Фото: NASA / JPL / UNIVERSITY OF ARIZONA
Через три роки на Землю можуть бути доставлені перші зразки гірських порід з марсіанського супутника Фобоса. Це завдання належить виконати автоматичної міжпланетної станції «Фобос-Грунт»
Про супутниках Марса почали говорити задовго до їх відкриття. 400 років тому Галілей, вперше спостерігаючи небо в телескоп, виявив біля Юпітера чотири супутники. І хоча поблизу Марса він нічого не побачив, його сучасник Йоганн Кеплер розсудив, що якщо у Землі один супутник, а у Юпітера чотири, то «небесна гармонія» вимагає, щоб у розташованого між ними Марса їх було два.
Минуло трохи більше століття, і в 1726 році в Лондоні вийшов роман Джонатана Свіфта «Подорожі Гуллівера». У ньому описаний літаючий острів Лапута, астрономи якого «відкрили дві маленькі зірки або два супутники, що обертаються близько Марса ... так що квадрати часів їх обігу майже пропорційні кубів їх відстаней від центру Марса». Так Свіфт виклав погляди Кеплера і його третій закон, що описує особливості руху планет. Серед перших читачів книги виявився і Вольтер, що жив у той час в Англії. Роман так його вразив, що в 1752 році в фантастичної повісті «Мікромегас» він підтримав Свіфта: його герої, пролітаючи поруч з Марсом, «виявили, що навколо нього звертаються два місяці, правда, що вислизають від очей земних астрономів».
Побачити супутники Марса в реальності, шляхом спостережень в телескоп, першим спробував в 1783 році «земляк» Гуллівера - британський астроном Вільям Гершель, незадовго до цього відкрив планету Уран. Але йому не пощастило. Через півстоліття, в 1830 році, невдачею закінчилася і спроба його сина Джона. Ретельні пошуки супутників Марса зробив в 1862 році в Копенгагенської обсерваторії досвідчений німецький астроном Генріх д'Арре (він разом з Іоганном Галле ще в 1846 році відкрив планету Нептун), але і він нічого не виявив.
Вийшов супутник з туману
Безплідність зусиль настільки вправного спостерігача, як д'Арре, охолодила запал інших астрономів. Але коли в 1873 році на Морської обсерваторії США у Вашингтоні з'явився Великий рефрактор - новий телескоп фірми Кларка з найбільшим в світі лінзовим об'єктивом діаметром 66 см, - астроном Асаф Холл все ж вирішив знову пошукати супутники Марса.
За відкриття супутників Марса Хол отримав золоту медаль Королівського астрономічного товариства Великобританії і був обраний іноземним членом Петербурзької і Берлінської академій наук. Франція відзначила Холла тричі - премією Лаланда і медаллю Арагоот Паризької академії наук, а також орденом Почесного легіону. Назви супутників - Фобос і Деймос - запропонував англієць Генрі Мадан, викладач хімії в Ітонському коледжі. В «Іліаді» Гомера це імена синів давньогрецького бога війни Ареса (аналогічного римському Марсу), які означають «страх» і «жах». Пропозицій надійшло кілька, Хол на правах першовідкривача вибрав саме, на його погляд, відповідне, про що повідомив невеликою заміткою в астрономічному журналі в 1878 році.
Супутники Марса стали одним з останніх великих відкриттів в планетної астрономії, зроблених шляхом візуального спостереження в телескоп. Наступав століття технічних засобів реєстрації небесних об'єктів. Деймос вперше сфотографував пулковський астроном Аристарх Білопольський в 1894 році. А його колега Сергій Костинский в 1909 році зробив чіткі знімки обох супутників. Першу теорію руху супутників Марса розробив в 1911 році Герман Струве за своїми спостереженнями в Пулковської і Берлінської обсерваторіях з 1877 по 1909 рік. До речі, ці астрономи користувалися телескопом тієї ж фірми Кларка, що і Хол, але з більшим об'єктивом діаметром 76 см: з 1885 року володарем найбільшого в світі лінзового телескопа стала Пулковська обсерваторія.
Конструкція станції «Фобос-Грунт»
старт
Протягом усього польоту за маршрутом Земля - Фобос - Земля станція «Фобос-Грунт» буде планово розлучатися зі своїми компонентами. Після відділення від ракети-носія «Зеніт» маршова рухова установка (МДУ) 1. створена на базі розгінного блоку "Фрегат-СБ», виводить станцію «Фобос-Грунт» на навколоземну орбіту. При цьому спочатку витрачається паливо з Торообразная скидається паливного бака 2. а потім з основних баків 3. На орбіті починає працювати гостронаправлених антена 4 для зв'язку з Землею, розкриваються сонячні батареї 5. несучі також дві резервні малонаправленние антени 6. і перевіряються всі системи станції.
переліт
Потім МДУ починає розгін до Марса і, вичерпавши паливо, відділяється. Донабор швидкості забезпечує рухова установка 7 перелітного модуля 8 станції. Протягом 11 місяців перельоту до Марса станція зорієнтована на Сонце для максимальної віддачі від сонячних батарей. В околицях Марса двигун включають на гальмування для виходу на високоеліптичного околомарсианскую орбіту. На ній від станції відділяється «пасажирський відсік» - дві восьмигранні ферми 9. несучі попутний вантаж - китайський супутник Марса «Інхо-1» ( «Світлячок-1») 10. який розкриває сонячні батареї і залишається на високоелліп тичної орбіті навколо Марса. Тим самим вивільняються опори 11 посадкового пристрою.
посадка
Станція переходить на орбіту Фобоса і здійснює посадку в автоматичному режимі. Спочатку зближенням управляє лазерний далекомір, потім доплеровській радар, а в кінці система стереокамер. У момент контакту зі швидкістю до 1 м / с двигуни малої тяги 12 притискають станцію до поверхні, щоб в умовах дуже слабкого тяжіння Фобоса вона не відскочила від нього. Навігаційна і наукова апаратура змонтована без герметичного корпусу на восьмигранной несучої фермі перелітного модуля 8. Зовні від неї розташоване грунтозаборное пристрій 13.
повернення
Після взяття зразків грунту повертається модуль 14 злітає, робить декілька маневрів і лягає на курс до Землі, а наукова апаратура залишається працювати на Фобос. По дорозі здійснюється до п'яти корекцій траєкторії. У Землі спускається капсула 15 відділяється від повертається модуля і з другою космічною швидкістю входить в атмосферу і після аеродинамічного гальмування жорстко приземляється на території Казахстану.
1. 1971 рік. Штучний супутник Марса «Маринер-9» (США) передав перші космічні знімки Фобоса. Вимірювання в інфрачервоному діапазоні показали, що Фобос покритий грунтом, більш пухким, ніж місячний
2. 1977 рік. Орбітальний блок американської станції «Вікінг-1» (США) виконав більш детальну зйомку Фобоса з глобальним охопленням, що дозволило отримати важливу інформацію про геологічну будову його поверхні
3. 1989 рік. Автоматична станція «Фобос-2» (СРСР) вперше провела зйомку Фобоса в різних ділянках спектра, виявивши чотири типи грунту. Вона цілеспрямовано досліджувала Фобос, тоді як інші станції вивчали його лише «заодно» з Марсом.
«Заклепки Шкловського»
Спостереженнями Струве скористався в 1944 році американський астроном Беван Шарплесс все з тієї ж Морський обсерваторії. Об'єднавши їх з даними інших астрономів, він зробив висновок, що рух Фобоса навколо Марса прискорюється, а значить, за законами небесної механіки висота його орбіти зменшується, і супутник по спіралі наближається до Марса. Радянський астроном Йосип Шкловський в 1959 році підрахував, що якщо це викликано опором розріджених шарів марсіанської атмосфери, то ефект може проявлятися лише при великих розмірах супутника і дуже малої його масі. Виходило, що середня щільність Фобоса (вона тоді була невідома) в 1000 разів менше щільності води. Уявити тверде тіло з такою малою щільністю можна було, лише допустивши, що всередині воно порожнє.
За розрахунками Шкловського, Фобос міг бути порожнистої сталевої сферою діаметром 16 км зі стінками товщиною 6 см. Виходило, що Фобос - штучний супутник, створений невідомою цивілізацією. Правда, Шкловський зробив застереження, що якщо результати Шарплесс помилкові, то гіпотеза про «порожньому» Фобос втратить наукове підгрунтя. Незважаючи на це, вона знайшла підтримку в науковому світі. Першим відгукнувся один з найбільш серйозних дослідників, творець теорії термоядерних процесів в надрах зірок естонський астроном Ернст Епік, що жив в Ірландії. Потім висловився фізик з США Фред Сінгер, конструктор супутників і науковий радник президента Дуайта Ейзенхауера по космосу. Обидва погодилися, що гіпотеза про пустотілому Фобос не має альтернативи, але у вихідних даних може таїтися помилка, оскільки вони взяті з різнорідних джерел.
Спостереження, проведені в 1970-х роках в США і СРСР, показали, що Фобос прискорюється, але не настільки швидко, як вважав Шарплесс. І, мабуть, цей ефект пояснюється твердотільної приливної хвилею, яку сам же Фобос своєю гравітацією створює в корі Марса. «Гребінь» цієї хвилі відстає від швидкого руху супутника і своїм тяжінням його гальмує. Таке пояснення запропонував ще в 1959 році радянський геофізик Микола Парийский, але воно не було почуто в галасі, що піднялася навколо екстравагантної моделі «порожнього» Фобоса.
За рік супутник наближається до Марса на 4 см. Тому через кілька десятків мільйонів років Фобос розпадеться на частини під впливом все наростаючих приливних сил. Або, якщо він виявиться досить міцним, впаде на Марс, утворивши на ньому кратер діаметром 500 км. Оскільки орбіта супутника лежить в площині екватора планети, то впаде він у екваторіальній області. Якраз там вже є два кратера «підходящого» розміру: чи не сліди це інших Фобос?
Відомості про минуле Фобоса, можливо, містяться в метеориті Кайдун, що впав на Землю в 1980 році. Цей камінь масою 840 г - єдиний в світі метеорит, що складається з суміші уламків, різних за складом і походженням. Лабораторні дослідження виявили в ньому близько 60 мінералів, в тому числі унікальних. Вчені вважають, що швидше за все він прилетів з Фобоса. По складу Кайдуна реконструйована найбільш ймовірна історія Фобоса. Вважається, що Фобос утворився в зовнішній частині поясу астероїдів. За складом він відповідав кам'яним метеоритів і містив лід. Зміщуючись в бік Сонця, він збирав частинки допланетного речовини, а у внутрішній межі пояса астероїдів був «захоплений» гравітаційним полем Марса, ставши його супутником. Припливи, що викликаються Марсом, гальмували обертання Фобоса, приводячи до виділення енергії всередині нього. Лід в його надрах розтанув, вода сильно нагрілася і вступила в реакцію з гірськими породами, частково перетворивши їх. До Фобоса долітали уламки магматичних порід, викинутих з Марса при падінні метеоритів. Падали метеорити і на Фобос, перемішавши його грунт і створивши досить однорідний шар товщиною в середньому 35 м.
літаючий острів
У далекому минулому на Фобос сталася катастрофа, сліди якої видно по сей день. Це могло статися лише в умовах найслабшою гравітації: гігантська маса ґрунту об'ємом близько 2 км ³ зірвалася з західного схилу кратера Стікні, пронеслася через весь кратер, вповзла на його східний схил і «вихлюпнулася» на 5 км за його межі. Всього зсув подолав відстань в 14 км, залишивши на шляху шар бугристого грунту.
Поверхня Фобоса пересічена вузькими жолобами з плоским дном. Деякі з них тягнуться на 20 км - це близько чверті довжини екватора. Більшість борозен розташоване радіально по відношенню до найбільшого кратера Стікні, і тому вважається, що вони виникли під час вибуху, утворилося цей кратер. Немає борозен тільки в центрі східної півкулі, в округлої області Лапута поперечником 14 км.
