Исследования Марса космическими аппаратами


Еще многие сотни лет назад Марс привлекал внимание и ученых, и обывателей со всего мира. Ему поклонялись, его боялись, но всегда хотела узнать, что он в действительности из себя представляет. Со времен, когда люди начали исследование Марса, прошло не так много времени, но накопленный научный материал уже позволяет составить представление о том, что это за планета.

Причины научного интереса

Среди планет солнечной системы Марс считается наиболее близким по условиям к Земле, однако главные вопросы относительно этой планеты еще не решены.

  • На поверхности Марса раньше было много воды в жидком состоянии, а климат можно было назвать теплым. Затем произошло нечто, из-за чего водоемы на планете исчезли, а климат резко стал сухим. Ученые хотят выяснить причины произошедшего, это стало основной целью исследования Марса.
  • Второй важнейшей целью исследований Марса является построение его детальной модели. Сейчас ничего не известно о внутреннем строении Марса, почти нет данных о поверхности планеты, физических и химических процессах. Это важнейшие данные для понимания перспектив использования Марса.
  • Третья цель исследования связана с поиском ответа на вопрос — есть ли жизнь на Марсе, и если нет, то существовала ли когда-то.
  • Последней целью является освоение планеты. Марс представляется наиболее подходящей для освоения и колонизации в будущем.

Краткое описание планеты.

Марс — четвёртая по удалённости от Солнца (после Меркурия, Венеры и Земли) и седьмая по размерам (превосходит по массе и диаметру только Меркурий) планета Солнечной системы. Масса Марса составляет 10,7 % массы Земли, объём — 0,15 объёма Земли, а средний линейный диаметр — 0,53 диаметра Земли (6800 км).
Рельеф Марса обладает многими уникальными чертами. Марсианский потухший вулкан гора Олимп — самая высокая гора в Солнечной системе, а долины Маринер — самый крупный каньон. Помимо этого, в июне 2008 года три статьи, опубликованные в журнале Nature, представили доказательства существования в северном полушарии Марса самого крупного известного ударного кратера в Солнечной системе. В дополнение к схожести поверхностного рельефа, Марс имеет период вращения и смену времён года аналогичные земным, но его климат значительно холоднее и суше земного.

Вплоть до первого пролёта у Марса космического аппарата «Маринер-4» (англ. «Mariner 4») в 1965 году многие исследователи полагали, что на его поверхности есть вода в жидком состоянии (знаменитые марсианские каналы). Позднее было доказано, что эти борозды были оптической иллюзией.

Из-за низкого давления вода не может существовать в жидком состоянии на поверхности Марса, но вполне вероятно, что в прошлом условия были иными, и поэтому наличие примитивной жизни на планете исключать нельзя. 31 июля 2008 года вода в состоянии льда была обнаружена на Марсе космическим аппаратом НАСА «Феникс».

Можно предположить, что большую часть поверхности Марса ранее покрывала вода. Наблюдения в течение последнего десятилетия позволили обнаружить в некоторых местах на поверхности Марса слабую гейзерную активность. По наблюдениям с космического аппарата НАСА «Марс Глобал Сервейор», некоторые части южной полярной шапки Марса постепенно отступают.

Марс можно увидеть с Земли невооружённым глазом.

Исследование Марса с помощью телескопов

В 1610 Галилео Галилей положил основу изучения планеты, проведя первое исследование Марса с помощью созданного им же телескопа. Тогда впервые были обнаружены и зафиксированы такие особенности рельефа, как вулканы и марсианские каналы.

Последователями Галилея были открыты следующие факты о планете:

  • Ученые увидели пятно моря Сырт. Наблюдения за ним позволили вычислить, что год на Марсе длится 687 земных суток, а полный оборот планета совершает за 24,5 часа.
  • Были обнаружены полярные ледяные шапки и зависящие от времени года периоды их таяния.
  • Были созданы первые карты Марса.
  • Наблюдения за преломлением света в атмосфере Марса позволили предположить наличие воды в его атмосфере.
  • Обнаружены спутники Марса – Фобос и Деймос.

