. Вряд ли об этом стоило бы упоминать, если бы почти за полтора столетия до открытия Холла «научный вывод» Кеплера не обессмертил автор «Путешествий Гулливера» Джонатан Свифт (Jonathan Swift, 1667–1745). Описывая свое путешествие на летающий остров Лапута , Гулливер рассказывает о лапутянских астрономах, открывших два спутника Марса…

Из-за своих небольших размеров (Фобос, к примеру, представляет собой скалу неправильной формы менее 28 км в поперечнике) спутники довольно долго не привлекали внимания астрономов. Даже после открытия Холла их долгое время относили к категории космических камней, оказавшихся слишком близко к Марсу и захваченных его гравитационным полем. И у Фобоса, и у Деймоса поверхность покрыта кратерами, однако на Фобосе таких кратеров — глубоких параллельных борозд глубиной от 10 до 20 м (а некоторые достигают в длину 30 км) — достаточно много; на Деймосе же подобные полосы отсутствуют, а кратеры существенно меньше по размеру. В этом и состоит одна из загадок спутников Марса: почему поверхность Деймоса довольно гладкая, а Фобоса — изрыта кратерами?

Однако на этом загадки не заканчивались. У орбиты Фобоса довольно странные параметры, указывающие на слишком малую для такого размера массу. Аномально маленькая плотность спутника стала основанием для гипотезы советского астрофизика Иосифа Шкловского (1916–1985) об искусственном происхождении марсианского спутника. Свои соображения по этому поводу Шкловский обнародовал в 1958 году — спустя всего год после старта первого советского искусственного спутника. Шкловский, один из наиболее активных пропагандистов идеи космической панспермии и поисков внеземного разума, полагал, что Фобос представляет собой полую металлическую сферу диаметром 16 км и примерно 6 см толщиной. Спустя два года Фред Зингер (Fred Singer), советник по науке американского президента Дуайта Эйзенхауэра (Dwight David Eisenhower, 1890–1969), опубликовал письмо в журнале «Astronautics»:

Задача Фобоса — защищать планету от радиации, позволяя марсианам избегать опасностей при работе на орбите. … Я поддерживаю гипотезу Шкловского… Если исходить из астрономических наблюдений, вряд ли найдутся для них другие объяснения, кроме искусственного происхождения спутника. … Другое дело, что в самих наблюдениях может быть ошибка.

В конце концов справедливым оказалось второе. Новые астрономические данные похоронили идею об искусственном происхождении спутника. Представления о Фобосе кардинально изменились после появления данных о спектральном составе света, отраженного его поверхностью. Эту информацию удалось получить с помощью спектрографов американского зонда «Маринер-9», запущенного в 1971 году, и российского «Фобос-2», запущенного в 1988-м. Оказалось, что поверхность Фобоса поглощает более 90 процентов падающего на нее солнечного излучения, что указывало на его сходство с астероидами типа углистых хондритов из внешнего пояса астероидов, расположенного в два раза дальше от Солнца, чем сам Марс.

Проблема, однако, состоит в том, что гипотеза об астероидном происхождения спутников Марса плохо согласуется с параметрами орбит, по которым эти спутники движутся. Если бы спутники действительно были астероидами, которые оказались захваченными гравитационным полем Марса, то их орбиты были бы ориентированы в пространстве по-разному. На самом же деле плоскости орбит и Фобоса, и Деймоса почти совпадают с экваториальной плоскостью Марса. Этот факт используют в качестве своего аргумента сторонники другой гипотезы, в соответствии с которой спутники Марса образовались из того же протопланетного облака, из которого возник сам Марс. В этом случае вещество, из которого состоят Фобос и Деймос, должно быть похожим на те скалистые породы, из которых состоит Марс. Чтобы внести в этот вопрос ясность, находящийся в настоящее время на околомарсианской орбите европейский зонд «Mars Express» осуществил серию последовательных пролетов Фобоса, приблизившись к его поверхности на 460 км в 2006 и на 270 км — в 2008. В полной мере говорить о результатах этих пролетов пока рано, но некоторые выводы сделать уже можно.

