Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете
Шрифт:
3 сентября «Викинг-2» высадился на равнину Утопия, примерно в половине окружности планеты, в 6400 километрах, от места посадки «Викинга-1» и на 25 градусов севернее. Биологические лаборатории и ГХМС вскоре включились и начали работать, исследуя почвы, которые казались слегка более сырыми, чем на равнине Хриса. Результаты биологических экспериментов снова дали положительные результаты, которые снова выглядели последствием химических процессов, а ГХМС не показал никаких следов органического углерода. Опять поднялась шумиха, в которой одни ученые поддерживали биологическое объяснение, другие – химическое. Результаты окончательно обрисовали основную проблему: «Викинги» могли провести четыре и только четыре эксперимента, три из которых указывали на возможное существование жизни, в то время как четвертый – на большую сомнительность первых трех. Если бы образцы грунта находились в земной лаборатории, можно было бы провести десятки дополнительных экспериментов, которые помогли бы разрешить спор. На Земле даже можно было бы непосредственно изучить под микроскопом результаты взаимодействия марсианских почв с питательной средой. Но не на Марсе. По сути, у нас были только противоречивые результаты. Как выразился писатель Леонард Дэвид, «Викинг» полетел на Марс и спросил, есть ли на нем жизнь, а Марс в ответ сказал: «Пожалуйста, переформулируйте вопрос».
Сегодня большинство исследователей – но определенно не все – понимают, что «Викинг» не обнаружил следов жизни. Ученые пришли
Я склоняюсь к тому, что Горовиц слишком суров в своих оценках, а Левин излишне оптимистичен. Разумней всего считать, что «Викинг» не обнаружил жизнь в поверхностных слоях марсианского грунта. Причиной тому отсутствие жидкой воды и как следствие – отсутствие органики, поэтому, несмотря на некоторые аргументы в пользу редко встречающихся спор, кажется, что создать логичную теорию, объясняющую жизненный цикл гипотетических организмов на поверхности Марса, практически невозможно. Более того, поскольку озоновый слой марсианской атмосферы очень тонкий, планета купается в ультрафиолетовом излучении, значительная интенсивность которого позволяет очень эффективно стерилизовать поверхность – уничтожить микроорганизмы. Однако, вопреки мнению Горовица, это не исключает возможность существования микробного «райского сада» под поверхностью Марса. Фактически, если земная жизнь нас чему-то и научила, так это тому, что она процветает не только в райских, но и в адских условиях. Действительно, существуют семейства бактерий, известных как хемотрофы, которые получают энергию из различных неорганических химических соединений, а не из солнечного света (как растения) или из органических питательных веществ (как мы). Маленькая группа, адаптированная к температурам от 70 до 90 °C и счастливо живущая благодаря энергии, выработанной в реакции окисления серы, вероятно, чувствовала себя как дома в суровых условиях подземелья, которые, как показали самые недавние исследования, почти наверняка имеются на Марсе. По всей нашей планете в самых экстремальных условиях, которые только можно представить, ученые обнаружили очень выносливые формы жизни, существующие при очень скудных ресурсах. В Антарктике колонии лишайников процветают внутри лежащих на снегу камней, защищенные от суровых условий слоем пористого песчаника толщиной около сантиметра. Обширные колонии микроорганизмов успешно живут вокруг глубоководных гидротермальных источников, известных как «черные курильщики» и извергающих потоки богатой минералами кипящей воды. Одни организмы процветают только в тепле, другие – только в холоде; некоторые растут только в щелочной среде, иные – только в кислотной; есть такие, которые питаются серой, или железом, или водородом. Жизнь может не только поддерживать себя в экстремальных условиях, но и сохраняться невообразимо долго. В конце 1980-х годов исследовательская группа из Великобритании обнаружила, что колонии устойчивых к соли организмов под названием галобактерии обитают в каменной соли и выживают там месяцами в своих маленьких минеральных домиках. Заинтригованные ученые поехали собирать образцы из естественного подземного солевого отложения, которое образовалось в пермском периоде более 230 миллионов лет назад. Они снова обнаружили маленькие, заполненные жидкостью полости в каменной соли, а в малой части этих полостей (в 6 из 350) нашли жизнеспособные галобактерии, которые можно выращивать в лаборатории после перерыва примерно в 200 миллионов лет [4].