Спектральної зйомкою зі станції «Фобос-2» в 1989 році на супутнику виявлено два основних типи грунту - червонуватий і синюватий. Це умовні назви: на око обидва матеріали чорні, але відображають трохи більше світла в відповідних областях спектра. Червоний грунт поширений в східній півкулі, де і планується взяти зразки. Синюватий характерний для західної півкулі. Схоже, що він викинутий з глибших шарів при утворенні великих кратерів, яких в західній півкулі більше, адже при русі Фобоса по орбіті воно завжди дивиться вперед, а тому метеорити стикаються з ним частіше і на більшій швидкості. Найбільш «синій» грунт розкритий на глибині 1,5 км в кратері Лімток, розташованому на дні кратера Стикни.
Середня щільність Фобоса - близько 1,9 г / см³. Це менше, ніж у гірських порід, що може пояснюватися або значною, не менше 30%, пористістю, або наявністю в його надрах льоду. Якщо Фобос спочатку містив лід, то в ньому і зараз може бути вічна мерзлота. За розрахунками, її глибина на екваторі - близько 500 м, а біля полюсів - десятки метрів. Ще в 1989 році, за даними «Фобоса-2», група радянських і американських планетологов припустила, що Фобос складний з брил різнорідного речовини, перекритих зверху роздробленим матеріалом, змішаним в однорідний шар при бомбардуванні поверхні метеоритами. Вважається, що така структура, яка отримала прізвисько «купа каміння», характерна і для деяких астероїдів.
Станція "Фобос-Грунт» розроблена Науково-виробничим об'єднанням ім. С.А. Лавочкіна в підмосковних Хімках. З середини 1960-х років всі радянські міжпланетні станції до Місяця, Венери і Марса створювалися тут. І перші в світі апарати для дослідження Фобоса були зібрані в 1988 році тут же. Політ станцій «Фобос-1» і «Фобос-2» виявився не дуже успішним: з одного з них зник зв'язок ще на шляху до Марса, а друга, досягнувши околиць Фобоса, не змогла виконати головне завдання - посадку на супутник. І все ж дані про особливості ґрунту Фобоса, отримані нею дистанційно, були використані при підготовці нинішнього польоту. «Фобос-Грунт» - це апарат нового покоління, в якому застосовані найбільш економічні сучасні технології. На його основі планується створити ціле сімейство міжпланетних станцій: супутник «Луна-Глоб» для дослідження Місяця, посадковий апарат «Венера-Д» для довготривалої роботи на розпеченій Венері, супутник «Марс-Нет», який повинен розмістити по Марсу мережу метеостанцій, апарати для польотів до астероїда Апофіс, орбіта якого проходить в небезпечній близькості від Землі.
цінний вантаж
Зараз дані про склад Фобоса суперечливі. Якщо ж зразки його порід вдасться доставити на Землю, то за ізотопним складом кисню в його грунті можна буде остаточно з'ясувати, чи створений він з того ж речовини, що і Марс (тобто утворився разом з ним), або був захоплений цією планетою. Визначення абсолютного віку порід Фобоса також допоможе судити про його походження. А співвідношення ізотопів з коротким періодом напіврозпаду дасть відомості про ранні етапи існування Сонячної системи, коли планети ще не сформувалися. Судячи з відображення світла в різних ділянках спектра, поверхня Фобоса нагадує речовину, схожу на асфальт, - піддані тепловій переробці кероген. Це природні полімерні органічні сполуки, присутні в деяких гірських породах. Їх вивчення, в тому числі виявлення передбіологічних з'єднань, таких як амінокислоти, допомогло б прояснити питання про зародження життя в Сонячній системі.
Російським вченим по праву ініціаторів і виконавців проекту «Фобос-Грунт» має належати першість у отриманні базових результатів. Для цього, за словами директора ГЕОХІ академіка Еріка Галімова, керівника програми наземних наукових досліджень ґрунту Фобоса, буде потрібно в найближчі три роки оснастити дослідницьку лабораторію сучасним обладнанням. Інакше лаври дістануться закордонним дослідникам: частина грунту неминуче буде передана за кордон, оскільки його всебічне вивчення може бути проведено лише світовим науковим співтовариством в цілому.
Ілюстрації Ельдара Закірова