Одной из главных характеристик Фобоса является его необычайно низкая плотность. В настоящее время она оценивается в 1,887 г/cм³ (правда, у полой металлической сферы она должна быть еще меньше). Этот странный факт объясняется обычно либо наличием на спутнике больших залежей льда, либо пористостью его структуры. В мае этого года в приложении к геофизическому журналу «Geophysical Research» («Geophysical Research Letters») были опубликованы результаты недавнего исследования, проведенного в Университете германских вооруженных сил в Мюнхене (Universität der Bundeswehr München). Авторы доказывают, что тело спутника не просто пористое — в нем не меньше 30% пустот, — но и, скорее всего, неодносвязное. Они призывают отказаться от представления о нем как о твердом теле. В связи с этим посадка на его поверхность может оказаться проблематичной.

Русский след на мягких камнях

Для российской программы исследования космоса автоматическими станциями ближайшие годы будут весьма важными — на конец 2011 года запланирован запуск российской автоматической станции «Фобос — грунт». По первоначальному плану российский зонд должен был отправиться к Фобосу в 2010 году (стартовое окно приходилось на октябрь), но запуск было решено отложить, чтобы повысить надежность проекта. Перед станцией поставлены весьма амбициозные задачи: она должна совершить мягкую посадку на спутник Марса Фобос, взять пробы грунта и затем вернуть эти пробы обратно на Землю.

Идея не нова. Более двух десятилетий назад, в июле 1988 года, на траекторию полета к Марсу были выведены сразу две межпланетных автоматических станции — «Фобос-1» и «Фобос-2». Первый из этих аппаратов был потерян через месяц после старта из-за сбоев в системе управления, второй же благополучно вышел на околомарсианскую орбиту. Предполагалось, что «Фобос-2» сблизится с марсианским спутником и «высадит» на его поверхность посадочные аппараты. Однако эту задачу реализовать не удалось. Из-за неполадок в системе управления была потеряна связь и со второй станцией. Несмотря на неудачу с основной задачей миссии, «Фобос-2» успел передать на Землю чрезвычайно ценную информацию — в частности, выяснить тепловые характеристики Фобоса и детали взаимодействия атмосферы Марса с солнечным ветром.

Планировалось, что возвращение на Фобос не заставит себя долго ждать. Всё было к этому готово. Но помешал политический фактор: призыв к Академии сконцентрировать внимание на «прорывных направлениях» в 90-е годы обернулся «замораживанием» программы на неопределенный срок. Направление в сторону Марса оказалось «непрорывным»! Лишь в начале 2000-х годов было решено организовать новую экспедицию к Фобосу.

Как следует из самого названя проекта, его основная задача — доставка на Землю образцов грунта с Фобоса. Космическая станция должна будет выйти на орбиту вокруг Марса, затем от нее отделится спускаемый аппарат, который совершит посадку на поверхность Фобоса. Возвращаемый аппарат с пробами грунта, используя специальные механические толкатели (чтобы не повредить оставшуюся на Фобосе научную аппаратуру), поднимется над поверхностью марсианского спутника на безопасную высоту, затем включится двигательная установка и аппарат выйдет на орбиту вокруг Марса. После этого аппарат должен будет перейти с околомарисанской орбиты на траекторию движения к Земле и после приблизительно одиннадцатимесячного полета совершить посадку на нашу планету. В интервью «Независимой газете» один из главных авторов проекта, действительный член РАН Эрик Галимов, говорил: «Если мы это сделаем, то мы сразу становимся равноправными участниками марсианского клуба: в наших руках — что очень важно — вещество, которого ни у кого больше нет». При этом с помощью оставшихся на поверхности Фобоса приборов исследования его поверхности будут продолжены; специальный манипулятор будет захватывать образцы грунта рядом с посадочным модулем и доставлять их к приборам — мини-телекамере и спектрометрам.

Но почему в качестве цели столь масштабного и дорогостоящего полета к Марсу был выбран не сам Марс, но его спутник? Причин для такого выбора несколько. Прежде всего, высадка на Фобосе обойдется значительно дешевле, чем высадка на Марсе. Более того, подобная операция может оказаться даже дешевле аналогичной экспедиции к Луне. Дело в том, что Фобос обладает крайне малой массой — всего две миллиардных массы Земли — и потому крайне слабым гравитационным полем. Это означает, что посадка на его поверхность и последующий старт обратно потребуют очень небольшого количества топлива. Соответственно, требуется и меньшая стартовая масса станции при ее запуске с Земли.

Возвращение на Марс

Это преимущество очевидно не только в России . В США , где после прихода в Белый Дом новой администрации проходит масштабная переверстка планов космических исследований, также растет интерес к исследованиям Фобоса. В октябре 2009 года был создан комитет независимых экспертов, который возглавил промышленник Норман Огустин (Norman Augustine). Отчет комитета предлагает NASA организовать экспедиции к ближайшим астероидам и к спутникам Марса. Английский журнал «New Scientist» приводит в связи с этим комментарий президента находящегося в Калифорнии Института Марса (Mars Institute) Паскаля Ли (Pascal Lee), который, в частности, говорил: «Фобос — это ступенька, поднявшись на которую мы окажемся чрезвычайно близко к самому Марсу».

Безусловно, с этой ступеньки мы сможем узнать о Марсе необычайно много. Однако было бы серьезной ошибкой воспринимать полет к Фобосу исключительно в контексте программы исследования красной планеты. Дело в том, что Фобос и сам по себе представляет гигантскую космическую загадку. Паскаль Ли пояснил эту мысль так: «Мы более или менее представляем себе природу всех тех объектов в Солнечной системе, которые мы изучали — всех, за исключением Фобоса… Мы до сих пор не знаем, как он образовался».

Не располагая реальными образцами грунта Фобоса, мы можем лишь предаваться фантазиям в отношении его химического состава, а значит — и его происхождения. Если Фобос представляет собой захваченный гравитацией Марса астероид, то плотность вещества, из которого он состоит, будет чуть менее плотной, чем обычные скальные породы, — в этом случае на пустоты придется примерно 15 процентов его объема. Если же он состоит из вещества, более напоминающего скалистые породы самого Марса, то пустоты марсианского спутника могут оказаться существенно большими — до 45 процентов общего объема.

Если действительно окажется, что Фобос состоит из марсианских пород, то наличие в нем столь значительных пустот заставит нас отказаться от сценария, согласно которому марсианский спутник сформировался из крошечных частиц пыли, попавших на орбиту в ходе образования самого Марса. Вполне возможно, спутник образовался, когда гигантский удар по Марсу привел к выбросу на орбиту обломков планеты.

Именно эту гипотезу проверял совсем недавно «Mars Express». 3 марта 2010 года европейский зонд приблизился к поверхности Фобоса на расстояние 67 км. Согласно расчетам, при таком сближении его траектория должна была оказаться достаточно чувствительной к неоднородностям гравитационного поля Фобоса, что и позволит в итоге выявить наличие и объем пустот — результаты измерений пока обрабатываются.

Но если вопрос о пустотах в толще марсианского спутника может, хотя бы отчасти, быть выяснен с помощью зондов, подобных станции «Mars Express», то вопрос о том, что представляет собой поверхность Фобоса, можно выяснить только после доставки на Землю ее образцов. По образному замечанию Ли, «Фобос для Марса выполняет роль Александрийской библиотеки». А именно: «Вполне возможно, что на Фобосе образцы породы молодого Марса сохранились лучше, чем на самом Марсе. Не исключено, что в этих образцах содержатся химические следы присутствия на Марсе жизни».

Еще на Фобосе есть загадочный Монолит (Monolith) — простирающийся на 90 м в космос цельный твердый скалистый выступ, отбрасывающий на поверхность Фобоса гигантскую тень. Ли называет его фобосовским «Эмпайр Стэйт Билдингом». И в исследовательскую программу автоматических станций, которые, будем надеятся, отправятся на Фобос в недалеком будущем, наверняка войдет исследование грунта вблизи загадочного небоскреба на поверхности марсианского спутника. Так, именно в окрестности Монолита должен был совершить посадку аппарат Канадского космического агенства (Canadian Space Agency) в соответствии с проектом PRIME (Phobos Reconnaissance and International Mars Exploration). Правда, в настоящее время и этот проект заморожен.

Но призывы размораживать замороженные в 90-е годы проекты раздаются все громче по обе стороны Атлантики . Журналисты из «New Scientist» призывают своих ученых собеседников заглянуть в еще более далекое будущее, в котором на Фобос отправится человек. Как заметил корреспонденту журнала сотрудник Лаборатории реактивного движения (NASA Jet Propulsion Laboratory) в Пасадене Скот Максвелл (один из водителей марсоходов Spirit и Opportunity), значительную часть проблем с управлением марсоходами можно снять, если управляющих ими операторов разместить на Фобосе — в этом случае их команды достигали бы марсоходов за сотую долю секунды. Излишне говорить, что таким образом могло бы быть достаточно быстро выбрано идеальное место для посадки будущего космического корабля. Вполне оптимистическая нота, чтобы на ней закончить рассказ о нынешнем состоянии исследований одной из марсианских лун.