Аппараты, которые смогли
Предыдущую публикацию, которая рассказывала о том, как марсианские аппараты падали обратно на Землю, ломались в полете, сгорали в атмосфере Марса или разбивались о его поверхность хочется уравновесить чем-нибудь позитивным. Поэтому сегодня мы поговорим о том, как, преодолевая уже знакомые вам сложности, аппараты все-таки долетали до Марса и о том, что интересного они нам сообщали.
Пролог
До запуска межпланетных станций фотографии Марса можно было получить только в наземных обсерваториях, и лучшая фотография, которую можно было сделать на тогдашнем оборудовании, выглядела примерно так.
Фотография обсерватории Маунт-Вилсон, 1956
Да, из этой фотографии очевидно, что лесов и океанов на Марсе нет, но такое понятное желание увидеть жизнь за пределами Земли рисовало марсианские каналы, придумывало зеленые оазисы и прочие способы выжить на недружелюбной планете. Только отправка зонда могла дать гораздо более качественные снимки, а кроме фотографий можно было замерить магнитное поле, попытаться определить давление и температуру на поверхности. Поэтому неудивительно, что и СССР и США стали довольно активно отправлять аппараты на Марс.
Mariner 4
Кратко: Первый аппарат, пролетевший мимо Марса в работоспособном состоянии. Первые фотографии с небольшого расстояния и данные о планете. На фотографиях видна совсем безжизненная поверхность.
«Маринер-4» стал седьмым по счету аппаратом, который обе сверхдержавы попытались отправить к Марсу, и третьим, стартовавшим в 1964 году. Его собрат Mariner 3 погиб по глупой причине, запертый в несброшенном обтекателе, зато расследование этого происшествия позволило исправить головной обтекатель «Маринера-4». Но его полет не проходил гладко. Одной из главных проблем стали постоянные потери звезды Канопус — для ориентации в полете у «Маринера» солнечный датчик давал одну ось, а для второй оси использовался Канопус. После старта большой проблемой был поиск звезды — датчик сначала навелся на Землю. «Прыгая» по звездам, через Альдерамин, Регул, Дзету Кормы и Гамму Парусов его удалось навести на Канопус, но звездный датчик постоянно фиксировал что-то, что было ярче (скорее всего, яркий мусор, образовавшийся при разделении с ракетой-носителем, летящий по той же траектории), и сбивался. Пришлось дистанционно перепрограммировать бортовой компьютер, чтобы он не начинал закручивать аппарат, когда вспышка мусора оказывалась ярче звезды, запуская заново алгоритм поиска. Даже маневр по коррекции траектории спустя семь с лишним месяцев после старта состоялся позже из-за очередной потери Канопуса звездным датчиком.
15 июля 1965 года «Маринер-4» пролетел мимо Марса и сделал 21 фотографию. Напряжение достигло своего пика. Могла отказать техника — магнитофон на «Маринере» был запасным, и камера вполне могла сломаться от долгого полета. Да и марсиан увидеть было невтерпеж. Поэтому сотрудники Лаборатории реактивного движения сбегали за карандашами и стали вручную раскрашивать присланные станцией цифровые значения цвета пикселей.
Впрочем, компьютеры, пусть и медленнее, но воспроизвели более точную картину.
«Маринер» передал из окрестностей Марса 634 килобайта данных (кто сказал, что 640 килобайт хватит всем?), и результаты были крайне удручающими для сторонников идеи жизни на Марсе. На фотографиях была мертвая поверхность с кратерами, как на Луне, давление оценили в 4–7 миллибар (0,5–1% земного, как оказалось после, верно), а температуру в -100°С (-143°С — +35°С по современным данным).
Благодаря тому, что фотоаппарат нес красный и зеленый светофильтры, участки парных снимков можно было получить в цвете.
Это сейчас мы знаем, что по случайности «Маринер» пролетел мимо самых интересных участков Марса. Но именно «Маринер-4» в каком-то смысле подвел черту марсиан в фантастике — после таких фотографий разумных пришельцев уже хотелось придумать где-нибудь подальше.
Большое изображение по ссылке
Mariner 6 и 7
Кратко: Два одинаковых аппарата. Сфотографировано 20% поверхности.
Весной 1969 года к Марсу стартовали 4 аппарата. Два советских не вышли даже на орбиту Земли, а оба американских успешно отправились к Марсу под именами «Маринер» -6 и -7. В конце июля 1969 года оба аппарата пролетели мимо Марса и сделали каждый по серии фотографий.
Всего засняли примерно 20% поверхности, но, что забавно, опять промахнулись мимо гигантского каньона и вулканов провинции Фарсида. Снова не было обнаружено никаких признаков каналов.
Объем данных даже позволил построить глобус Марса, но в общем было понятно, что пролетные миссии неэффективны, и надо выходить на орбиту. Только на орбите Марса можно находиться долго и снимать все новые фотографии разных мест.
По иронии судьбы, пролет Марса проходил в тени успешной высадки «Аполлона-11», и получил гораздо меньше внимания, чем заслуживал.
Mariner 9
Кратко: Первый вышедший на орбиту аппарат. Фотографии в гораздо лучшем качестве. Заснято 85% Марса. Обнаружены следы жидкой воды в прошлом.
В 1971 году к Марсу отправилось целых пять аппаратов. Один советский и один американский не ушли дальше земной орбиты, но среди трех оставшихся (2 советских (+ 2 посадочных) и 1 американский) развернулась волнительное соревнование — кто прилетит первым и соберет больше информации. Так получилось, что в нем победил Mariner 9. То, что он первым вышел на орбиту 14 ноября, имело разве что пропагандистское значение — «Марсы» -2 и -3 прилетели меньше чем через месяц. Но все три аппарата встретились с неожиданной проблемой — на Марсе бушевала пылевая буря, и снимать с орбиты было бесполезно.
Только самые высокие вулканы провинции Фарсида видны над пылью
И тут проявились сильные стороны американского зонда — гибкость миссии и длительное время существования. Программу по фотографированию отложили, а зонд смог не сломаться раньше, чем успокоилась буря. В январе 1972 года уже пошли отличные снимки с на порядок более высоким разрешением (98 метров на пиксель против 780 метров раньше).
Северный полюс Марса
Лабиринт Ночи
Но главной сенсацией стали следы эрозии, из которых следовало, что когда-то на Марсе могла быть вода.
В память об успехах этого аппарата огромный каньон на планете назвали долиной Маринера.
Более современное фото долины Маринера, Лабиринт Ночи слева
«Маринер-9» до сих пор находится на орбите Марса, но археологов будущего не дождется, как ожидается, он сгорит в атмосфере в районе 2022 года.
«Марсы» -2 и -3
Кратко: Немного фотографий, замеры температуры и давления на поверхности, измерения содержания водяного пара в атмосфере.
Если бы программа этих аппаратов была бы выполнена полностью, то в их честь можно было бы назвать половину Марса. Аппараты, состоящие из орбитальных и посадочных модулей, смогли бы картографировать планету и получить данные с ее поверхности. Но, увы, несмотря на успешную посадку «Марса-3» полезных данных с поверхности мы не получили. А орбитальные аппараты не обладали такой гибкостью, как Mariner 9, и истратили впустую много пленки на фотографирование пылевой бури.
Доступность полученных фотографий также, увы, гораздо ниже. В советское время издавался альбом с обработанными снимками разных миссий, но в сети сейчас можно найти только пару фотографий.
Горы в приэкваториальной области
Композитное (собранное из снимков с разными цветными фильтрами) изображение
Оборудование «Марсов» было похоже на научные приборы «Маринера-9», но в чем-то отличалось. Работая одновременно, все три аппарата получали научные результаты о планете, среди которых, впрочем, никаких сенсаций не обнаружилось. Водяного пара в 5000 раз меньше, чем на Земле, иногда бывают облака, холодно, неуютно и никакой заметной жизни.
«Марсы» -4, -5, -6, -7
Кратко: Лучшие фотографии для СССР, данные об атмосфере и поверхности.
В 1973 году к Марсу летели только советские аппараты, зато целых 4 штуки — два орбитальных и два посадочных со своими перелетными ступенями. С посадочных аппаратов мы получили только частичную информацию о составе атмосферы во время снижения «Марса-6», зато «Марсы» -4 и -5 смогли частично выполнить программу с орбиты. «Марс-4» не смог затормозить, поэтому снял только полоску поверхности.
А «Марс-5» вышел на орбиту, но тут же начал терять атмосферу из герметичного приборного отсека. За 9 дней ЦУП сумел получить 108 кадров, из которых 43 оказались приемлемого качества.
Панорама
Композитное изображение
Viking -1 и -2
Кратко: Первые долго работающие посадочные станции, огромное количество данных, две большие загадки.
Пропуск 1973 года американцы с лихвой компенсировали в 1975, отправив две станции «Викинг», каждая из которых представляла собой орбитальный зонд и посадочный модуль. Ни один аппарат не был потерян, наоборот, все проработали гораздо дольше, чем планировалось, и передали огромные массивы данных.
Орбитальные аппараты проработали два и четыре года, и, благодаря техническому прогрессу, порадовали нас гораздо более качественными фотографиями.
Мозаика по фото орбитального аппарата «Викинга-1»
Было обнаружено еще больше следов воды.
А также открыт новый тип рельефа — «хаос». В этих местах, предположительно, на поверхность вышли огромные объемы воды.
Хаос справа
Ну и, конечно, орбитальному аппарату «Викинга-1» мы обязаны фото «Лица на Марсе».
Посадочные модули успешно сели и проработали почти четыре и шесть с лишним лет, передавая фотографии, панорамы и работая метеостанциями.
Панорама. Большое фото 8000 пикселей в ширину
Зима на месте посадки. Выпал углекислотный снег. Большое фото 3000 пикселей в ширину
Но главной задачей посадочных аппаратов был поиск жизни. И тут результаты получились противоречивыми — по поведению образцов нельзя было сказать, была ли это жизнь, или же в составе грунта есть что-то, что не учли при планировании экспериментов. В целом, после «Маринера-4» «Викинги» качнули маятник в обратную сторону — при желании можно было верить даже в разумную жизнь на Марсе. Кто-то же построил пирамиды и лицо в Кидонии?
«Фобосы» -1 и -2
Кратко: Новые данные по Марсу и Фобосу.
Впрочем, данные «Викингов» подстегнули скорее только маргиналов. Научный мейнстрим охладел к Марсу, и целых 13 лет никаких станций туда не отправлялось. Да и «Фобосы» в 1988 году имели главной целью не Марс, а его спутник. Несмотря на то, что программа не была выполнена полностью, были получены фотографии Марса и, в хорошем качестве, Фобоса, а также собраны различные данные о плазменном окружении Марса, температуре Марса и Фобоса, была оценена скорость потери атмосферы.
Mars Global Surveyor
Кратко: Картография на новом уровне технологий. Фотографии, свидетельствующие о наличии жидкой воды.
Отправившийся к Марсу в 1996 году Mars Global Surveyor должен был картографировать Марс на новом уровне техники, которая с фотоаппаратов «Викингов» 70-х годов серьезно шагнула вперед, а также служить ретранслятором для будущих миссий. Зонд вышел на солнечно-синхронную орбиту и пролетал над поверхностью, когда на ней всегда было 14 часов местного времени. Стабильные условия освещения позволили создать очень хорошую карту. Фотографии, в зависимости от задачи, могли иметь разрешение 1,5–12 м на пиксель в режиме высокого разрешения, 240 м/пиксель в режиме контекста, и 7,5 км/пиксель в режиме ежедневного обзора. За девять лет работы зонд передал больше 240 тысяч фото.
Очень любопытными оказались обнаруженные потеки на склонах. Их было сложно объяснить без привлечения жидкой воды. Но при температуре и давлении, как на Марсе, вода не может быть жидкой. Впрочем, здесь есть довольно простое объяснение. В следующий раз, когда вы будете злиться на коммунальщиков, которые посыпали снег солью или еще какой-нибудь гадостью, лучше подумайте, что вы видите немного марсианский процесс — соленая вода замерзает при более низкой температуре и может стекать по склонам Марса. А если предположить, что солью являются перхлораты, то тогда можно объяснить неоднозначность результатов по поиску жизни «Викингами».
Ну и, поскольку размер «лица» на Марсе составлял примерно 1,5 км, его смогли заснять в высоком разрешении. Увы, вместо марсиан, мы обнаружили собственное мозговое несовершенство — парейдолию. Эволюционно выгодно напрасно испугаться, увидев в кустах иллюзию готовящегося напасть на тебя человека, чем не заметить уже реально сидящего там преступника, поэтому примеры подобных ошибок есть, думаю, в памяти каждого.
Mars Pathfinder & Sojourner
Кратко: Первый работавший на поверхности ровер, новые данные, тест технологий.
После «Викингов» прошло уже двадцать лет, и задача посадки на Марс долговременной станции снова стала интересной. Технологии также позволили создать небольшой, но сравнительно автономный ровер, а для посадки более тяжелых роверов было бы хорошо потренироваться. Поэтому в 1996 году на Марс отправился посадочный аппарат Mars Pathfinder с небольшим марсоходом Sojourner. Станция успешно села на Марс и проработала почти три месяца вместо от недели до месяца по плану, собрав 2,3 гигабита информации.
Mars Odyssey
Кратко: Измерения содержания водяного льда под поверхностью и радиационной обстановки, а также геологические данные. Работает ретранслятором.
Как назвать аппарат, который полетит в 2001 году? Конечно же Одиссеем, ведь очень многие читали «Космическую Одиссею» Кларка. Но идея не была принята сразу — такое название могло вызвать проблемы с копирайтом и торговыми марками. К счастью, Артур Кларк был еще жив, и ему идея очень сильно понравилась. А сам аппарат успешно вышел на орбиту Марса и работает до сих пор, поставив рекорд долгожительства среди зондов, вращающихся по орбите иных планет. Что же касается научных результатов, то нейтронный детектор российского производства нашел в больших количествах водород, говорящий о том, что под красной поверхностью должен быть лед. Топлива для поддержания орбиты у Mars Odissey хватит до середины 20-х годов.
Mars Express
Кратко: Первый европейский аппарат на орбите, картография в разных диапазонах, радарное зондирование.
Mars Express сейчас любят сравнивать с «Экзомарсом» — их роднят российская ракета, успех орбитального аппарата и неудача посадочного. Конструктивно похожий на «Розетту» и Venus Express, зонд является единственным оставшимся из аппаратов на этом шасси. Аппарат также нашел доказательства наличия воды, а также собрал много данных.
Spirit и Opportunity
Кратко: Два ровера собрали очень много геологических данных.
После тестов на Mars Pathfinder NASA решило, что сможет посадить новый тип марсианского исследовательского аппарата — длительно существующий, автономный и способный передвигаться на большие расстояния марсоход. Но, на всякий случай, отправило его в двух экземплярах. К счастью, они оба успешно сели и приступили к работе, а Opportunity еще жив до сих пор. На порядки превысив плановые сроки существования, марсоходы собрали очень много информации о геологии, атмосфере и других характеристиках Марса. Ну и, конечно же, сделали очень много красивых фотографий.
Кратер Бонневиль, фото Spirit, оно же в большом разрешении
Пылевые вихри, такие же есть и на Земле
Mars Reconnaissance Orbiter
Кратко: Самая мощная камера на орбите Марса.
Запущенный в 2005 году MRO работает уже 11 лет и снимает фотографии уже не гигабайтами, а терабайтами, благо, максимальное разрешение в 0,3 метра на пиксель позволяет видеть поверхность лучше, чем все остальные аппараты. MRO видел массу льда и снега, газовые гейзеры, лавины и даже другие марсианские аппараты на поверхности.
Лавины
Phoenix
Кратко: Подтверждение наличия водяного льда под поверхностью.
Главной задачей «Феникса» было сесть недалеко от полюса, раскрыть ковш, копнуть поверхность и посмотреть, что получится. Потому что дистанционные наблюдения говорили, что лед есть, но однозначно это доказать не могли. Аппарат успешно сел в мае 2008 и выполнил задачу.
Продержавшись до наступления холодной зимы 161 день, аппарат смог собрать данные по климату и поверхности. А еще он сфотографировал облака.
Сейчас
Новые данные от марсианских миссий переходят из качественной плоскости в количественную. Еще больше фотографий, геологии и других данных. Сейчас, кроме упомянутых выше Mars Odyssey, Mars Express, Opportunity и MRO на поверхности Марса трудится лазерно-атомный Curiosity (еще больше геологии), а на орбите летают индийская Mars Orbiter Mission (большой успех индийцев), MAVEN (успел обнаружить, что атмосферу Марса сдул солнечный ветер) и только приступил к работе «Экзомарс» (будет искать жизнь, анализируя атмосферу и определяя происхождение метана в ней). Сенсацией может стать разве что обнаружение жизни, но, думаю (если ее найдут), как и с водой, это будет длительный процесс — один эксперимент может заметить следы, потом поставят еще несколько экспериментов на разных аппаратах и только потом уже заявят, что нашли местные бактерии, которые точно не привезли с собой. Если Марс совсем мертв, то эту жизнь будут искать еще десятилетиями. Впрочем, чтобы не было скучно, у нас будут терабайты красивых фотографий.