Дистанционные исследования Марса с помощью космических аппаратов

Благодаря космическим исследованиям планеты в 1920-е годы удалось установить, что на всей территории Марса преобладают суровые пустынные условия. Уже тогда стало ясно, что человеку будет тяжело освоить территории планеты, в отличие от техники, которую можно создать подходящей для нахождения там.

Первые запуски советских космических аппаратов к Марсу

Советский зонд Марс-1 стал первым, созданным аппаратов, целью которого было достичь поверхность Марса для научных исследований. Но миссия потерпела неудачу. С 1960 по 1969 годы три зонда вышли из строя еще на старте, три не вышли на околоземную орбиту, один не был способен приземлиться на территорию Марса. Два зонда оказались недееспособны, когда достигли орбиты планеты.

В программу исследования Марса СССР входили не только спускаемые аппараты, но и орбитальные зонды. Их целью было достижение орбиты Марса и отправление сигналов на Землю, в том числе и передача фото поверхности планеты, данных о радиации и атмосфере. Однако все зонды такого типа рано или поздно пропадали с локаторов советских ученых. После первых неудач СССР разработали более многофункциональные автоматические аппараты, Марс-2 и Марс-3. Цель этих машин заключалась в курсировании вокруг Марса и совершении посадки. Запуск состоялся в 1971 году, сигналы с машин поступали до марта 1972 года, позволив советским ученым таким образом собрать хороший научный материал: 60 фотографий, позволяющим воссоздать рельеф Марса, узнать особенности гравитации и магнитных полей планеты.

После удачных запусков СССР отправляли еще 4 зонда, 3 из которых отправили данные на Землю. Марс-4 пролетел по радиусу планеты на расстоянии 2200 км, впервые была зафиксирована ионосфера марсианских ночей.

Программы НАСА

История исследования Марса для НАСА началась в 1964 году, когда были запущены два космических аппарата. Успешным оказался второй, Mariner 4, который в 1965 пролетел мимо планеты и сделал первое фото Марса крупным планом. Кроме того, расположенный на аппарате магнитофон передал ученым информацию об ударных кратерах. В ходе этой первой успешной миссии были собраны данные для подготовки новых машин для отправления на Марс.

В следующие года на основе исследований 1964 года были сделаны попытки отправки зондов, однако удачным оказалась только отправка Mariner 9, который впервые успешно вышел на орбиту Марса. Однако во время прибытия к Марсу его ожидала песчаная буря, не позволяющая детально исследовать планету. В этот период аппарат занимался изучением спутника с помощью космических аппаратов. Были сделаны важные открытия, связанные с Фобосом.

Когда погода на планете наладилась, аппарат сделал первые качественные фото, доказавшие, что на Марсе когда-то могла течь вода. Также был обнаружен вулкан, названный Олимпом, — это самая высокая гора в Солнечной системе.

Программа Viking

В 1975 году в рамках этой программы были запущены корабли Viking 1 и 2. Это были первые аппараты, успешно приземлившиеся и работавшие на поверхности Марса. Учеными были заданы следующие задачи наблюдения и передачи данных о Марсе: фиксация метеорологических, сейсмических и магнитных свойств планеты, а также отчеты о биологических экспериментах на борту Викинга.

Были обнаружены устья рек, размытые долины, признаки выпадения дождей в прошлом. Некоторые из данных даже свидетельствуют о наличии признаком микробной жизни на Марсе.

Станция Марс Масфайндер

4 июля 1997 года американский корабль Марс Масфайндер приземлился на марсианской станции. На своем борту он привез первого робота для изучения поверхности планеты. Аппарат кроме того проверял в действии множество новых технологий: систему подушек безопасности, автоматические системы предотвращения препятствий. Данный аппарат стал подготовкой к более масштабному исследованию.

Mars Global Surveyor

Этот новый космический аппарат, запущенный 12 сентября 1997 года, стал первым полностью успешным проектом за последние двадцать лет. Первый этап работы аппарата, начавшийся в 1999 году, заключался в первичной картографической экспедиции и продлился один марсианский год, что равняется двум земным.

Полученные в ходе этого исследования данные превосходили по качеству и количеству информацию, полученную за весь период научного изучения Марса. В данный момент эти данные находятся в общем доступе.

Этот аппарат продолжил исследование водного вопроса планеты. Благодаря ему ученые выдвинули следующую гипотезу: на марсе есть вода в жидком виде, но она сосредоточена под поверхностью воды. Однако иногда происходит ее выход на поверхность, что приводит к появлению размытых каналов и оврагов.