Все создания, большие и маленькие, выживающие в экстремальных условиях, имеют кое-что общее: в их среде есть источник воды, пусть даже и скромный. Тот факт, что на Марсе найдены многие признаки существования воды в далеком прошлом, как на поверхности, так и под ней, позволяет задуматься о существовании на планете жизни, в прошлом или даже сейчас – в каком-нибудь «райском саду», пока скрытом от нас. Условия для такой жизни могут быть найдены в термальных источниках на поверхности (что-то вроде родников), под ней, в зонах подповерхностной вечной мерзлоты, подземных соленых озерах или даже в областях, где происходило испарение воды и остались солевые отложения, подобные земным, служившим домом для бактерий миллионы лет. Многие геологи полагают, что на Марсе как минимум в некоторых местах есть водоносный слой. Его глубина залегания, вероятно, близка к километру. Возможно, жизнь, которая эволюционировала на поверхности планеты в далеком прошлом, когда Марс был теплым и влажным, потом ушла под поверхность. Недавно исследователи из штата Вашингтон открыли вид бактерий, живущих глубоко под землей и существующих за счет энергии, получаемой из реакции между холодной грунтовой водой и базальтом. Кажется, нет причин полагать, что подобные организмы не могли бы так же успешно выживать марсианских глубинах. Дело в том, что живое умеет приспосабливаться к внешним условиям, даже если они такие тяжелые, как на Марсе. Никто не ожидает обнаружить стада восьминогих барсумских коней, скачущих через марсианские дюны. Но жизнь в виде микроорганизмов, прячущаяся в скрытых уголках, – совсем другое дело. Она может существовать сейчас, она могла существовать в прошлом. Чтобы обнаружить ее, придется использовать не только автоматические зонды с их ограниченной подвижностью, ловкостью и чувствительностью.
После «Викингов»
Орбитальные и разведывательные модули программы «Викинг» еще долго продолжали свои научные эксперименты, после того как была завершена биологическая часть программы.
В рамках советской космической программы в 1988 году были проведены два запуска аппаратов для исследований Марса и его спутника Фобоса. Оба закончились неудачей. Неудачи преследовали каждую советскую или российскую миссию, связанную с Марсом (всего более 16 попыток). Американская космическая программа тоже столкнулась с трудностями. Аппарат «Марс Обзервер» с семью инструментами на борту должен был исследовать планету в течение марсианского года. Миссия позволила бы перевернуть наши представления о Марсе, по крайней мере исследователи надеялись на это. Но за несколько дней до выхода на околомарсианскую орбиту аппарат замолчал. Пытаясь воссоздать обстоятельства случившегося, инженеры предположили, что была повреждена топливная магистраль, когда аппарат приготовился включить двигатели для выхода на орбиту вокруг Марса. Какой бы ни была причина, после семнадцатилетнего перерыва американские исследования Марса, кажется, собирались уйти в глубокую спячку.
К счастью, вместо того чтобы использовать неудачу «Марс Обзервер» как предлог и урезать бюджет марсианской исследовательской программы НАСА, члены Конгресса благосклонно отнеслись к новым исследованиям, основанным на опыте «Викингов». Руководствуясь принципом «быстрее, лучше, дешевле», НАСА изменило структуру многолетней программы изучения Марса из-за провала миссии «Марс Обзервер». Вместо одного крупного космического аппарата Америка планировала запустить к Марсу серию маленьких аппаратов, включающих орбитальные и посадочные модули. Эта программа началась в конце 1996 года с запуска спутника «Марс Глобал Сервейор» (МГС) и миссии «Марс Пасфайндер». «Сервейор», по размеру примерно вдвое меньший, чем «Марс Обзервер», начал картирование Красной планеты с полярной орбиты в марте 1999 года и успешно продолжал это дело до ноября 2006 года. Благодаря данным альтиметрии «Сервейору» удалось обнаружить бассейн, представляющий собой углубленную и относительно некратерированную часть марсианского северного полушария. Эта часть оказалась приблизительно столь же плоской, как земное морское дно, а значит, могла быть дном марсианского океана [5]. Еще более поразительны две фотографии одного и того же кратера (рис. 2.1), которые МГС сделал в 2001 и 2005 годах. На снимках можно увидеть появление нового водяного протока как раз в период между съемками [6]. Такое могло произойти только из-за временного стекания воды по стенке кратера где-то между 2001 и 2005 годами, что доказывает существование на Марсе подповерхностных водоемов с жидкой водой. «Марс Пасфайндер» высадился на Марс 4 июля 1997 года с помощью парашютов, тормозных ракет и воздушных подушек. Пережив несколько скачков со скоростью от 60 до 90 километров в час, «Пасфайндер» выпустил на поверхность Марса маленький ровер, получивший имя «Соджорнер» в честь Соджорнер Трут, боровшейся за отмену рабства. «Соджорнер» два месяца двигался по долине Ареса, которая, вероятнее всего, была прорезана водой, собирал геологические данные и раз за разом обнаруживал скругленные булыжники и группы камней, указывающие на существование здесь в прошлом воды.
Рис. 2.1. Фотографии одного и того же кратера, сделанные орбитальным аппаратом «Марс Глобал Сервейор» (МГС) в 2001 и 2005 годах, демонстрируют водяные подтеки, появившиеся за время между съемками. Подтеки указывают на существование под поверхностью Марса водоносного слоя (фото – Космические научные системы Малин/НАСА)
Американская автоматическая программа по изучению Марса ускорялась, дважды удалось успешно провести запуски в 1996–1997 годах. Тем временем финансовые трудности и злой рок повергли в хаос российскую программу. Попытка русских запустить миссию «Марс-96», в ходе которой планировалось сделать аппарат спутником Марса, а также задействовать две малые научные станции и два прибора для бурения марсианской поверхности, была сорвана из-за аварии ракеты-носителя осенью 1996 года. Это привело к тому, что вторую миссию, «Марс-98», которая должна была доставить на Марс орбитальный аппарат, ровер и аэростат, отложили на неопределенный срок. Русский «Марсоход» превышал бы по размеру американский аппарат «Пасфайндер» и, вместо того чтобы пройти 10 метров от места посадки, мог бы преодолеть около 50 километров. Аэростат, тянущий за собой вереницу инструментов, был разработан французским Национальным центром космических исследований, для того чтобы днем подниматься в марсианскую атмосферу на высоту до 4 километров, а ночью опускаться на поверхность. Аэростат, рассчитанный на десятидневный полет, должен был преодолеть несколько сотен километров. Поскольку российская экономика в следующем десятилетии переживала тяжелые времена, надежда на осуществление миссии таяла, и сейчас ее будущее неизвестно.
Рис. 2.2. Марсианский исследовательский ровер «Спирит», работающий на поверхности Марса (иллюстрация НАСА/ЛРД)
Американская программа исследования Марса также сильно пострадала: осенью 1999 года были потеряны сразу и «Марс Полар Лэндер», и «Марс Клаймэт Орбитер». Первый – из-за проблем с выходом на околомарсианскую орбиту а второй – при маневрировании перед посадкой. НАСА продолжило ускорять работу над десятилетним планом, и в октябре 2001 года удалось успешно вывести на орбиту вокруг Марса «Марс Одиссей». Успешно работающий до сих пор аппарат с помощью системы инфракрасных камер и спектрометр-гамма-лучей составил карту минеральных соединений на марсианской поверхности, при этом среди прочего открыл высокоширотные области размером с континент, где почвы содержат более 60 % воды по весу [7].
После этого успеха НАСА запланировало в середине 2003 года запустить на Красную планету два аппарата среднего размера – марсианские исследовательские роверы. Прибыв на Марс через шесть месяцев, оба марсохода совершили посадку на воздушных подушках в двух сильно удаленных друг от друга точках планеты. Марсоход «Спирит» высадился 3 января 2004 года в кратер Гусева – образование размером со штат Коннектикут в 15 градусах к югу от марсианского экватора. Кратер Гусева привлек внимание ученых, поскольку в его край врезается 900-километровая извилистая долина. Скорее всего, эта долина была проложена руслом реки в далеком прошлом, и однажды через нее кратер мог заполниться водой. «Спириту» предстояло поискать свидетельства этих событий. В итоге «Спириту» пришлось проделать нелегкий путь от места посадки, чтобы отыскать доказательства. Второй ровер, «Оппортьюнити», высадился на три недели позже примерно на противоположной стороне Марса в области плато Меридиана, одного из самых гладких и плоских мест на планете. Разработчики миссии опять ориентировались на свидетельства существования воды, выбирая место посадки. Инструменты на борту «Марс Глобал Сервейор» обнаружили, что эта область богата редким серым гематитом. Оксид железа в форме гематита встречается на Земле и обычно образуется во влажной среде. Когда «Оппортьюнити» стал передавать первые изображения, команда исследователей одновременно была удивлена и восхищена тем, что ровер совершил посадку, заехал в маленький кратер и сел на поверхность напротив обнажения слоистого камня. Более удачное место посадки трудно было и представить.