«Земля и Вселенная» 2005 №1, с. 21-33

Впервые АМС стартовали к Марсу и Венере в 1960-1961 гг. в СССР. Первый удачный полет к Венере состоялся в 1962 г. ("Маринер-2", США), а к Марсу — в 1964 г. ("Маринер-4", США). В дальнейшем соревнование двух великих держав не ограничивалось рамками пилотируемой программы. Высокая привлекательность и относительная дешевизна планетных программ сделали их стержнем космической гонки. Из 182 запусков АМС к Луне и планетам в XX в. (89 из них увенчались полным или частичным успехом) только 5 осуществлены другими странами. В этом соревновании СССР лидировал в исследованиях Венеры, завершившихся яркой миссией двух станций "Вега" к Венере и комете Галлея (1984-1986), а запуски к Марсу лучше удавались США (Земля и Вселенная, 1998, №4; 1999; №6).

По мере утихания соревнования сверхдержав сошла на нет и российская планетная программа. В отличие от нас США и некоторые другие страны переживают явный бум в освоении Солнечной системы, прежде всего Марса. Уникальным в исследовании Марса стал 2003 г.: к планете устремился флот из четырех АМС — двух американских, японской и европейской (Земля и Вселенная, 2003, № 5; 2004, №№ 1, 3, 4, 6). Три из них успешно достигли планеты и приступили к выполнению своих миссий. Европейское космическое агентство, еще недавно делавшее первые шаги в этой области, успешно включилось в планетную программу. Вышедшая на марсианскую орбиту АМС "Марс Экспресс" присоединилась к двум уже давно и успешно работающим американским спутникам "Марс Глобэл Сервейер" (1997) и "Марс Одиссей" (2001; Земля и Вселенная, 1997, № 4; 2001, № 5). Каковы первые результаты работы станции "Марс Экспресс" и ее место в международной планетной программе? Какие реальные потребности современного общества и науки отражают исследования планет, и что, помимо соображений политики и престижа, заставляет правительства проводить интенсивные работы в этой области?
© Кораблев О.И.

ЗАЧЕМ ИССЛЕДОВАТЬ МАРС?

Исследования планет позволяют выявить закономерности формирования и эволюции нашей планеты. Накопление науками о Земле гигантского объема знаний не исключает, а, наоборот, подталкивает к необходимости взглянуть на Землю издалека, увидеть ее в ряду других планет. В истории Земли не осталось записей о раннем этапе ее формирования (первые 500-600 млн. лет). Изучение в геологическом смысле "мертвых" небесных тел позволяет получить информацию об этой эпохе. Считается, что планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и пояс астероидов, объединенные общностью элементного состава и тепловой эволюции, сформировались примерно одновременно. Меркурий и Луна полностью лишены атмосфер. Венера в процессе эволюции потеряла практически всю воду в результате катастрофического парникового эффекта. Марс — единственная, кроме Земли, планета, сохранившая существенные запасы воды, которой очень мало в атмосфере и гораздо больше в грунте и полярных шапках (Земля и Вселенная, 2002, № 4; 2003, №№ 3, 6; 2004, № 4). Исследования атмосфер, климата и современных механизмов диссипации летучих веществ на различных планетах позволяют не только лучше понять историю нашего климата, но и попытаться заглянуть в будущее, прогнозировать его изменения. Известно, что часть земной атмосферы на ее

Синтетическое спутниковое изображение Земли. В условных цветах показаны облака и температура воды, возрастающая от синего к красному. Необычно теплые зимы, засухи и наводнения — последствия локального усиления парникового эффекта (Эль-Ниньо). Он проявляется в аномально высокой температуре океанской воды в тропиках, особенно у побережья Южной Америки. Фото NOAA.