Продолжались и изучения магнитного поля Марса. Были получены данные, свидетельствующие о локализации источников магнитного поля не в ядре планеты, а в ее коре. В 2006 аппарат потерял связь с Землей, и что с ним сейчас – до сих пор неизвестно.

Марс Одиссея и Марс Экспресс

В 2001 году Марс Одиссея прибыл на Марс с целью обнаружить воду на планете. Уже в следующем году аппарат обнаружил большое количество водорода, что свидетельствует о нахождении больших залежей льда в нескольких метрах от поверхности под землей.

В 2003 Европейское космическое агентство запускает с Байконура Марс Экспресс, оснащенный механической рукой и спектрометром, что позволило машине исследовать почву под поверхностью для поиска биосигналов. Как и предыдущие исследования НАСА, Марс Экспресс подтвердил наличие водяного пара и углекислого газа на южном полюсе планеты. Позже были найдены 2 американских аппарата, утративших связь с Землей.

Орбитальное распознавание Марса

В 2005 под руководством Локхида Мартина в Лаборатории реактивного движения был построен многоцелевой космический корабль стоимостью 720 миллионов долларов. В 2006 он достиг марсианской орбиты.

Этот современный аппарат и сегодня занимается анализом почвы и рельефом благодаря чувствительным камерам на борту. Он изучает марсианскую погоду, тестирует телекоммуникационные системы, служит передатчиком информации с поверхности планеты.

К последним его целям относится работа в качестве спутника для новейших миссий на Марсе.

Фобос-Грунт

Фобос-Грунт – это миссия Роскосмоса, начатая 8 ноября 2011. Ее цель состояла в извлечении образца Фобоса для его дальнейшего отправления на Землю и размещении на орбите Марка китайского зонда. Однако миссия потерпела поражение и аппарат не смог выйти за пределы околоземной орбиты.

Curiosity марсоход и орбитальная миссия MAVEN

В 2012 году на Марс высадился марсоход Curiosity. Он привез на Марс инструменты и аппаратуру, предназначенную для поиска условий для жизни на планете.

Для передачи информации НАСА так же был запущен MAVEN, который сейчас находится на орбите Марса и помогает поддерживать связь между техникой на Марсе и учеными на Земле.

Есть ли жизнь в Марсе?

В конце июля на Марсе обнаружили подземный природный резервуар шириной около 20 км, заполненный водой. Хотя водоем находится на глубине в 1,5 км под слоем почвы и льда, эта находка приятно взволновала ученых, ведь ранее таких больших запасов воды в жидком состоянии обнаружить на Марсе не удавалось. Хотя низкая температура и высокая концентрация минералов, вероятнее всего, делают эту воду непригодной для проживания известных на Земле организмов, извечная тема наличия жизни на Красной планете была снова поднята.

РАННИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Из-за относительной близости к Земле (“всего” 225 млн км в среднем), Марс издавна был объектом наблюдений человека. С изобретением в XVII ст. телескопа тогдашним астрономам удалось разглядеть марсианские полярные шапки, что стало отправной точкой для спекуляций, которые не стихают и по сей день, на тему имеющихся на Марсе форм жизни.

Позднее вооруженные новейшими телескопами внимательные наблюдатели обнаружили пятна, кратеры и сезонные изменения цвета поверхности Красной планеты. Это еще ближе подводило людей к мысли о наличии в ней живых организмов. В конце XIX века известный американский астроном Персивал Лоуэл даже опубликовал две научные книги, в которых утверждал, что многочисленные каналы на Марсе – это на самом деле остатки древних цивилизаций. Именно эта мысль в 1897 году подсказала британскому писателю Герберту Уэлсу идею для написания знаменитого произведения “Война миров”, в котором пришельцы с Марса вторгаются на Землю. Впоследствии оказалось, что эти каналы на самом деле были всего лишь оптической иллюзией, которая, впрочем, позволила вновь подогреть интерес к Красной планете.

