Эта история началась тоже 60 лет назад - в 1965 году. Именно тогда были получены первые фотографии планеты Марс, сделанные не с помощью телескопа, а с космического аппарата, пролетающего мимо планеты. И эта история имела продолжение, благодаря которому мы сейчас прекрасно представляем, как выглядит эта планета. О некоторых первых шагах в этом направлении и будет рассказано в этой статье, причем рассказано на основе публикаций журнала "Америка".
А все началось 5 ноября 1964 года, когда с космодрома на мысе Кеннеди в космос был запущен космический аппарат "Маринер-3". К сожалению, во время старта от аппарата не отделился головной обтекатель, из за чего аппарат не только не развил нужную для перелета к Марсу скорость, но даже не смог развернуть солнечные батареи. Лишенный основного электропитания аппарат вскоре отключился и так и остался на гелиоцентрической орбите.
Однако у НАСА был в запасе второй такой же аппарат, получивший название "Маринер-4". Его запуск произвели 28 ноября 1964 года - сроки торопили, каждая отсрочка запуска делала условия наблюдения все более неблагоприятными - и он, к счастью, прошел успешно. После отделения аппарата от ракеты-носителя, он начал поиск ярких космических ориентиров: Солнца и звезды Канопус, расположенной недалеко от юного полюса эклиптики (эта вторая по яркости после Сириуса звезда служит "полярной звездой" для межпланетных путешествий в нашей Солнечной системе). Солнце приборы нашли быстро, в течение часа, но поиск Канопуса длился несколько суток и лишь 4 декабря 1964 года "Маринер-4" смог приступить к маневру для выхода на траекторию к Марсу. А 7 декабря Канопус снова был потерян, потом снова найден и так - несколько раз. В декабре и январе аппарат пересек три метеорных потока на своем пути к Марсу. Такой вот непростой путь до красной планеты.
Спустя 229 суток после начала полета, 14 июля 1965 года аппарат находился на расстоянии 16 800 км от поверхности планеты. Именно тогда и началась работа специальной фотокамеры, которая за 24 мин сделала и записала на магнитную ленту 21 кадр-снимок поверхности Марса в цифровом виде (аппарат за это время приблизился уже на расстояние 12 000 км от планеты). Но перед этим пришлось провести ещё весьма сложный маневр по наведению платформы с фотоаппаратурой на цель. Это достигалось передвижением платформы с помощью миниатюрных реактивных двигателей.
После фотографирования Марса "Маринер-4" начал передачу изображений на Землю (с расстояния 215 млн. км от Земли). Каждый снимок передавался в числовом коде в течение восьми с половиной часов. Каждое изображение разбивалось на 200 строк, состоящих из 200 элементов (точек). Каждый элемент имел 64 возможных степени яркости - от абсолютно белого до абсолютно черного цвета. Степень яркости каждого элемента определялась при разложении изображения и в виде шестизначного цифрового кода записывалась на магнитную ленту запоминающего устройства электронной системы на борту "Маринера".
Накопленная информация цифровым кодом передавалась по радио на Землю и там с помощью специально запрограммированного компьютера воспроизводилась так, что каждый элемент полученного изображения точно соответствовал по степени яркости аналогичному элементу переданного изображения.
Записывающее устройство считалось самым важным элементом бортовой аппаратуры, поэтому, если вся остальная аппаратура работала в условиях вакуума, то записывающее устройство было установлено в специальном отсеке, где поддерживалось давление в 1,8 кг на квадратный сантиметр (ученые опасались испарения смазочных материалов в вакууме).
Кроме фотоаппаратуры на аппарате были установлены детектор радиации и магнитометр. Из показаний первого выяснилось, что на Марсе нет радиационных поясов, подобных тем, что окружают Землю. Данные магнитометра показали, что магнитное поле Марса очень слабо или его вообще не существует. Из этого ученые заключили, что у планеты нет расплавленного металлического ядра.
