company_banner

Вторая загадка Марса



    Сегодня в 12:31 с Байконура стартует ракета «Протон-М», которая отправит к Марсу космические аппараты международной исследовательской миссии ExoMars. Увидеть пуск можно будет на Яндексе, который в 11:45 начнет трансляцию из студии Роскосмоса. Яндекс попросил меня рассказать подробнее о планируемой миссии и ее целях.

    Все знают, что никто не знает есть/была ли жизнь на Марсе. Это первая загадка. Пятнадцать лет назад второй загадкой была вода на Марсе. Сейчас ее уже многократно разгадали — воду нашли, картографировали, изучили с поверхности. Но к тому времени нашли загадку не менее важную — марсианский метан.

    Метан — это простое органическое соединение с одним атомом углерода и четырьмя — водорода. Метан занимает большую роль в жизни человечества на Земле, т.к. это основной компонент природного газа. Углеводороды все называют органическими, но далеко не все относится к организмам. Однако, сейчас считается, что до 90% земного метана, в том числе запасенного в недрах, имеет биологическое происхождение. В то же время, в космосе его тоже немало. Метан регистрировали на кометах, в атмосфере Юпитера метан занимает массу равную трем планетам Земля, а на спутнике Сатурна Титане текут метановые реки в ледяных берегах.

    В 2003 году астрономы сообщили сенсационную новость — на Марсе найден метан. Более того, он не был равномерно “размазан” по всей атмосфере, а явно тяготел к определенным участкам планеты. Концентрация его была довольно ничтожна: от 250 до 10 частей на миллиард, по разным оценкам. Общий объем выброса весной 2003 года примерно соответствовал 42 тыс. тонн газа, для сравнения, это примерно треть не самого крупного танкера-газовоза. Т.е. “Газпром” такие запасы заинтересовать не могли, зато очень взволновали научный мир.



    Метановые выбросы зарегистрировали одновременно американские и российские астрономы, а через год эти данные были подтверждены с марсианской орбиты спутником Mars Express, т.е. ошибки быть не могло. Значит ученым потребовалось найти ответ откуда он взялся. Объяснить всё марсианской жизнью слишком заманчиво, но недостаточно аргументировано. Метан может быть результатом геофизической активности марсианских недр, может вырабатываться в некоторых реакциях окисления железа… Однозначно можно было сказать, что это метан сегодняшний, по геологическим меркам, т.к. под солнечным ультрафиолетом органика в атмосфере распадается за несколько сот лет.

    Пока ученые думали откуда метан появился на Марсе, он пропал. То есть практически совсем. Не рассеялся в атмосфере, до какого-то усредненного значения, а просто исчез, оставив совсем уж ничтожные концентрации, которые едва регистрировались доступными на тот день приборами.

    Ученые приняли вызов, и к 2012 году снарядили марсоход Curiosity, который оборудовали чутким газоанализатором, способным определять метан атмосфере. Правда послали его не туда где наблюдались выбросы метана, т.к. главными в проекте были геологи, а у них нашлись свои цели в кратере Гейла.

    Успешно высадившись и освоившись на Марсе Curiosity провел первые исследования и признал, что метана нет. Точнее нет в той концентрации, которая была доступна его приборам. Астрономы с Земли практически подтвердили его результаты — метана и правда было совсем мало, на пределе разрешающей способности земных спектрометров.

    Пока исследователи размышляли о марсианском метане Шредингера, прошел еще год и Curiosity прислал новые данные — таинственный газ снова появился в кратере Гейла… А потом снова пропал.



    Пока американские ученые пытались высмотреть метан с телескопов с Земли, и гонялись за ним на марсоходе, европейские и российские планетологи решили взяться за дело по-своему. Получив колоссальный опыт совместной эксплуатации космический аппаратов Mars Express и Venus Express, и значительно доработав исследовательские приборы, они решили искать марсианский метан с орбиты. Как уже упоминалось, Mars Express регистрировал метан, но его разрешающая способность, по распределению атмосферных газов, оставляла желать лучшего. Набравшись опыта, россияне и европейцы решили подготовить аппарат, который сможет искать метан с точностью не менее чем в тысячу раз превышающую возможности Mars Express. Так родилась идея космического аппарата ExoMars Trace Gas Orbiter.



    Точнее идея у европейцев появилась давно, но она переживала нелегкую судьбу, пока Европейское космическое агентство не подписало в 2013 году договор с Роскосмосом.

    Сотрудничество по “ЭкзоМарсу” строится по принципам уже отработанным на “Экспрессах”: Россия обязалась предоставить две ракеты “Протон-М” для запуска спутника и марсохода, и на аппаратах будут установлены российские научные приборы вместе с европейскими. Первым рейсом отправляется спутник Trace Gas Orbiter. Он должен сбросить тестовый спускаемый модуль Schiaparelli, а потом несколько лет заниматься разгадыванием метановой головоломки. Заодно он сможет определить низкие концентрации других газов в атмосфере Марса, если они там есть. Например, если местные вулканы не совсем еще закаменели, и хотя бы немного сочатся вулканическими газами, TGO должен найти эти газы и определить их источники.

    Вообще, если предыдущее десятилетие было посвящено изучению геологии Марса, как с орбиты, так и с поверхности, то сейчас уже идет “атмосферный” этап. Еще два года назад к Марсу прибыли американский аппарат MAVEN, и индийский Mars Orbiter. Аппарат NASA четко заточен под изучение атмосферы и магнитосферы Марса, но он занимается верхними слоями и их взаимодействием с космическим ветром. Т.е. MAVEN должен ответить на вопрос как Марс теряет свою атмосферу, в то время как ExoMars TGO будет искать возможные источники ее пополнения из недр планеты.

    Индийские ученые тоже заинтересовались метановым вопросом, и даже снарядили отдельный прибор для его поиска, но пока только тестируют его. И надо понимать, что он вряд ли покажет качество выше чем у Mars Express. Все-таки индийцы здраво оценивают свои возможности в межпланетных исследованиях и подчеркивали более демонстрационное значение своего аппарата.

    ExoMars TGO — это трехметровый четырехтонный космический аппарат, который несет на борту 600 килограммовую “летающую тарелку” Schiaparelli и четыре основных научных прибора.



    Schiaparelli нужен европейцам чтобы научиться садиться на Марс. Ранее у них был неудачный опыт посадки в 2003 году. Как оказалось, зонд Beagle-2 все-таки сумел мягко сесть, но прекратил работу так и не выйдя на связь. Теперь же ESA попытается повторить опыт на более высоком уровне: нашпиговав аппарат датчиками, которые будут собирать массу информации во время снижения и посадки.



    Следующий этап проекта ExoMars — посадку марсохода, берет на себя Роскосмос, поэтому Schiaparelli — это задел на совсем уж далекое будущее. Хотя, по некоторым оговоркам ясно, что потом Европа замахнется на новую амбициозную задачу — доставку грунта с Марса.



    На Schiaparelli будет и климатическая исследовательская станция, но проработает она всего неделю — пока не сядут аккумуляторы. Долговременных источников питания на аппарата не предусмотрено. Одна любопытная деталь аппарата — лазерный уголковый отражатель.



    Спутник ExoMars TGO не оборудован лазером, поэтому уголковый отражатель Schiaparelli точно так же остается на будущее. Возможно в него попытаются пострелять даже с Земли. Еще в Schiaparelli интересно место посадки — равнина Меридиана.



    На ней уже работает марсоход Opportunity и эта посадка будет самым тесным сближением на Марсе двух посадочных аппаратов. Несмотря на “близость” реально их будут разделять сотни километров, поэтому Oppy не сможет поздороваться со Schippy лично, в лучшем случае попытается пронаблюдать посадку, хотя и маловероятно, что-то увидеть с такого расстояния.

    Два главных научных прибора ExoMars TGO: европейский NOMAD и российский ACS являются блоками нескольких спектрометров и частично дополняют друг друга, но захватывают разные диапазоны световых волн. Именно на них возлагается главная задача миссии — картография газов атмосферы Марса.



    Оба они будут пользоваться одним “секретным методом” — наблюдать атмосферу на просвет. Т.е. анализировать свет солнца, погружающегося в атмосферу Марса на линии горизонта. Этот метод, и высокое спектральное разрешение приборов позволяет не просто определять газы в атмосфере, но даже отличать их изотопный состав. А это ключевой показатель, который в теории позволит отличить биогенный газ от геологических выбросов. Разница — в атомном весе углерода.

    На Земле жизнь предпочитает выделять метан с легким изотопом С12, т.к. его легче связывать с водородом в результате биохимических процессов. Геологические процессы не так избирательны, и в них С12 и С13 формируют метан примерно в равных пропорциях. Кроме метана, на биологическую активность может указывать аммиак, который точно так же выделяется живыми организмами в результате жизнедеятельности. Пока аммиака на Марсе не находили, но если он хоть немного содержится в атмосфере, то TGO его найдет. Разумеется, ученые знают только земную жизнь, и, фактически, ее признаки ищут на Марсе, но за не имением альтернатив приходится “искать там где светлее”. В свое оправдание они говорят, что законы физики и химии на наших планетах работают одинаково, геологическое строение похожее, а когда-то и условия были схожи, поэтому нет оснований полагать, что эволюция вещества из неживого в живое проходила как-то иначе.

    К слову сказать, до конца не ясно как на Земле-то проходил процесс зарождения жизни, и это, кстати, важный аргумент в пользу исследования Марса. Казалось бы, зачем вваливать сотни миллионов долларов, чтобы найти того, кто напустил газу на другой планете? А вот для того — чтобы понять как мы на нашей-то планете оказались.

    Сейчас уже мало кто из ученых всерьез полагает, что мы можем оказаться марсианами-переселенцами, в виде бактерий добравшиеся на метеоритах с Марса на Землю. Скорее обратный вариант — найдя на Марсе местную жизнь придется доказать, что она действительно местная, а не залетела с Земли. Но все-таки, Марс является такой относительно независимой лабораторией, где вдалеке от Земли мог проводиться повторный природный эксперимент по созданию живой материи, способной к осознанию себя, окружающего мира, запуску космических аппаратов и написанию постов.

    Кроме оптических спектрометров, TGO несет на борту еще камеру CaSSIS, которая сможет снимать поверхность с разрешением до 5 метров, и проводить стереосъемку местности. Предыдущий аппарат ESA Mars Express уже много лет ведет свои наблюдения за поверхностью, и периодически радует шикарными панорамами. Его разрешение до 20 метров, то есть снимки TGO будут охватывать более узкие полосы местности, зато детали поверхности видны будут лучше. Снимки этой камеры будут использованы в том числе для выбора места посадки будущего марсохода Paster, который должен стартовать в 2018 или в 2020-м году.



    К сожалению, кадры CaSSIS не помогут нам в поисках Марса-6, зато попробуем рассмотреть маленькое пятнышко парашюта “Марса-3”. Правда неизвестно когда будет сделан снимок нужного участка местности.

    Четвертый прибор TGO снова российский — нейтронный детектор FREND. Его задача — картографирование содержания воды в грунте Марса на глубине до одного метра.



    Подобный прибор той же Отдела ядерной планетологии у Марса уже летает, но его разрешение очень низкое — фактически равное высоте полета спутника.

    Нейтронные детекторы регистрируют нейтроны, которыми планету бомбардирует Солнце. Часть нейтронов “отскакивает” от планеты, предварительно погрузившись в грунт на полметра или чуть больше. Скорость их возврата зависит от того встретились ли они с водородом в грунте. Чем больше водорода, тем медленнее летят нейтроны. Регистрируя скорость нейтронов можно определять сколько водорода сокрыто в поверхности, а наиболее вероятный резервуар этого летучего газа — водяной лед. Предыдущее поколение детектора — HEND — летает на американском аппарате Mars Odyssey с 2001 года. Грубо говоря он ловит все нейтроны, которые вылетают с поверхности, независимо от угла отражения. Поэтому очень сложно определить откуда какой прилетел и карты распределения воды, которые помог составить HEND слишком мелкого масштаба.



    На орбите Луны, на спутнике NASA LRO протестировано следующее поколение прибора — LEND. Он уже имеет т.н. “коллиматор” — маску, которая отсекает часть нейтронов, позволяя принимать их только с узкого участка местности. Этот коллиматор наделал шуму в лунной геологии — найдя воду там где ее быть не должно, так, что наверняка найдется что-то интересное и на Марсе, осталось только подождать несколько лет, пока наберется необходимый объем данных.

    Старт успешно произведен сегодня в 12:31 МСК, ракета «Протон-М» справилась с задачей. Отделение космического аппарата от разгонного блока успешно прошло 23:13 МСК. Аппарат находится на перелетной траектории к Марсу. В пути он пробудет 7 месяцев.



    Больше информации о проекте ExoMars можно узнать на сайте Института космических исследований РАН или на сайте Европейского космического агентства.
    Яндекс
    611.95
    Как мы делаем Яндекс
    Support the author
    Share post

    Comments 30

      +10
      Тема интересная. Спасибо. Но вот только я думал, что космонавтика перебралась на geektimes.
        +22
        Именно поэтому это мой первый пост на Хабре за полтора года.
          +26
          Все правильно! Таким и должен быть Хабр — как в старые добрые времена, когда статьи по программированию и компьютерным технологиям идут вместе со статьями о космосе и полетам к другим планетам… Спасибо!
            –10
            Какой тогда смысл в разделении? Давайте петишку на объединение писать.
            Иначе выглядит как "я умею писать для гиктаймс, но тематику хабра не осиливаю". Без обид, это так и есть. Статья супер для гиктаймс и просто 100% оффтоп для хабра.
            Да и разработкой роботехники тут и не пахнет, это как если написать статью с таким же тегом, но про колеса… на которых роботы ездят. Это статья про компоненты.
              +8
              Это статья в корпоративном блоге Яндекса. Они пользуясь талантами кота и его популярностью хотели пропиарить трансляцию.
              Но для меня пропиарили чужую трансляцию потому что забыли что за МКАДом есть жизнь.
              Поскольку это корпоративный блог, то вы не правы.

              На счет бага яндекса — я конечно рад что посмотрел любительскую трансляцию, но хорошо было бы на будущее баг исправить.
                –5
                Какая нафиг разница, частный это пост или из корпоративного блога?
                Оффтоп от этого оффтопом быть не перестает. Хабр != Гиктаймс в текущей реализации ТМа.
                +8
                Какой тогда смысл в разделении?

                Никакого)
                +1
                С возвращением!
              +1
              Все больше и больше находят признаки, показывающие, что Марс — не пустая планета. Уверен, что будут происходить новые и новые сенсационные открытия с этой планеты
              Кстати, не окажется ли так, что когда найдут жизнь на Марсе, то выяснится, что она была завезена случайно земными станциями-марсоходами?
                +7
                Она и завезена. Но на Марсе не те условия, чтобы завезенные бактерии могли развиваться. Насчет открытий, я бы рекомендовал готовиться к тому, что местной жизни там не найдут.
                +3
                Спасибо, в лучших традициях Зеленого кота ;)
                Вот только мне что-то «ссыкатно» — Фобос-Грунт так и не долетел до Марса. Надеюсь на этот раз всё пройдет «без сучка — без задоринки».
                  +3
                  "Фобос-Грунт" не долетел, Mars Express долетел. Хотя у "Протона" аварийность выше чем у "Союза", надеюсь все пройдет нормально.
                  +2
                  Вот и нашли место где на Марсе спит корабль Теней…
                    0
                    А для Украины я так понял трансляции не будет?
                    (по ссылке идет переадресация с яндекс.ру на яндекс.уа, где обычная выдача поиска, так везде или это только Украину обделили?)
                      +5
                      Вот тут энтузиасты организуют:

                        +1
                        О! Спасибо.

                        оффтоп: и всё-таки американское шоу от Маска хоть и динамичнее, но "сырые" разговоры как-то лучше для нашего менталитета.
                          –1
                          Может так и лучше. Отсеиваются посторонние люди, которые космонавтикой не интересуются, но привлечены яркой картинкой в HD и 3D качестве, без понимания сути происходящего:

                          image
                            +3
                            Суть кстати и не в этом.)
                            Формула Циолковского это частный случай, пока мы ограничены мизерными объемами грузоперевозок и технологиями.
                            Нам конечно до этого как от колесницы до МКС, но формула Циолковского это лишь частный случай.
                            ФЦ говорит о том, что для допольнительного 1м/с дельтаВ нам нужно дотянуть этот вес на ту скорость на которую мы уже разогнались, а на это тоже нужно топливо, и за счет того, что начальную часть пути топливо едет "пассажиром" тратя топливо — у нас масса топлива под логарифмом.
                            Но это обходится различными манипуляциями. Например топливо можно прислать с точки отстоящей на меньшее дельтаВ чем точка старта. Дозаправьте РН на орбите, или даже на суборбитальной траектории топливом полученным с Луны, и формула уже будет не такой страшной(мало того, что "глубина" гравитационного колодца меньше, так еще и без атмосферы рельсотроном или пушкой эту скорость можно уже сейчас достичь). Конечно производство топлива на Луне (даже чисто кислорода), а потом стыковка в атмосфере с этим "танкером" на скоростях в пару км/с, предварительно затормозив "танкер" об атмосферу (что тоже не бесплатно в плане массы) это далеко за гранью современного уровня техники, но… теоретически возможно.

                            Второй пример — между НОО Земли и НОО Луны курсируют сотни буксиров одновременно. Половина в одну сторону, вторая половина в другую. Двигающийся З->Л борт имеет пару Л->З, на близкой орбите, с тем же направлением движения и близкой скоростью. Выстреливают по очереди друг в друга "рабочим телом", при каждом "выстреле" скорость меняют как стреляющий так и "мишень". Один тормозится, другой разгоняется. Расхода рабочего тела нет, энергия из Солнца. Страшного и ужасного логарифма нет и близко. Фантастично? Да. Сложно? Неимоверно. Но повторюсь — ФЦ это лишь частный случай космической логистики.
                              0
                              Вы привели фантастические проекты (дозаправка в космосе и ловить рабочее тело на скорости в несколько километров в секунду).
                              В реальности, на текущем развитии техники, мы ограниченны ФЦ и ExoMars полностью основан на ней.
                              Вторая часть программы ExoMars небольшое исключение — торможение в атмосфере Марса аэродинамическим методом, что позволяет немного снизить массу топлива.
                              Прорывом будет космический лифт, гравитационная петля и подобные масштабные проекты, для этих проектов нужны дополнительные исследования по разработке новых материалов в гигантских количествах, это вызов экономике всей планеты.
                                +3
                                На счет фантастичности — согласен.
                                На счет "ловить на скорости несколько километров" — а собственно зачем? Земля-Луна это если не ошибаюсь чуть меньше 3км/с дельты. Две сотни "бортов" это сто "точек" обмена импульсом. 3000/100 = 30м/с дельты на каждую обменную пару.
                                Начинаем с разницы в 15м/с в одну сторону, расходимся с разницей 30м/с в другую сторону. "Шарик" массой в 1/100 от массы основного борта со скоростью даже в 100м/с даст нам 1м/с дельты. 30 "выстрелов" и можем расходится. Пусть мы "стреляем" с 1км. Попасть и поймать относительно несложно. Средняя скорость сближения/расхождения будет 7,5м/с (максимальная у нас 15м/с). Итого у нас 133сек до сближения с километра и еще столько же на удаление до километра, итого 266с на маневр. Среднее время полета "снаряда" у нас будет 1000/2/100 = 5с. Т.е. 53 выстрела можем сделать, а надо 30. Фантастично, но не слишком. Уж всяко лучше лифта. Две сотни бортов могут двигаться и месяцами. Скажем один борт в Тонну, скажем 10% полезной нагрузки. 100кг*100бортов в одну сторону = 10тонн. Растянем доставку на месяц и будет себе такой канал на 10тонн в месяц. Что тоже дофига (учитывая что такой маневр в атмосфере сомнителен, и мы говорим лишь о последних 3км/с, то вывод на НОО остается проблемой химических РН, на Луне то можно и пушкой запускать). Дофига грузов, дофига буксиров, людей так не перевезешь, куча пока не решаемых технических задач, но всё равно не километры дельты как вы говорите.

                                А вот лифт, петля и т.п. так это ИМХО фантастика и не будет никогда. Мои варианты правда тоже скорее всего не будут реализованы а будет придумано что-то попроще/интереснее, но они всё-таки проще и реалистичнее...
                        0
                        Чудесная трансляция
                        image
                          +5

                          Вместе с ускорением космического зонда, ускорялась и сорока, перпендикулярно вектору Протона. Судя по высокой, хоть и не космической скорости птички, и быстрой реакции, всё закончилось хорошо :)
                          Время события 1:14:17
                            +1
                            Крутой кадр.
                            Но когда начал читать ваш коммент почему-то подумал что Вы о том, что не только РН разгонялась, но и Земля тоже изменила свою скорость :)
                        +1
                        > На Земле жизнь предпочитает выделять метан с легким изотопом С12, т.к. его легче связывать с водородом в результате биохимических процессов.

                        Изотопы углерода химически не эквивалентны?
                          +4
                          Именно. Атомы большей массы обладают большей инерцией, соответственно реагируют медленнее, а также влияют на структуру связей из-за смещения центров масс в молекулах. Чем больше минимальная масса атома, тем меньше различия в химических свойствах, так что разницы между изотопами урана вы не заметите, но вот между изотопами водорода — запросто: например, тяжёлая вода (D20) губительна для живых организмов из-за того, что дейтерий нарушает молекулярную структуру белков и прочих сложных органических соединений.

                          А вообще, химия как свойство материи строится на физических законах, а там много переменных, которые нужно учитывать. Соответственно, химия как наука обычно изучает приближённые модели.
                            +1
                            Вау! Гуру в теме. У нас тут есть проблемка — отделить натрий чистый от растворённого в нём цезия-137, в промышленных масштабах. Ну и если заодно от Na22 вообще идеально было бы. Неск (~30) лет небольшой нии бьётся над темой, японцы сдались, французы отказались (а им это надо острее, чем нам)… А тут гольной химией предлагают решить проблему… Обожаю хабр.
                              +3
                              В этой ветке до вашего появления никто и не слыхал о вашей проблеме, и, уж тем более, не предлагал вариантов её решения. Мы тут об изотопах углерода говорим, сложность большинства соединений которого значительно выше сложности ваших сплавов. Речь идёт о различиях не уровня металл/галоген, а о таких, которые лишь слегка меняют пространственную структуру молекулы, что оказывается достаточным для нарушения хрупкого баланса в обмене веществ живого организма. Впрочем, эти вещи не нужно объяснять такому опытному специалисту, как вы.
                                +1
                                Никто _наХабре не слышал… ( и даже этого я бы не стал утверждать) А так целые конференции по проблеме, в т.ч международные с конца 80-х боль-менее регулярно бывают… Не сплавы — смеси, но не суть.
                                  +1
                                  Самое начало моего предыдущего комментария:
                                  В этой ветке
                                  Вы хоть читайте, прежде чем спорить.

                        Only users with full accounts can post comments. Log in, please.