НАИБОЛЕЕ ИЗУЧЕННАЯ ПЛАНЕТА

Первый космический аппарат, запущенный с Земли на Марс, был изготовлен в СССР. Советская автоматическая межпланетная станция второго поколения “Марс-1” была запущена в ноябре 1962 года, однако, не долетев до Марса, прекратила передавать сигналы на Землю. Хотя “Марс-1” предоставил первые данные о составе межпланетного пространства между орбитами Земли и Марса, знаний человечества о самой Красной планете он не расширил.

НАСА “Марінер-4”

Эту роль выполнил космический аппарат НАСА “Маринер-4”, летом 1965 года совершивший первый успешный пролет вокруг Марса и передавший фотографии его поверхности на Землю. Полученные “Маринером” данные о разреженной атмосфере планеты, температуре ее поверхности, атмосферном давлении и прочем изменили отношение научного сообщества к вопросу жизни на Марсе. Отныне общепризнанной стала мысль, что в случае наличия живых организмов на Красной планете, их формы были бы меньшими и более примитивными, чем на Земле.

Однако, “Маринер-4” передал всего 22 размытые фотографии, которые не могли доказать незаселеность планеты, правда, и наличие на ней разумной жизни тоже показать не могли. Не доказали это и пять других американских и шесть советских космических аппаратов, направленных на изучение Марса с 1960 по 1975 гг.

Впрочем, к тому времени ученые уже установили определенное сходство Марса и Земли. Так, на обеих планетах существует день и ночь, сутки длятся около 24 часов, полюса – холоднее экваториальной зоны, на Марсе тоже есть четыре времени года, хоть и продолжаются они почти вдвое дольше земных. Вместе с успехами первых исследований все это побуждало продолжать поиски и привело к тому, что Марс стал наиболее изученной планетой Солнечной системы после Земли.

ЧТО УТВЕРЖДАЕТ СОВРЕМЕННАЯ НАУКА

Несмотря на прекращение гонки вооружений, являвшейся главным двигателем науки в ХХ в., стремление узнать больше о Марсе не оставляло человечество и в XXI веке. В третьем тысячелетии к Марсу были запущены по меньшей мере 10 различных космических аппаратов. Шесть из них до сих пор вращаются на орбите вокруг Красной планеты, а два – работают на поверхности, регулярно отправляя на Землю полезные данные.

Марсохід “К’юріосіті”

Так, в 2014 году американский марсоход “Кьюриосити” зафиксировал внезапное увеличение количества метана в атмосфере, что могло быть вызвано деятельностью подземных организмов. В июне нынешнего года тот же марсоход обнаружил в горных породах Марса молекулы нескольких органических соединений. Он также сфотографировал формирования, очень похожие на так называемые цианобактериальные маты, формируются на Земле в результате симбиоза нескольких типов микроорганизмов. Точно установить природу всех этих явлений и процессов пока не удается, но ученые сходятся во мнении, что в прошлом на поверхности Марса могли существовать пригодные для жизни условия.

Многочисленные теоретические расчеты утверждают, что 4 млрд лет назад, когда Марс еще формировался, на поверхности молодой планеты могли быть водоемы, пригодные для существования микроорганизмов, но с течением времени климат на Марсе претерпел существенные изменения. Сочетание низких температур, токсичных минералов, солнечной радиации и ряда других факторов делают пребывание на поверхности Марса для любого современного земного существа летальным. Однако, под поверхностью – ситуация другая.

БУРЕНИЕ И ЭТИКА

Среди землян бытует убеждение, что наличие воды автоматически означает существование в ней живых организмов – даже если вода находится в замороженном состоянии. Наш земной опыт утверждает, что в обнаруженных под поверхностью Марса резервуарах могут храниться организмы или хотя бы их остатки. Учитывая, что современные исследования свидетельствуют о наличии под поверхностью Марса даже не замороженных озер, а проточной воды, шансы обнаружить в ней живые организмы существенно возрастают.

Вместе с тем, точно подтвердить или опровергнуть эту теорию – с использованием нынешних технологий – невозможно, ведь для этого придется доставить к Марсу космический аппарат, способный пробурить скважину глубиной 1,5 км.