Когда "Маринер" уже удалился на значительное расстояние от Марса, с борта аппарата стали поступать сигналы, свидетельствующие о неполадках в записывающем устройстве. Это вызвало большую тревогу на Земле: похоже было, что половина снимков потеряна. К счастью ученым удалось по кусочкам воспроизвести все изображения (после окончания передачи снимков они были переданы на Землю ещё раз).
Всего удалось воспроизвести 21 полный снимок. На самых удачных фото видна покрытая кратерами поверхность Марса, которая по внешнему виду напоминает поверхность Луны.
Конечно кому-то эти снимки принесли большое разочарование. Марс оказался похожим не на Землю, а на Луну. На планете не было обнаружено горных цепей и знаменитых "марсианских каналов". Однако эти снимки явились гигантским шагом в деле исследования планет Солнечной системы. Надо сказать, что Советский Союз с 1960 года пытался запустить космические аппараты в сторону Марса, однако большинство из них даже не вышли на околоземную орбиту, а те два, которые удалось направить в сторону Марса ("Марс-1" и "Зонд-2") достигли окрестностей планеты уже в нерабочем состоянии.
Следующий шаг в изучении Марса был сделан в 1969 году, когда поверхность планеты с пролетной траектории засняли аппараты "Маринер-6" и "Маринер-7".
Две межпланетные космические станции пролетели мимо красной планеты 31 июля и 5 августа 1969 года, вскоре после того, как нога человека впервые ступила на поверхность Луны. В отличие от "Маринера-4" съемка поверхности велась с более близкого расстояния - около 3 200 км, что позволило получить более четкие снимки поверхности. Если "Маринер-4" заснял около 1% поверхности Марса, то снимки этих двух аппаратов позволили получить изображение уже 20% поверхности.
То, что увидели ученые на снимках, также во многом напоминало лунный пейзаж: та же неровная поверхность, усеянная кратерами, тот же неприветливый и пустынный вид. Однако, на этот раз были обнаружены и знаменитые "марсианские каналы", которые так волновали человечество. Один из них - "Агатадемон" - оказался обширным продолговатым районом около 160 км в ширину и 1 100 км в длину, без отчетливо видимых краев. Но самым интригующим на снимках Марса было полярное пятно или ледяная шапка на южном полюсе планеты, где сквозь белый покров пробивались края кратеров и другие возвышенности. Спектрометрия этого района обнаружила в нем наличие аммиака и метана - двух газов. которые способствовали возникновению первых признаков жизни на Земле.
Вопрос о наличие жизни на Марсе ещё больше осложнили температурные измерения полярной шапки. Данные, полученные с помощью инфракрасного радиометра, показали температуру минус 160 град. Цельсия, что равно температуре замерзшей углекислоты (сухого льда). Однако мнения ученых о наличие воды на Марсе кардинально разошлись, сходясь только в одном: "Во всяком случае, такой жизни как на Земле, на Марсе нет" и вопрос о наличие жизни на Марсе может быть решен только после посадки на планету.
В 1969 году СССР тоже пытался запустить две автоматические станции (серии М-69) к Марсу, однако из-за аварий ракет-носителей "Протон" это сделать не удалось.
В это же время НАСА начинает разрабатывать проект пилотируемой экспедиции на Марс, планировавшейся на 1981 - 1983 годы. Некоторые детали этой экспедиции были также представлены в одном из номеров журнала "Америка".
В Советском Союзе в это время также прорабатывался подобный проект (проект "Аэлита"), инициатива которого исходила от академика Келдыша. Однако оба проекта так и остались проектами, а Марс продолжили исследовать с помощью автоматических станций.
Следующее "окно" для полетов на Марс открылось в 1971 году. Первый запуск произвели американцы. "Маринер-8" был запущен 8 мая 1971 года к Марсу. Однако, верхняя ступень ракеты-носителя начала колебаться и вышла из-под контроля. Вместе с полезной нагрузкой она вошла в атмосферу Земли на расстоянии около 1 500 км от места старта и упала в Атлантический океан.
А через день, 10 мая 1971 года, в Советском Союзе была запущена АМС серии М-71, предназначенная для изучения Марса с орбиты его искусственного спутника. Однако разгонный блок не сработал и станция так и осталась на околоземной орбите, получив обозначение "Космос-419". Следующие два советских аппарата были успешно запущены (19 и 28 мая 1971 года) в сторону Марса, получив названия "Марс-2" и "Марс-3". Спускаемый аппарат последнего даже совершил первую в мире мягкую посадку на планету (спускаемый аппарат станции "Марс-2" разбился о поверхность планеты). Однако прилет станций к планете совпал с большой пылевой бурей, поэтому получить какие-либо изображения с поверхности Марса не удалось совсем, а фотографии с орбиты были весьма нечеткими.
Последним в этом ряду (30 мая 1971 года) был запущен космический аппарат "Маринер-9", однако он умудрился достигнуть Марса раньше других и стал первым искусственным спутником Марса. Вслед за ним и два советских аппарата тоже вышли на орбиты искусственных спутников Марса, однако "Марс-3" вышел на нерасчетную орбиту и вскоре прекратил свое существование (станция "Марс-2" проработала около Марса 8 месяцев).
"Маринер-9" обращался вокруг Марса по вытянутой эллиптической орбите, делая за сутки два витка вокруг планеты. Бушевавшая на планете пылевая буря не позволила в начале миссии делать качественные фото поверхности, поэтому аппарат перепрограммировали на выполнение других задач. В течение первой недели пребывания автоматической межпланетной станции на орбите, её приборы подтвердили прежние наблюдения, что в атмосфере Марса отсутствует водяной пар и что она состоит главным образом из углекислого газа, небольшого количества окиси углерода и атомарного водорода и кислорода. Эти данные были переданы на Землю, причем не только в США, но и в СССР, в соответствии с соглашением об обмене информацией, касающейся Марса.
Через неделю, после прилета "Маринера-9" буря стала утихать, а пыль - оседать. Стал виден район южной полярной шапки Марса. На аппарате немедленно заработали фотокамеры, позволившие получить снимки длиннофокусными объективами. По сравнению с фотографиями, переданными "Маринером-6" и "Маринером-7", ландшафт в окрестностях полярной шапки оказался более гладким, а покрытые "белым веществом" хребты оголились.
"Маринер-9" впервые сфотографировал и передал на Землю фотографии спутников Марса - Фобоса и Деймоса. На фото поверхность спутников покрыта пятнами и кратерами. Их поверхность обычно темна, они отражают только 5 процентов солнечного света. В их характеристиках оказалось много общего, поэтому ученые предположили, что оба спутника когда-то были астероидами, которые Марс захватил себе на орбиту.
К январю следующего, 1972 года, буря утихла, почти совсем прояснилось, что позволило "Маринеру-9" сделать четкие фотографии, которые позволили обнаружить большое разнообразие рельефа на Марсе: огромные вулканические нагромождения, гигантские трещины с параллельными расщелинами, которые могли быть результатом эрозии, вызванной ветром и ледниками.
11 февраля 1972 года НАСА сообщило, что "Маринер-9" выполнил программу полёта. Аппарат был выключен 27 октября 1972 года после израсходования запасов сжатого газа для системы ориентации. В 2011 году НАСА предсказало, что аппарат сгорит или врежется в Марс примерно в 2022 году, но пока судьба аппарата не ясна.
Следующее пусковое окно (в 1973 году) США пропустили, а вот СССР запустил четыре автоматические станции к Марсу. Правда все это обернулось грандиозным провалом: ни одна из станций не выполнила свою задачу. А на фоне этих неудач НАСА планомерно готовило миссию "Викинг", первые упоминания о которой появились ещё в 1969 году.
Космический аппарат "Викинг-1" был запущен 20 августа 1975 года с мыса Канаверал, штат Флорида, а "Викинг-2" - 9 сентября 1975 года. Перед полётом спускаемые аппараты были тщательно стерилизованы для предотвращения заражения Марса земными формами жизни. Марсианская станция размещалась внутри спускаемого аппарата, который помещался в герметичный кожух биологической защиты. Затем аппарат стерилизовали путём воздействия температуры 111 град. Цельсия в течение 40 часов. "Викинг-1" вышел на орбиту вокруг Марса 19 июня 1976 года, а "Викинг-2" - 7 августа 1976 года.
Как раз между двумя этими событиями в журнале "Америка" за июль 1976 года (№237) вышла статья "Поиски внеземных форм жизни", рассказывающая о целях этой миссии.
В статье говорится, что предыдущий разведчик Марса - аппарат "Маринер-9" - передав на Землю 7 300 довольно детальных снимков поверхности, вновь вызвал дискуссию о возможности существования жизни на Марсе. На этих снимках были запечатлены огромные вулканы, гигантские горы и глубокие долины - все это создало впечатление динамичной, геологически активной планеты, где атмосфера находится в процессе изменения. Хотя водяные пары и были обнаружены в атмосфере Марса, однако низкое атмосферное давление (всего один процент от земного) делает наличие большого количества воды в жидком виде там невозможным. Но не исключается вероятность, что в прошлом на планете наблюдались потоки какой-то жидкости, скорее всего воды. Поэтому для участков посадки обоих аппаратов НАСА выбрало те точки планеты, где предполагалось найти воду или её следы в прошлом.
Когда оба аппарата выйдут на орбиту вокруг планеты - далее говорится в статье - то они с помощью телекамер выяснят, пригодны ли намеченные участки для посадки. Затем каждый аппарат разделится на два блока: орбитальный и посадочный. Орбитальный останется на орбите искусственного спутника Марса, а посадочный (автоматическая марсианская станция) совершит посадку на поверхность, где будет искать микроорганизмы и другие подтверждения наличия жизни на Марсе. Для этого будут проводиться проверки грунта планеты на фотосинтез, на обмен веществ (установление в почве живых организмов, способных питаться и выделять продукты переработки), на дыхание (аналогично предыдущему, но с проверкой на выделение газов в атмосферу). Грунт в лабораторный отсек аппарата будет доставляться специальным манипулятором. Кроме того аппараты оборудованы газовыми хроматографами (масс-спектрометрами), позволяющими улавливать и опознавать определенные молекулы в почве и атмосфере Марса.
Первоначально посадка спускаемого аппарата "Викинга-1" на поверхность Марса была запланирована на 4 июля 1976 года, в день двухсотлетия независимости США.
Однако снимки первоначально запланированного участка посадки показали,
что он оказался небезопасным. Посадка была отложена до нахождения более
подходящего участка и совершена только 20 июля 1976 года в сухой экваториальной пустыне на Марсе. Это была первая мягкая посадка на Марс американского аппарата (и вторая в истории). Спускаемый аппарат "Викинга-2" совершил мягкую посадку на Марс 3 сентября 1976 года в северном полушарии планеты, но достаточно далеко от полярной шапки.
Продолжительность основной программы исследований аппаратов "Викинг" планировалась в 90 дней после мягкой посадки, но каждый аппарат проработал значительно больше этого срока. Искусственный спутник Марса "Викинг-1" проработал до 17 августа 1980 года, автоматическая марсианская станция - до 11 ноября 1982 года (вследствие ошибки оператора при обновлении программного обеспечения автоматической марсианской станции направленная антенна опустилась вниз и связь с "Викинг-1" была навсегда потеряна). Искусственный спутник Марса "Викинг-2" работал до 25 июля 1978 года, автоматическая марсианская станция - до 11 апреля 1980 года.
Ещё до окончания функционирования марсианских станций, в июне 1977 года, вышел ещё один номер журнала "Америка", посвященный первым результатам работы аппаратов, как на орбите искусственного спутника Марса, так и на поверхности планеты. Обложку этого номера можно увидеть в заголовке настоящей статьи. На обложке изображение планеты Марс сделанное монтажом из трех кадров, снятых аппаратом "Викинг-1".
Хотя фотографирование поверхности планеты не входило в приоритетные задачи этих миссий, однако, оно вызвало самый неподдельный интерес - впервые земляне увидели, как выглядит поверхность красной планеты.
А вот основная задача аппаратов - поиски жизни на Марсе - так и осталось невыполненной. Дело в том, что проверки грунта планеты дали неоднозначные результаты (причем на обоих посадочных аппаратах): если эксперимент по фотосинтезу и обмену веществ (см. материал из номера журнала за июль 1976 года) дали ожидаемые учеными результаты, то третий эксперимент (проверка на выделение газов) дал "выброс кислорода", что противоречило аналогичному эксперименту, произведенному на Земле с земным грунтом. И газохроматограф также не зафиксировал присутствие органических веществ в грунте.
В итоге большинство ученых склонилось к тому, что биологическую жизнь на Марсе обнаружить не удалось, хотя её возможное присутствие они тоже решили не исключать.
Однако в других вопросах ученые были более единодушны. По их мнению программа "Викинг" дала ответы на следующие вопросы: причина образования марсианских каналов, природа полярных ледовых шапок и размеры атмосферы в отдаленный исторический период. Эти три вопроса стали объектом оживленных дискуссий среди ученых ещё сразу после завершения миссии аппарата "Маринер-9", и тот факт, что программа "Викинг" разрешила эти вопросы является неопровержимым доказательством ценности всего этого проекта.
По первому вопросу: камеры "Викингов" более детально рассмотрели широкие каналы, замеченные "Маринером-9", и обнаружили напоминающие капли формирования, которые несомненно представляют собой древние острова в пересохших руслах потоков.
На некоторых фотографиях замечены оставленные на берегах каналов линии, похожие на следы уровня воды. Все это четко говорит о том, что средой, прорывшей большинство каналов, была жидкость, а единственной мыслимой в таких количествах жидкостью является вода. На других фотографиях видны каналы, берущие начало от вертикальных стенок каньонов, которые могли быть образованы медленным просачиванием грунтовых вод или таянием подпочвенных льдов. А вот происхождение этой воды так и осталось до конца не выясненной.
По второму вопросу: во время соответствующих зимних сезонов на полюсах Марса образуются огромные шапки, состоящие из двуокиси углерода (что было известно ещё до полета "Викингов"). Но именно в этой экспедиции ученые сумели детально рассмотреть полярную шапку летом, когда она сокращается до минимальных размеров.
До сих пор остается открытым вопрос о количестве воды, накопленной в полярных шапках. По прежним оценкам - он был достаточно тонким, однако данные "Викингов" опровергают это. По некоторым оценкам ученых слой льда в полярных шапках достигает толщины нескольких сотен метров - количество, достаточное, чтобы покрыть всю планету слоем воды глубиной в полметра, если весь лед растает. Однако окончательного решения вопроса ещё нет.
По третьему вопросу: до полета "Викингов" наличие марсианских каналов выступало косвенным свидетельством более высокой плотности атмосферы в прошлом, так как для существования воды в виде жидкости необходимо давление в пять-пятьдесят раз выше существующего. "Викинги" открыли в атмосфере Марса наличие таких газов, как аргон, криптон и ксенон, что вместе с наличием азота доказывает существование на Марсе в прошлом более плотной атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа. Эволюция атмосферы любой планеты представляет собой исключительно сложный процесс, который становится понятным только в результате тщательного анализа. До полетов "Викингов" единственным примером такого процесса была Земля. Теперь данные "Викингов" дали ученым инструмент для правильного формулирования теории обезгаживания планет, в котором они испытывали острую необходимость.
На этом заканчивается обзор материалов журнала "Америка", посвященный первым шагам в изучении планеты Марс. В отличие от Луны, это изучение только набирает обороты, панорамы марсианской поверхности уже давно перестали кого-то удивлять, а один богатый оригинал даже носится с проектом переселения на Марс миллиона человек. Но все это продолжение того процесса, который начался шестьдесят лет назад - в далеком уже 1965 году.
Дополнительно по этой теме можно почитать здесь:
На этом все. Если у вас есть вопросы, замечания и пожелания пишите
в комментариях, которые открыты для всех желающих. Несогласие с
доводами автора не запрещается при соблюдении элементарных правил
вежливости.