Другой важнейший аспект исследования планет связан с поиском внеземной жизни или ее следов (Земля и Вселенная, 1977, №3; 1997, №2; 2001, №4; 2002, № 6; 2004, № 5). Открытие этого, помимо высочайшего научного приоритета, имеет очевидное философское и мировоззренческое значение. В этой связи наибольший интерес вызывает Марс. На ранней стадии развития Марс и Земля могли иметь много общего: теплый климат, достаточно плотная атмосфера, жидкая вода на поверхности. В таких условиях там могла возникнуть и жизнь. Период благоприятных условий для появления каких-либо развитых форм жизни на Марсе (жизнь на Земле оставалась на уровне одноклеточных микроорганизмов в течение 2.5 млрд. лет), скорее всего, был слишком коротким, но обнаружение любых неземных форм жизни может привести к прорыву в вопросе о происхождении жизни. С другой стороны, жизнь могла быть занесена на Марс с Земли или наоборот. Существуют теории о том, что жизнь, зародившись на Земле, могла сохраниться на Марсе во время глобальной земной катастрофы, потрясшей Землю в момент формирования Луны, и вернуться обратно с метеоритом (несколько лунных и марсианских камней выброшены в космос и упали на нашу планету). Такие гипотезы подтверждаются экспериментами, показавшими, что микроорганизмы выживают после весьма длительного пребывания в космосе (Земля и Вселенная, 2001, № 6).

Остановимся на вопросе освоения планет человеком. Можно спорить о целесообразности разработки ресурсов Луны как источника, в частности, термоядерного топлива, но ясно, что межпланетные экспедиции в длительной перспективе — необходимый этап развития человечества. Помимо естественного стремления к экспансии не следует забывать, что наличие базы на другой планете или ее колонизация могут оказаться решающим фактором выживания человечества. Даже сейчас на большом отрезке времени (по геологическим меркам) велика вероятность столкновения с крупным (100-250 км) небесным телом, хотя она в миллионы раз меньше, чем в эпоху формирования Земли. Единственная планета, пригодная для высадки человека в ближайшей перспективе, — Марс.

Луна будет представлять собой логичный этап на пути к освоению Марса. Напомним, что американские лунные экспедиции внесли существенный вклад в науку (Земля и Вселенная, 1973, № 5). Полеты людей на Марс принесут новые открытия.

Программа освоения Марса получила широкий резонанс после оглашения в январе 2004 г. космических инициатив президента США Дж. Буша (Земля и Вселенная, 2004, № 3). Программа NASA предусматривает возврат к исследованию Луны с 2009 г., начиная с 2011 г. — интенсивные исследования Марса с помощью АМС, в 2015 г. — полет человека на Луну с перспективой создания лунной базы и отработки технологий для марсианской экспедиции. В общих чертах сходную стратегию предлагает и программа "Аврора" Европейского космического агентства. Однако пока нет конкретных планов как американской, так и европейской программ освоения Луны и Марса.

ПРОЕКТ "МАРС ЭКСПРЕСС"

История первого европейского проекта по исследованию Марса начинается с российского проекта "Марс-96" (Земля и Вселенная, 1994, № 4; 1996, № 4). АМС последнего планетного проекта "Марс-96" потерпела аварию при запуске в ноябре 1996 г. в результате отказа четвертой ступени РН "Протон". На АМС установили научные приборы массой 550 кг, включая две малые посадочные станции и два пенетратора. В конце 1996 г. международная рабочая группа по исследованию Марса (IMEWG) обсудила, как сохранить хотя бы часть обширной научной программы "Марс-96". Решили использовать несколько ключевых приборов, разработанных с участием ученых из Европы. Поэтому ESA взялось за реализацию нового проекта. К сожалению, проект "Марс Экспресс" не стал совместной миссией ESA и Российского космического агентства, хотя для этого были все предпосылки. Российским ученым предстояло участвовать только в научных экспериментах. После аварии проект "Марс-96" подвергся жестокой критике как недостаточно надежный, и это негативное отношение перенесли на "Марс Экспресс". Очевидно, что к аварии не имели отношения ни изготовитель АМС (НПО им. С.А. Лавочкина), ни головной институт по научной аппаратуре (ИКИ РАН). При реализации высокотехнологичных проектов никто не застрахован от неудач.

Подготовка к старту АМС "Марс Экспресс" в монтажно-испытательном корпусе космодрома Байконур. Фото ESA.

Окончательно задачи и научная программа миссии сформировались в 1997-1998 гг. Составными частями миссии стали орбитальный аппарат (искусственный спутник Марса) с приборами дистанционного зондирования и посадочный аппарат "Бигль-2" (малая станция), предложенный британскими учеными. Решили, что АМС запускается на межпланетную траекторию российской РН "Союз-ФГ" с разгонным блоком "Фрегат" с космодрома Байконур. В проекте принимали участие Франция, Великобритания, Италия, Германия, Швеция, США, Россия и другие страны. Общая стоимость проекта — 145 млн. евро (ESA) и более 300 млн. евро (затраты партнеров), считая и стоимость разработки приборов в рамках проекта "Марс-96" (Земля и Вселенная, 2001 г., № 1).

Научные задачи проекта "Марс Экспресс" ("Mars Express") разнообразны. Это решение таких актуальных проблем исследования Марса, как поиск и детализация содержания подпочвенной воды, анализ геологического строения планеты; комплексные исследования климата, гидрологического цикла, взаимодействия с солнечным ветром. Проект призван ответить на следующие вопросы:

Если в прошлом на Марсе были теплый климат, плотная атмосфера, жидкая вода на поверхности, то почему все изменилось?

Каковы современные запасы Н₂О и СО₂ на Марсе?

Каково внутреннее строение планеты?

Какие геологические процессы формируют ее поверхность?

Как работают атмосферно-климатические процессы на Марсе?

Есть ли там живые организмы или следы вымершей биосферы?

Научные приборы орбитального аппарата позволяют, в числе других задач, провести картирование областей, особо интересных с точки зрения эволюции поверхности (разрешение до 20 м, телевизионная камера HRSC), картирование минерального состава поверхности и поиск осадочных пород

Размещение систем и научных приборов на АМС "Марс Экспресс". Рисунок ESA.

Запуск АМС "Марс Экспресс" с космодрома Байконур состоялся 2 июня 2003 г. в 17 ч 45 мин 26 с по Гринвичу (Земля и Вселенная, 2004, № 1). Первое включение разгонного блока "Фрегат" вывело АМС на промежуточную околоземную орбиту, после второго — станция перешла на траекторию полета к Марсу. Европейский центр управления полетами космическими аппаратами (ESOC) в Драмштадте (ФРГ) вступил в контакт со станцией. После отделения спускаемого аппарата 19 декабря 2003 г. АМС ушла в сторону на траекторию выхода на орбиту Марса с прицельным параметром 400 км и после торможения маршевым двигателем 25 декабря 2003 г. стала искусственным спутником Марса. Такая схема многократно применялась ранее при полетах советских АМС.

Первая переходная высокоэллиптическая орбита с апоцентром около 188 тыс. км находилась в плоскости экватора Марса. 28 января 2004 г. после нескольких маневров станцию перевели на рабочую околополярную орбиту (наклонение 86.6°, высота 259 км в перицентре и 11 560 км в апоцентре, период обращения 7.5 ч). Перицентр орбиты медленно смещается и опишет полный круг за 687 сут, на которые запланирована основная программа работы. Таким образом, станция сможет детально исследовать все широты Марса. После 440 сут работы на орбите "Марс Экспресс" перейдет на орбиту с более высоким апоцентром — 298 км, более низким перицентром — 10107 км и меньшим периодом обращения — 6.7 ч. Эта орбита лучше подходит для спектрометрических исследований.

Отметим, что на аппарате нет платформ для наведения научной аппаратуры. Все оптические приборы спутника расположены на одной из сторон АМС, и наведение осуществляется поворотом всего аппарата. Так же жестко закреплена на корпусе остронаправленная антенна. На каждом витке часть времени (преимущественно вблизи перицентра) аппарат ориентируется на планету и ведет съемку и измерение, а вдали от планеты — ориентирует антенну на Землю для передачи служебной и научной информации. Прием информации от 0.5 до 5 Гбит/сут со скоростью до 230 кбит/с ведет наземная станция ESA Нью-Норсия (Австралия), через нее же передаются на борт команды управления.

В процессе проверки системы энергопитания на перелете Земля-Марс была обнаружена ошибка в соединении солнечных батарей и главного блока энергопитания, приведшая к тому, что спутник и его подсистемы могут использовать только 70% энергии, генерируемой солнечными батареями. Эта аномалия не влияет на нормальную работу на орбите. Наблюдения Марса выполняются в полном объеме, хотя изредка недостаток питания накладывает некоторые ограничения на работу научных приборов.

ПОТЕРЯ АППАРАТА "БИГЛЬ-2"

На спускаемом аппарате "Бигль-2" были установлены шесть научных приборов: стереокамеры; метеокомплекс, включающий, помимо стандартных датчиков, измеритель УФ-излучения и измеритель скорости осаждения пыли; анализатор газов, испускаемых при нагревании из образцов породы; буровое устройство для изучения грунта (на руке-манипуляторе установлены: мессбауэровский и рентгеновский спектрометры; "крот", позволяющий подползать под камни; микроскоп и скребок для очистки поверхности пород). Российские специалисты принимали участие в создании двух приборов на "Бигле-2": механического "крота" (НИИтрансмаш, руководитель В.В. Громов) и мессбауэровского спектрометра (ИКИ РАН, В.М. Линкин).

Посадка спускаемого аппарата "Бигль-2" на равнине Исиды с координатами 11° с.ш. и 270° з.д. должна была состояться 25 декабря 2003 г. приблизительно в 6 ч 40 мин по московскому времени. В момент снижения спускаемый аппарат находился вне зоны радиовидимости, и установление связи планировалось только после посадки. Однако все попытки установить с ним связь с помощью радиотелескопа Джодрелл Бэнк, американских станций на орбите Марса и АМС "Марс Экспресс" успехом не увенчались. После нескольких недель безуспешных попыток найти сигнал пришлось признать, что посадка "Бигль-2" прошла неудачно (Земля и Вселенная, 2004, № 3). Точную причину аварии так и не назвали. Возможные сценарии аварии перечислил директор научных программ ESA Д. Соузвуд: "Бигль-2" вошел в неожиданно плотную атмосферу, мог сгореть или даже был "отброшен обратно в космос"; парашют или надувные амортизационные мешки

Фрагмент кратера Гусев. Отмечено место посадки спускаемого аппарата "Бигль-2". Снимок сделан камерой HRSC "Марс Экспресс". Фото ESA.

не раскрылись или не надулись вовремя; задняя защитная крышка зацепилась за парашют и не открылась; после посадки аппарат остался завернутым в мешки или в парашют и не смог раскрыться. Эти и множество других факторов могли быть причиной неудачи. Но ESA сделало определенные организационные выводы: во время подготовки миссии был допущен слишком высокий уровень риска, и в дальнейшем задачи такой сложности, как мягкая посадка на Марс, должны решаться только под контролем агентства, которое обязано обеспечить координацию действий всех партнеров, строгое соблюдение всех норм надежности и проводить необходимый комплекс испытаний. Это уроки на будущее, а сейчас остается утешаться тем, что досадная неудача "Бигля-2" не умаляет успеха всей миссии.

НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

На орбитальном аппарате "Марс Экспресс" установлены шесть научных приборов: ТВ-камера HRSC, три оптических спектрометра (OMEGA, PFS, SPICAM-Light), радар MARSIS и анализатор околопланетной плазмы ASPERA. Эксперимент по радиозондированию MaRS проводится с использованием радиосистемы спутника. ИКИ РАН разработал и изготовил три прибора: блок детекторов планетного Фурье-спектрометра PFS, инфракрасный канал многофункционального спектрометра SPICAM и сканирующее устройство картирующего спектрометра OMEGA. Российские ученые принимают участие во всех экспериментах миссии. Эти работы частично поддержаны Росавиакосмосом (ныне Федеральное космическое агентство) в рамках национальной программы.

Научные приборы орбитального аппарата начали работать 13 января 2004 г.; ранее (на трассе перелета и с 8 января — на орбите Марса) проведены пробные включения основных приборов. Приблизительно после шести месяцев работы на орбите аппарат введен в эксплуатацию: проведена оптимизация параметров работы КА и научной аппаратуры. Успешно функционируют все приборы спутника, кроме радара MARSIS (Земля и Вселенная, 2004, №№ 4, 6).

Далее мы кратко рассмотрим принцип действия и первые результаты работы оптических приборов спутника: камеры и трех спектрометров. Наиболее зрелищными оказались результаты камеры высокого разрешения HRSC и изображающего спектрометра OMEGA.

Стереокамера высокого разрешения HRSC создана в берлинском центре DLR под руководством Г. Нойкума. Она позволяет вести в перицентре съемку полосы шириной примерно 50 км с разрешением около 10 м. В камере — девять ПЗС-линеек по 5184 пиксела. Четыре линейки чувствительны к различным цветам и используются для создания цветного изображения, а пять — панхроматические, три из которых применяются для стереосъемки. Что нового даст HRSC по сравнению со съемками, проводимыми американскими спутниками Марса? При хорошем разрешении все снимки HRSC — стереоскопические и цветные, захват HRSC также несколько выше. Кроме того, "Марс Экспресс" ставит задачу глобального картирования Марса с разрешением 10-15 м. Это очень непросто: объем информации на снимках настолько велик, что для обработки этих изображений, в частности для восстановления трехмерных, требуется весьма длительное время даже на самых современных компьютерах. По сравнению с версией HRSC для проекта "Марс-96", на АМС "Марс Экспресс" добавлен канал сверхвысокого разрешения SRC. Это кадровая панхроматическая камера с областью фотографирования 2.3 х 2.3 км на ПЗС-матрицу размером 1024 х 1024 пиксела. Таким образом, на один пиксел в перицентре приходится 2.3 м.

Интернет-странички ESA постепенно заполняются обработанными снимками HRSC с фантастическими пейзажами Марса (Земля и Вселенная, 2004, №№ 3, 6). Они дают богатейший материал для анализа геологического строения планеты и морфологических исследований, подготовки будущих экспедиций на Марс.

Стереокамера высокого разрешения HRSC (вверху) и принцип фотографирования поверхности Марса с его орбиты АМС "Марс Экспресс" (по данным Г. Нойкуна).

Картирующий, или изображающий, спектрометр видимого и ближнего ИК-диапазона OMEGA предназначен для поиска воды и льдов, исследования минералогического состава поверхности и мезо-масштабных явлений в атмосфере Марса. Прибор создан в Институте космической физики (IAS CNRS) в г. Орсе, недалеко от Парижа, под руководством Ж.-П. Бибринга при участии широкой международной кооперации. OMEGA в перицентре охватывает съемкой полосу шириной около 40 км, его спектральный диапазон очень широк: от 0.5 до 5.2 мкм, разрешающая сила около 100. Этот диапазон перекрывается тремя каналами. Спектрометр видимого и ближнего ИК-диапазона (0.5-1.05 мкм) на кремниевой ПЗС-матрице и дифракционной решетке представляет собой отдельный прибор. Он сделан в Итальянском институте физики космоса (IFSI) в Риме под руководством Ж. Беллуччи. Одна координата ПЗС-матрицы используется для регистрации спектра, а другая — для изображения. Таким образом, спектр определяется для каждого элемента снимка. Инфракрасный спектрометр состоит из двух каналов (1.0-2.7 и 2.7-5.2 мкм). Отраженное от планеты солнечное излучение разлагается в спектр двумя идентичными дифракционными спектрометрами и регистрируется приемниками — охлаждаемыми линейками ИК-диапазона. Для создания изображения применяется механическое сканирование. Созданный в ИКИ РАН сканер OMEGA позволяет отклонять поле зрения прибора в направлении, перпендикулярном вектору скорости КА. Максимальному захвату соответствуют 256 шагов, для ускорения процесса измерения это число можно уменьшить до 16. Как и у камеры, объем информации, производимой изображающим спекрометром, очень велик. Хотя число элементов картинки незначительно, для каждого из них измеряются спектры длиной 288 элементов в видимом канале и 2 х 128 — в ИК-каналах. Уже первые спектральные карты, полученные прибором OMEGA, показали необыкновенное разнообразие минерального состава поверхности. Сразу было опровергнуто мнение, что марсианская пыль делает спектры ближнего ИК-диапазона однообразными, неинтересными с точки зрения минералогии.

Очень важный результат дали наблюдения в окрестностях Южного полюса. OMEGA и два других спектрометра — PFS и SPICAM — одновременно зафиксировали водяной лед в области Южной полярной шапки. Измерения проводились в январе — начале февраля 2004 г., что соответствует концу лета южного полушария на Марсе, когда полярная шапка уменьшается до минимума (она состоит из почти чистой твердой углекислоты). На это указывали дистанционные измерения температуры поверхности (например, спектрометр TES на АМС "Марс Глобэл Сервейер"). С другой стороны, наличие льда в поверхностном слое показали измерения гамма— и нейтронных спектрометров (американо-российский комплекс GRS/HEND на АМС "Марс Одиссей"). Приборы "Марс Экспресс" позволили впервые отождествить оба типа льда на поверхности Марса спектроскопическим методом и измерить их количественное соотношение: около 15% водяного льда и 85% СО₂. При картировании Южного полюса, находившегося вдали от перицентра, разрешение достигло 2 км. Установлено, что в Южной полярной шапке постоянно присутствует заметное количество водяного льда как небольшая примесь к углекислоте в светлых районах шапки. На ее краях обнаружены обширные области водяного льда с примесью пыли и без углекислоты (Земля и Вселенная, 1999, №4; 2002, №4).

Внутри кратера (диаметр 45 км и глубина 2 км), расположенного в северо-западной части равнины Аргир (Argyre Planitia; 303° в.д. и 43° ю.ш.), обнаружены дюны шириной 7 км и длиной 12 км. Так же, как и на Земле, марсианские дюны возникают в засушливых районах с эоловыми процессами. Направление дюн указывает на преобладание устойчивых восточных ветров. Состав песка дюн не определен, но их темный цвет говорит о наличии базальтов. Разрешение изображения — приблизительно 16.2 м. Трехмерная панорама (а) создана компьютером на основе снимка, сделанного в мае 2004 г. камерой HRSC "Марс Экспресс" с высоты 427 км (б). Фото ESA.

Сенсацией стало и то, что водяной лед обнаружен не только в виде изморози на углекислотном льду (холодная ловушка), но и по краям этих "ледников". Водяной лед как бы проступает из-под углекислотной шапки в период ее минимума. Этому наблюдательному факту еще не дано удовлетворительного объяснения, необходимы наблюдения в другие сезоны.

Эксперимент PFS (ПФС — планетный Фурье-спектрометр) предназначен главным образом для исследования состава и термической структуры атмосферы. ПФС в проекте "Марс-96" готовился в ИКИ РАН под руководством профессора В.И. Мороза (1931-2004; Земля и Вселенная, 2004, № 6) при участии Италии и Германии. На АМС "Марс Экспресс" установлен прибор итальянского производства, его руководитель — В. Формизано из IFSI. Россия (ИКИ РАН) поставила блоки детекторов и аппаратуру для наземной калибровки. В этом эксперименте тоже есть сканер, необходимый не столько для того, чтобы смотреть на разные области планеты, сколько для калибровки — Фурье-спектрометр теплового диапазона должен время от времени видеть космос и калибровочное

Южная полярная шапка. Изображение (в условных цветах) получено спектрометром OMEGA в полосе поглощения СO2 и водяного льда. Содержание льда возрастает от красного к синему (по данным Ж.-П. Бибринга).

черное тело. В приборе два отдельных интерферометра диапазонов 1.25-4 и 5-40 мкм (два канала, что считается уникальным). Спектральное разрешение (1.2 см^-1) — рекордное для аналогичных приборов. Длинноволновый канал используется, как и другие интерферометры, применявшиеся для исследования Марса ("Маринер-9"). Высокое разрешение ПФС позволяет проводить восстановление температурных профилей с исключительно высоким качеством (до высоты 60 км) и с учетом содержания в атмосфере аэрозольных частиц. Коротковолновый канал измеряет содержание в атмосфере паров воды и других малых составляющих, например угарного газа СО. Содержание СО варьируется, как показали исследования, в зависимости от района, подтвердив данные АМС "Фобос-2". Результат неожиданный, так как время существования СО в атмосфере весьма велико и газ, казалось бы, должен быть хорошо перемешан.

Фрагмент Южной полярной шапки. Снимок (в условных цветах) получен прибором OMEGA: a — содержание углекислого льда; б — содержание водяного льда (возрастает от красного к синему); в — альбедо. В ходе исследований полярной шапки установлено: где больше водяного льда -меньше углекислого и наоборот (по данным Ж.-П. Бибринга).

Именно в спектрах коротковолнового канала ПФС (на 3.3 мкм) угадывается спектральная особенность метана. Детектирование малых составляющих — это та единственная область планетных исследований, где наземные наблюдения с очень высоким спектральным разрешением пока превосходят возможности межпланетных зондов. Несмотря на то что атмосфера Земли изобилует метаном, спектральные линии соседней планеты можно отождествить по их сдвигу благодаря эффекту Доплера. Измерения, проведенные на телескопе CFHT диаметром 3.6 м на Гавайях при помощи Фурье-спектрометра с разрешением 0.017 см^-1 (разрешающая сила 1.8 х10⁵), позволили отождествить метан в количестве 10 ± 3 ppb (частей на миллиард). О сходном количестве (10.5 ppb) сообщила в марте 2004 г. группа, работающая с ПФС. Время жизни метана в марсианских условиях 300—400 лет, и, несмотря на то что обнаруженное количество газа ничтожно мало, необходимо признать: на Марсе есть источники метана. Например: вулканизм (или остаточный вулканизм, гидротермальные явления) или органическая жизнь, причем современная. Открытие того и другого имеет огромное значение. Обычно считается, что вулканы Марса утихли сотни миллионов лет назад. Однако трудно себе представить, что вулканы выключились, как по команде. Даже остаточная вулканическая деятельность в виде "горячих точек", где газы выходят на поверхность, может образовывать оазисы с жидкой водой, где создаются благоприятные условия для жизни.

Оптический спектрометр SPICAM (многофункциональный спектрометр для исследования атмосферы Марса) измеряет содержание озона и вместе с другими приборами водяного пара в атмосфере, в том числе методом наблюдений затмений Солнца и звезд. Он создан в Службе аэрономии Франции (Париж) под руководством Ж.-Л. Берто при участии России, Бельгии и США. Российский вклад в SPICAM — спектрометр ближнего ИК-излучения (измерение водяного пара), разработанный в ИКИ РАН с применением совершенно новой технологии: фильтрации излучения при помощи акустооптического перестраиваемого фильтра. Полное название прибора — SPICAM Light — подчеркивает его скромные размеры и массу. По сравнению с предшественником — комплексом SPICAM проекта "Марс-96", масса снижена почти на порядок из-за ограничений по весу. Прибор состоит из двух каналов, двух различных спектрометров: УФ-диапазона (118—320 нм) на дифракционной решетке и ПЗС-матрице с усилителем изображения и ближнего ИК-диапазона (1-1.7 мкм).

Температурный разрез атмосферы Марса (температура возрастает от синего к зеленому}, сделанный по результатам прибора ПФС вдоль трассы полета "Марс Экспресс". (Данные обработала Л.В. Засова.)

Измерения озона показывают, насколько условия на поверхности Марса пригодны для жизни: хоть и очень слабый, марсианский озон все же защищает планету от жесткого ультрафиолета. Но содержание озона очень сильно колеблется в зависимости от сезона и географического положения, даже от времени суток. Одновременно измеряя озон и водяной пар, SPICAM уже подтвердил теоретические представления о том, что водяной пар разрушает озон. Это имеет большое значение для будущего Земли: глобальное потепление вызывает увеличение содержания водяного пара в стратосфере, создавая потенциальный источник опасности для озонового слоя.

Однако регистрация озона — это только часть "интересов" SPICAM. Вдали от планеты SPICAM наводится на звезду и измеряет ее спектр. По мере того как КА движется по марсианской орбите, можно наблюдать погружение звезды в атмосферу Марса, зондируя атмосферу методом "звездного просвечивания".

Получаемые таким образом вертикальные профили атмосферы в широком диапазоне высот (10-120 км) проверяют точность моделей, обеспечивающих прогнозы для аэроторможения и аэрозахвата космических аппаратов в будущих миссиях.

Оптический спектрометр SPICAM (со снятой крышкой), установленный на АМС "Марс Экспресс". Фото ESA.

До сих пор не развернута антенна одного из ключевых экспериментов проекта — длинноволнового радара MARSIS. Этот прибор впервые установлен на АМС и предназначен для зондирования коры планеты на глубину от 100 м до нескольких километров, в зависимости от диэлектрической проницаемости грунта. Никогда еще просвечивание недр не велось на таких глубинах в поисках льда и воды. Радар разработан в основном итальянскими учеными и специалистами Лаборатории реактивного движения (JPL) в Пасадене (США) под руководством Дж. Пикарди из университета La Sapienza в Риме. В эксперименте принимают участие ученые Института радиоэлектроники РАН.

Принцип измерения плотности атмосферы Марса методом звездных затмений (просвечивания) оптическим спектрометром SPICAM (на врезке -спектр, полученный 13 января 2004 г. на 17 витке). Регистрируется спектр звезды на ее заходе или восходе на лимбе планеты. Сначала определяют внеатмосферный спектр, затем наблюдают его изменение по мере погружения луча зрения в атмосферу. Поглощение СO2 в УФ-спектре на длинах волн короче 200 нм позволяет измерить профиль плотности атмосферы на различных высотах.

Антенна радара MARSIS в сложенном виде на панели АМС "Марс Экспресс". Фото ESA.

Антенну радара MARSIS, изготовленную американской компанией Astro Aeropace, планировалось развернуть еще 20 апреля 2004 г. Она состоит из трех полых стекловолоконных стержней диаметром 25 мм и длиной по 20 м, сложенных в контейнере наподобие гармошки. После развертывания концы антенны расходятся в стороны и образуют прямые "усы". Уже в ходе полета АМС "Марс Экспресс" проведено компьютерное моделирование процесса развертывания. Оказалось, что концы антенны могут колебаться со значительной амплитудой, даже есть риск повреждения аппарата. В результате JPL обратилась в ESA с просьбой отсрочить развертывание антенны, и эксперимент отложен на неопределенное время. Развертывание антенны логичнее провести, когда другие приборы уже выполнят большую часть научной программы. Будем надеяться, что в дальнейшем мы сможем рассказать о результатах работы радара MARSIS, новых данных оптических приборов, а также об экспериментах ASPERA и MaRS.

На стр. 2 обложки: Марсианские ударные кратеры на плато Солнца (Solis Planum) в области Тавмасия 1 (271° в.д. и 33° ю.ш.). На верхнем стереоизображении в самом большом кратере (справа) диаметром менее 53 км эрозия уничтожила больше половины его внешней стенки, сохранившаяся часть стены имеет высоту около 800 м. На нижнем (испорчен): справа видны мелкие кратеры и овраги шириной около 5 км, образованные в результате тектонических разломов коры. Снимок получен в мае 2004 г. АМС "Марс Экспресс" на 431 витке с разрешением около 48 м на пиксель. Фото ESA (к ст. О.И. Кораблева).