Фото: https://www.nasa.gov

Это поднимает еще один вопрос, уже в этической, а не технической плоскости: не “испачкаем” ли мы в этом процессе Марс организмами с Земли? История человечества изобилует примерами, когда неосторожная транспортировка человеком животных между материками радикальным образом меняла экологический баланс. Завезенные в Австралию кролики не имели естественных врагов и очень навредили сельскому хозяйству “Зеленого материка”. На первый взгляд невинные европейские домашние мыши, случайно попавшие на британский остров Гоф в Атлантическом океане, теперь угрожают полным уничтожением крупнейшей в мире колонии альбатросов. Если таковы последствия наличия инвазивных видов, доставленных с одного материка на другой, – трудно представить, что может произойти при межпланетном перемещении.

Учитывая это, некоторые ученые призывают полностью прекратить высадку на поверхность других планет созданных человеком аппаратов, чтобы не привести к непоправимому.

МОГЛА ЛИ ЗАРОДИТЬСЯ ЖИЗНЬ НА МАРСЕ?

Впрочем, есть и другое мнение, утверждающее, что жизнь на Земле могла возникнуть именно после столкновения с марсианским метеоритом и “загрязнения” ее инопланетным материалом. Сторонники этой идеи доказывают, что ранние формы земной жизни не могли зародиться в тогдашних земных климатических условиях, зато атмосфера Марса очень способствовала их появлению.

Хотя исключить эту теорию полностью не возможно, против нее свидетельствует то, что микроскопические организмы вряд ли могли пережить длительное путешествие сквозь “ледяной, безвоздушный, наполненный радиацией вакуум и начать жизнь в новом доме”.

В общем, из 24 тыс. метеоритов, найденных на Земле, марсианскими, то есть прилетевшими с Марса, считают около 30. Несколько из них действительно содержат потенциальные доказательства прошлой жизни на Марсе в виде микроскопических структур, напоминающих окаменелые бактерии, однако ни один не соответствует всем семи определенным критериям признания прежних форм жизни во внеземных образцах.

Поэтому ответ на давний вопрос о жизни на Марсе может быть замороженным в источниках воды Красной планеты – под ее поверностью. Впрочем, следует ли нам искать ответ?

Максим Наливайко, Оттава.

Миссия Орбита Марса

В 2014 году на орбиту Марса был успешно доставлен Мангальян, первый в истории азиатский аппарат, успешно показавший себя в исследовании Марса.

Помимо главной цели – демонстрации развивающихся восточных технологий, аппарат изучает атмосферу Марса и передает данные о ней на Землю. Главное достижение проекта — его низкая цена, 71 млн. долларов.

Другие попытки азиатских стран принять участие в программе изучения Марса, оказались неудачными и были предприняты Китаем и Японией.

Дальнейшие планы в изучении Марса

Следующее сближение Марса и Земли произойдет в 2020 году. Все страны-участники марсианской программы активно готовятся к этому моменту.

  • Создание разведочного аппарата для экипажа «Орион». Данный аппарат призван изучить условия пребывания астронавтов на Марсе, подготовить следующие шаги для освоения Марса как места обитания человека. В данный момент проводится подготовка людей для будущей отправки на Марс, изучаются всевозможные сложности от технических, до психологических. Старт миссии разведывательного аппарата назначен на 2020 год. Момент отправления человека назначен на 2030 год.
  • Второй этап российско-европейской миссии проекта ExoMars. В 2020 также планируется доставка на поверхность планеты нового марсохода
  • Индия планирует доставить на орбиту Марса свой второй зонт
  • Китай хочет стать полноправным участником марсианской программы и отправить свой зонд и марсоход.
  • ОАЭ и США готовят совместную миссию по отправке аппарата Mars Hope
  • В 2022 Япония планирует запустить программу, позволяющую доставить на Землю грунт с Фобоса и Деймоса.
  • 2024 назначен годом отправки российского аппарата по сбору образцов грунта со спутников Марса.

Таким образом, история исследования Марса – это сложный путь побед и поражений, ведь каждая третья миссия заканчивалась неудачей. Даже сейчас не все проекты оказываются успешными, и дорогое оборудование, в которое вложены силы многих ученых, становится очередным космическим мусором.

Тем временем отправление на Марс человека намечено уже на 30-е годы. Ученым всего мира нужно объединить усилия, чтобы первый полет человека стал мировым достижением, а не трагедией. Ведь заселение космоса открывает огромные перспективы существования человечества в целом.

