Космические исследования Марса

Сокрушительный удар по всем этим фантазиям был нанесен в 1965 г., когда космический аппарат "Маринер-4" пролетел в пределах 10000 км от марсианской поверхности и передал на Землю 22 крупномасштабные фотографии планеты. К всеобщему удивлению, на снимках был запечатлен ландшафт с кратерами, который скорее напоминал ландшафт Луны, чем Земли. Но в отличие от лунных марсианские кратеры имели очень плоское дно. По-видимому, они были частично заполнены пылью в периоды пылевых бурь, время от времени проносящихся над планетой.

Рис.1. "Улыбающийся" кратер на Марсе (снимок аппарата Mars Global Surveyor)

Хотя "Маринер-4" сфотографировал только 1% марсианской поверхности, его полет в целом был удачен, и ученые решили в дальнейшем вновь вернуться к красной планете. Они сделали это. В феврале-марте 1969г. еще два космических аппарата пролетели над таинственным марсианским ландшафтом. "Маринер-6" и "Маринер-7" вместе передали 200 фотографий, которые показали, что Марс обладает своими собственными уникальными особенностями. Кроме кратеров с ровным дном (рис.1) на фотографиях были обнаружены также обширные, совершенно ровные поверхности и территории с беспорядочно расположенными холмами.

Три полета аппаратов "Маринер" к Марсу в 60-х годах показали, что это негостеприимный, бесплодный мир. Давление воздуха в тонкой углекислой атмосфере меньше 0,01 атмосферного давления на уровне моря на Земле. Полуденная температура на марсианском экваторе в лучшем случае едва достигает 10°С. А в области полярных шапок зимой температура падает до -120°С. При таких условиях замерзает даже углекислый газ в атмосфере и выпадает в виде снега на грунт. Обширные полярные шапки, столь легко различимые в наземные телескопы, почти целиком состоят из сухого льда (рис.2,3).

Рис.2. Полярная шапка Марса (снимок аппарата Mars Global Surveyor)

Рис.3. Полярная шапка Марса вблизи имеет слоистую структуру (снимок аппарата Mars Global Surveyor)

В то время как все вымыслы писателей-фантастов относительно Марса были навсегда разбиты, сами астрономы столкнулись с множеством вопросов, так и оставшихся без ответа. К сожалению, все три аппарата "Маринер" лишь пролетели мимо Марса, мельком "взглянули" на него и уже более не возвращались к планете. Очевидно, было бы много лучше, чтобы космический аппарат обращался по орбите вокруг планеты, проводя длительные наблюдения.

Когда "Маринер-9" достиг Марса, над его поверхностью бушевала глобальная пылевая буря. Для метеорологов это был памятный день, но всем остальным пришлось ждать до начала 1972 г., чтобы пыль осела. И когда атмосфера прояснилась, "Маринер-9" начал посылать на Землю потрясающие виды планеты, которые не могли возникнуть даже в самых необузданных фантазиях.

Первой сквозь пылевую бурю прорезалась вершина Горы Олимп (Olimpus Mons), вулкана чудовищных размеров, равного которому нет на Земле. Гора Олимп почти в три раза выше Эвереста (Джомолунгмы). Диаметр основания вулкана, обрывающегося крутым утесом, приблизительно равен 500 км (рис. 4).

Рис.4. Гора Олимп (высота 27км, поперечник около 500км)

Гора Олимп - один из четырех огромных вулканов, расположенных в области Тарсис, точно к северу от марсианского экватора. Вторая, менее значительная группа вулканов находится на расстоянии около 5000 км от первой в области Элизий. По какой-то неизвестной причине вся вулканическая активность на Марсе, по-видимому, была сосредоточена только в северном полушарии планеты. Южнее марсианского экватора, напротив, расположено большинство кратеров с плоским дном.

Кроме гигантских вулканов, на фотографиях, полученных "Маринером-9", был обнаружен также громадный каньон. И опять на Земле нет ничего, с чем можно было бы сравнить марсианские каньоны. Марсианский каньон, получивший название Долины Маринер, имеет 4000 км в длину, до 200 км в ширину и круто спускается от края до глубины 6 км (рис.5). Для сравнения заметим, что длина Большого Каньона всего только 150 км, а глубина не более 2 км.

В конце 1971 г. на орбиты искусственных спутников Марса вместе с американским аппаратом "Маринер-9" вышли два советских аппарата -"Марс-2" и "Марс-3". 2 декабря 1972 г. спускаемый аппарат станции "Марс-3" вошел в атмосферу Марса и с помощью парашютной системы впервые совершил посадку на поверхность планеты. В феврале 1974 г. станция "Марс-4" прошла на близком расстоянии от Марса, станция "Марс-5" вышла на орбиту искусственного спутника Марса. В марте 1974 г. при подлете к Марсу от станции "Марс-6" был отделен спускаемый аппарат, который затем был переведен на траекторию встречи с Марсом. Спуск этого аппарата на планету осуществлялся на парашюте, а передаваемая информация ретранслировалась на Землю через аппаратуру станции "Марс-6". Примерно в это же время около Марса совершила пролет автоматическая станция "Марс-7".

Рис.5. Долина Маринер (Большой Каньон)

Характерные черты вулканов и каньонов, убедительно свидетельствуют о том, что на Марсе движение тектонических плит так и не началось. Возможно, Долина Маринер представляет собой гигантскую расселину, где примерно 2 млрд. лет назад начали раздвигаться две плиты. Но, поскольку размеры Марса невелики, планета довольно быстро остыла, и ее кора вскоре стала очень толстой - много толще земной коры, - так что плиты просто "увязли" внизу. Так как плиты не двигались, из расплавленных недр, расположенных глубоко в мантии Марса, из года в год на поверхность планеты в одном и том же месте выбрасывалась струя лавы. Таким образом, вместо длинной цепи небольших вулканов (подобной Гавайскому хребту в Тихом океане) образовалось несколько очень больших вулканов.

Самые большие споры вызвало открытие на Марсе деталей, которые напоминают высохшие русла рек. Это поставило ученых в тупик, ибо Марс абсолютно безводен. В отличие от нашей собственной "насквозь промокшей" планеты Марс совершенно лишен воды. И если бы весь водяной пар, содержащийся в марсианской атмосфере, сконденсировался, то образовавшейся воды вряд ли хватило бы на то, чтобы заполнить озеро значительных размеров. Как же могла осуществляться водная эрозия без воды?

Рис.6. Возможно, здесь когда то протекали потоки воды?

Ключ к разгадке "тайны пропавшей воды" помогли подобрать космические аппараты "Викинг-1" и "Викинг-2", приблизившиеся к Марсу летом 1976 г. Оба аппарата потратили много недель на поиски подходящего места для посадки, производя при этом крупномасштабное с высоким разрешением фотографирование планеты. В ходе этой разведки было обнаружено гораздо больше признаков водной эрозии, чем те несколько сухих русел рек, которые наблюдал "Маринер-9". Обнаруженные детали явно указывали на признаки внезапного наводнения. По-видимому, изредка огромные массы воды внезапно и быстро проносились в некоторых районах поверхности Марса.

Камеры, установленные на "Викинге-1" и "Викинге-2", сфотографировали также огромные оползни и участки обрушивающейся поверхности. Внешний вид оползней заставляет с уверенностью считать, что когда-то марсианский грунт находился в полужидком состоянии, напоминающем грязь. Кое-где видно, что следы водной эрозии образовались в результате непосредственного истечения из недр, вызванного обвалами грунта.

Естественно предположить, что на Марсе, как и в арктической тундре на Земле, существуют значительные отложения подповерхностного льда и вечная мерзлота. Иногда вулканическая активность приводит к таянию льда или оттаиванию вечной мерзлоты. При этом поверхностные слои подмываются, и тонны покрывающей породы и грунта обрушиваются в воду. Тогда вода с силой прорывается к поверхности, создавая наводнение.

Вода не может долго существовать на поверхности Марса. Атмосферное давление на планете столь низко, что вода быстро выкипает. Но на полюсах температура очень низкая, и лед воды может "выжить" там даже летом. "Маринер-9" показал, что полярные шапки состоят из сухого льда, который оседает на грунт, когда атмосферный углекислый газ вымерзает. Приборы на борту "Викинга-1" и "Викинга-2" обнаружили, что под налетом сухого льда существуют постоянные полярные шапки из замерзшей воды.

Основными целями полетов "Викингов" были: посадка космических аппаратов на поверхность Марса, исследование грунта и поиски каких-либо форм жизни. Эту работу предстояло выполнить двум спускаемым аппаратам, которые, отделившись от орбитальных отсеков, опустились на парашютах на поверхность планеты. Каждый спускаемый аппарат был снабжен двумя телевизионными камерами, механической рукой и черпаком для забора грунта, предназначенного для исследований внутри спускаемого космического аппарата, а также несколькими метеорологическими приборами.

Рис.7. Один из снимков, сделанных на поверхности Марса "Викингом-1"

Как видно на рис.7, усеянный камнями марсианский пейзаж совершенно бесплоден. Взглянув на эти фотографии, мы поражаемся полным отсутствием каких-либо признаков жизни. Бесплодность марсианской среды была в конечном счете подтверждена биологическими экспериментами, проведенными на борту спускаемых аппаратов, хотя результаты этих экспериментов вызвали немало споров среди ученых.

На каждом спускаемом аппарате "Викинг" было проведено по три биологических эксперимента, целью которых было обнаружение микроорганизмов в марсианском грунте. Все три эксперимента были основаны на предпосылке, что живые организмы изменяют среду обитания. Они питаются, дышат и выделяют отработанные продукты. Поэтому во всех опытах образцы марсианского грунта помещались в закрытый контейнер (вместе с некоторым количеством воды или питательных веществ), а затем производились наблюдения за изменениями, происходящими в контейнере.

Эксперимент "разложение метки" был предназначен для выявления процессов метаболизма. В контейнер помещалась горсточка марсианского грунта. Затем грунт смачивался питательным раствором, меченным радиоактивным углеродом. Если в грунте присутствовали организмы, они должны были "питаться" этим раствором и выделять газы, содержащие радиоактивный углерод.

Ученые были поражены, обнаружив, как много радиоактивного газа выделилось из нестерилизованного грунта. Эксперимент "разложение пиролизом" был предназначен для выявления процесса фотосинтеза. В контейнер снова помещалась небольшая порция марсианского грунта. Затем герметически закрытый контейнер заполнялся газовой смесью, по своему составу близкой к атмосфере Марса, за исключением того, что углекислый газ в этой смеси содержал радиоактивный углерод. Да лее контейнер освещался искусственным "солнечным" светом. Если бы в грунте содержались живые организмы, участвующие в процессе фотосинтеза, то они должны были бы "захватить" радиоактивный углерод из газовой смеси. Чтобы это проверить, из контейнера выпускался газ, а оставшийся грунт исследовался на содержание радиоактивного углерода. В одних случаях радиоактивный углерод был обнаружен, в других-нет, так что эксперимент не привел к каким-либо определенным выводам.

Эксперимент "газообмен" был предназначен для выявления "дыхания" микроорганизмов. В герметический контейнер помещалась небольшая порция грунта вместе с контрольным количеством газовой смеси. Затем почва смачивалась питательным раствором, и состав смеси в контейнере периодически проверялся. Если бы в грунте присутствовали живые организмы, они должны были вдыхать и выдыхать газы, изменяя при этом состав атмосферы в контейнере.

Эксперимент "газообмен" впервые охладил всякий энтузиазм по поводу возможности обнаружения жизни на Марсе. Эксперимент показал, что сразу же после смачивания марсианского грунта быстро выделялось значительное количество углекислого газа и кислорода. Хотя это могло бы свидетельствовать о протекании биологических процессов, темп образования газов был точно такой, какого следовало бы ожидать при чисто химической реакции. Другими словами, в марсианском грунте должны содержаться некоторые перекиси, которые шипят и пузырятся при смачивании водой. По-видимому, положительный результат эксперимента "разложение метки" можно было объяснить таким же образом.

Хотя в результате полетов космических аппаратов "Викинг" не удалось обнаружить никаких признаков жизни на Марсе, было установлено, что марсианский грунт необычайно химически активен. В отличие от Земли Марс лишен защитного слоя озона в верхней атмосфере, который не пропускал бы ультрафиолетовое излучение Солнца к поверхности планеты. Это излучение высокой энергии, смертельное для земных организмов, возможно, и определяет химическую активность марсианской почвы.

Но, может быть, нам не удалось обнаружить жизнь на Марсе просто потому, что мы ставили неправильные эксперименты. Возможно, марсианские организмы функционируют иначе, чем живые существа на Земле: без процессов метаболизма, фотосинтеза или дыхания. Или, быть может, мы "заглянули" совсем не в те места? На Марсе есть еще очень много совершенно неизученных территорий, которые могут коренным образом отличаться от мест посадок обоих аппаратов "Викинг".

В 1990-х годах американцы предприняли ряд миссий автматических аппаратов на Марс. Наибольшее количество информации о планете было получено с помощью ставшего искусственным спутником планеты аппарата Mars Global Surveyor (большинство снимков в этом разделе сделаны именно им). Помимо этого на планету был опущен аппарат Mars Pathfinder, снабженный небольшим автономным "марсоходом" Sojourner. Ниже вы видите ряд фотографий, полученных с их помощью.

Рис.8. Марсианский пейзаж. Недалеко от аппарата виден "марсоход" Sojourner, изучающий близлежащие камни (снимок сделан аппаратом Mars Pathfinder).

Рис.9. Этому камню исследователи присвоили имя Yogi (снимок сделан "марсоходом" Sojourner).

Ученые с волнением строят планы относительно полета на Марс возвращаемого аппарата. На этот раз спускаемый аппарат может быть снабжен колесами.

Пока еще мы не смогли проникать глубже поверхности таинственного "красного мира". Но на Марсе действительно может не быть жизни. Абсолютно не исключено, что Марс окажется столь же безжизненным и бесплодным, как Луна. Подобно тому как мы дезинфицируем раны обычной перекисью водорода, так и химически активный марсианский грунт, возможно, постоянно "дезинфицирует" всю планету. В таком случае не следует ли нам сосредоточить поиски внеземной жизни где-то в другом месте-например, в вечно движущихся красновато-коричневых облаках Юпитера?

Другие записи

10.06.2016. Марс - общие сведения
Традиционно Марс считался местом, где могла бы существовать жизнь. Марс - единственная планета, твердую поверхность которой удавалось без особого труда наблюдать при помощи наземных телескопов. Наблюдения…