Войти на сайт

Музей Будущего 28 ноября 2020 27 ноября 2020 г. на Марс совершил посадку космический аппарат InSight, которому предстоит исследовать внутренний состав красной планеты. Давайте вспомним, какие аппараты исследовали Марс до этого.

Основные типы космических миссий к Марсу:

Для исследования планет солнечной системы инженеры придумали несколько типов миссий:

1) Орбитер. Космический аппарат выходит на орбиту вокруг планеты и работает на ней несколько лет, получая научные данные с помощью приборов. (пример на коллаже — самый левый, Mars Reconaiscence Orbiter).

2) Пролётная миссия. Аппарат на большой скорости пролетает мимо планеты, делая фотография и проводя измерения (пример на коллаже — Маринер-4, справа вверху).

3) Ровер. На планету садится «лаборатория на колёсах», которая может перемещаться и проводить эксперименты в разных местах (пример — справа посередине, марсоход Curiosity).

4) Лэндер. Аппарат садится на поверхность планеты и исследует всё вокруг себя (пример — InSight, справа снизу).
История изучения Марса космическими аппаратами. Часть 1.

1960-е

С 1961 по 1969 г. Советский Союз запустил 9 аппаратов к Марсу, но ни один не выполнил поставленных целей полностью. Самый большой успех — Марс-1 (пролётная миссия). Аппарат впервые вышел на траекторию движения к красной планете, но связь с ним оборвалась из-за неполадок с антенной.

Марс-1, запуск 1962 г.

В 1964 году были запущены близнецы Маринер-3 и 4. Первый из них не ушёл с земной орбиты, но Маринер-4 выполнил задачу и впервые пролетел мимо Марса (пролётная миссия), передав 21 снимок поверхности:

В 1969 г. в рамках той же программы аппараты-близнецы Маринер-6 и 7 пролетели над Марсом и передали снимки его поверхности. Они засняли с близкого расстояния около 20% поверхности красной планеты и получили данные о его атмосфере

Марс в объективе «Маринера-6 и 7»

1970-е

В 1971 г. Советский Союз запустил два идентичных аппарата — Марс-2 и Марс-3, которые совмещали в себе орбитальный и посадочный аппарат (орбитер+лэндер), а также имели миниатюрные марсоходы на борту!

К сожалению, Марс-2 разбился при посадке. Марс-3 успешно сел, но проработал всего 14,5 секунд, успев передать часть панорамы:

В том же 1971 году американский аппарат Маринер-9 (его близнец Маринер-8 погиб из-за аварии ракеты) впервые в истории вышел на орбиту вокруг Марса (стал орбитером), где проработал больше года. Аппарат передал более 7000 снимков, покрыв около 85 % поверхности планеты с разрешением от 1 до 2 км.

Древнее русло реки на снимке Маринера-9

В 1973 году СССР предпринял настоящий штурм Марса, отправив сразу 4 аппарата к красной планете. В этой группе было два орбитера — Марс-4, 5и два пролётных аппарата — Марс-6 и 7. Последние два несли ещё и по одному посадочному аппарату, которые должны были отделиться и совершить посадку. То есть, исследование планеты должно было происходить в рамках трёх разных миссий: орбитера, лэндера и пролётного аппарата.

Пролётный Марс-6 с посадочным аппаратом

К сожалению, посадку совершить не удалось: один посадочный аппарат прошёл мимо Марса, другой разбился. И только орбитеры отработали успешно.

В 1976 г. на Марс отправились два идентичных аппарата NASA — Викинг-1 и 2. Каждый из них состоял из орбитера и посадочного аппарата. Они значительно превысили предполагаемый срок работы. Орбитеры снимали поверхность и изучали рельеф, посадочные аппараты передавали снимки поверхности, исследовали грунт и искали жизнь:

Цветной снимок Марса с Викинга-2

Дальше нас ждёт много интересного: тяжёлые советские станции «Фобос», американские роверы и посадочные аппараты. Продолжение — на канале.

КОСМОС НАУКА КОСМОНАВТИКА

https://zen.yandex.ru/media/muzey_budushego/istoriia-issledovaniia-marsa-kosmicheskimi-apparatami-5bfd4bde750e9500aa23c84b

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: