Завоевание Марса

4 января 2004 года на марсианскую поверхность совершил мягкую посадку американский космический аппарат нового поколения — телеуправляемый ровер «Спирит». Вскоре к нему присоединился его механический собрат «Оппортьюнити», и вместе они начали изучение планеты, которая больше века привлекала пристальное внимание астрономов и фантастов. Плановый срок эксплуатации роверов был определён в три месяца, однако реальная работа с ними продолжалась много лет, сделав исследование Марса рутинным не только для учёных, но и для любознательных дилетантов со всего мира.

Наследие «Луноходов»

20 июля 1989 года, в двадцатую годовщину высадки астронавтов корабля «Аполлон-11» (Apollo 11) на Луну, американский президент Джордж Буш-старший объявил о планах, которые позднее были названы Инициативой в области исследования космического пространства (Space Exploration Initiative, SEI). В ходе её реализации до конца столетия предполагалось собрать на орбите многомодульную станцию «Фридом» (Freedom), заложить базу на Луне и наконец-то заняться организацией пилотируемой экспедиции на Марс.

Хотя выступление Буша вызвало большой резонанс в Соединённых Штатах, предметное изучение идеи администрацией Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics and Space Administration, NASA) показало, что на реализацию SEI потребуется 20-30 лет и как минимум 500 млрд долларов. Указанная сумма несколько охладила пыл энтузиастов, и в августе 1990 года был созван Консультативный комитет по вопросу о будущем космической программы США (Advisory Committee on the Future of the United States Space Program) под председательством авторитетного аэрокосмического менеджера Нормана Огастина. В декабре он выпустил отчёт, в котором признавалось, что Марс можно рассматривать в качестве перспективной цели внеземной экспансии, но для её достижения потребуется провести большой объём научных исследований с использованием беспилотных космических аппаратов. Кроме того, комитет предлагал стратегию «работаем за деньги» (go-as-you-pay), подразумевавшую оперативное внесение изменений в планы с учётом выделяемых средств.

В апреле 1992 года NASA возглавил Даниэль (Дэн) Голдин, который, следуя выбранной стратегии, отменил все проекты дальних пилотируемых экспедиций и сосредоточил усилия специалистов в направлении создания роботизированных комплексов, оснащённых современным оборудованием. Новый этап изучения Марса начался, когда 7 ноября 1996 года на мысе Канаверал был запущен космический аппарат «Марс Глобал Сервейор» (Mars Global Surveyor). В программу миссии входила съёмка с ареоцентрической орбиты поверхности соседней планеты в высоком разрешении, составление её глобальной топографической карты, исследование климата, гравитационного поля и распределения пыли в атмосфере.

Несмотря на свою относительно низкую стоимость (154 млн и 20 млн в год на обработку информации), за годы работы «Марс Глобал Сервейор» помог собрать колоссальный объём данных, которые произвели настоящую революцию в ареологии. Одним из важнейших открытий стало обнаружение оврагов на склонах холмов, гребнях кратеров и песчаных дюнах. Возможное объяснение — овраги возникли под действием воды, которая либо просачивалась из подземных источников, либо появлялась при таянии засыпанного грунтом льда. «Свежесть» очертаний некоторых оврагов указывала на их недавнее происхождение. Но насколько недавнее? Сделав повторные снимки, учёные нашли дюну в безымянном кратере в районе Геллеспонт (Hellespontus region), на которой ещё три года назад никаких оврагов не было, а тут появились сразу два. Таким образом, было показано, что вода меняет лик Марса не в доисторические времена, а прямо сейчас!

Впрочем, наличие воды на марсианской поверхности в прошлом и настоящем требовалось доказать прямыми измерениями, что могли сделать только посадочные аппараты.

В 90-е годы, несмотря на известные экономические проблемы, российские специалисты продолжали работу над реализацией плана изучения Марса, предложенного сотрудниками Научно-производственного объединения (НПО) имени С.А. Лавочкина в 1984 году. Среди прочего он предусматривал отправку в космос двух мобильных лабораторий 7М, которые проектировались на основе опыта, полученного при эксплуатации «Луноходов». При этом рассматривались два конкурирующих варианта шасси. Конструкторы Научно-испытательного центра (НИЦ) имени Г.Н. Бабакина предложили «традиционный» вариант ­— на лёгких пружинных металлических колёсах. Коллеги из Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного машиностроения (ВНИИТрансмаш) создали уникальное бесклиренсное шасси на запатентованных конических колесах: планетоход с ними отличался высокой проходимостью (ведь отсутствие клиренса подразумевает, что такая машина просто не может «сесть на брюхо»), однако имел бóльшую массу.

Поскольку в тот период российские учёные старались привлечь к перспективным проектам зарубежных специалистов, они обратились к американцам с предложением о совместных испытаниях планетохода. В работе приняли участие сотрудники компании McDonnell Douglas, Планетарного общества (The Planetary Society) и Исследовательский центр имени Эймса (Ames Research Center). Они предоставили радиотехнику и телекамеры. Для проверки этого оборудования был проведён грандиозный эксперимент: группа управления находилась в Хантингтон-Бич (Калифорния) и через спутник командовала планетоходом, находящимся на Толбачинском полигоне (Камчатка). 31 августа 1993 года машина прошла 15 м и передала в США двенадцать полноценных телекадров, включая пять стереопар. Они тут же были обработаны специальной программой, которая сделала карту ландшафта, окружавшего аппарат.

Опыты с прототипами, изготовленными ВНИИТрансмашем, были продолжены. В марте 94-го планетоход побывал в пустыне Мохаве, в феврале 95-го — на склоне гавайского вулкана Килауэа, в ноябре 96-го — на полигоне в Северной Аризоне.

Испытания прошли вполне успешно, однако американцы при создании своего варианта всё же предпочли «традиционное» шасси. 4 декабря 1996 года в космос отправилась межпланетная станция «Марс Патфайндер» (Mars Pathfinder), которая состояла из посадочной платформы и маленького шестиколёсного марсохода «Соджорнер» (Sojourner). 4 июля 1997 года она вошла в атмосферу соседней планеты, парашют замедлил спуск, а надувные подушки-амортизаторы обеспечили смягчение удара. Станция совершила посадку на границе долины Арес (Ares Vallis), в точке с координатами 19°7' с.ш. и 33°13' з.д. Считается, что некогда та была затоплена водой, но впоследствии превратилась в пустыню.

Запланированная научная программа была выполнена в течение первых семи марсианских суток, называемых «солами» (sol). Посадочная платформа измеряла скорость ветра, давление и температуру, связывалась с Землёй и передавала команды марсоходу. В процессе было получено 16 500 изображений поверхности; на некоторых из них запечатлена работа «Соджорнера». В свою очередь, марсоход, преодолев в общей сложности 104 м, провёл шестнадцать анализов пород; при этом для упрощения навигации большие камни в окрестностях получили имена собственные: Barnacle Bill, Casper, Scooby Doo, Shark, Yogi и т.п. Примечательно и то, что после посадки «Марс Патфайндер» обрёла новое название — Мемориальная Станция Карла Сагана (Carl Sagan Memorial Station) в честь всемирно известного астрофизика, который умер в декабре 1996 года. Хотя планировалось, что миссия продлится от недели до четырёх, станция проработала почти три месяца: последняя передача с борта прошла 27 сентября.

Станция «Марс Патфайндер» была по сути испытательной и должна была продемонстрировать политикам, принимавшим решения о финансировании NASA, что космос можно исследовать малобюджетными комплексами: общие затраты на миссию, включая стоимость ракеты и её пуска, составили всего лишь 280 млн долларов. Однако конструкторы не имели возможности разместить на станции инструменты для глубокой ареологической разведки, поэтому сумели выяснить только, что в районе посадки, вероятно, когда-то протекал поток воды «глубиной в сотни метров», по своей мощи схожий с «потоком, наполнившим в своё время Средиземное море».

Марсианские роверы

Успех миссии станции «Марс Патфайндер» внушал уверенность, что мобильные лаборатории способны выполнять операции, ранее доступные лишь астронавтам. 27 июля 2000 года астрофизик Эдвард (Эд) Вейлер, занимавший должность заместителя администратора Управления научных миссий NASA (Science Mission Directorate of the NASA), сообщил, что принято решение в 2003 году отправить в космос крупный ровер-марсоход. При этом разработчики отказались от посадочной платформы, за счёт чего можно было увеличить массу научного оборудования на самом исследовательском аппарате.

В августе формат будущей миссии изменился: теперь в плане фигурировали два одинаковых ровера MER (Mars Exploration Rover), которые высадятся в разных частях планеты. Вейлер заявил прессе:

«В первый раз наука и техника дали нам возможность исследовать чужие планеты такими способами, которые существовали только в научно-фантастических фильмах. Иметь два ровера, которые одновременно едут по совершенно разным районам Марса, быть в состоянии посмотреть, что там на другой стороне холма, — невероятно восхитительная идея».

Марсоходы создавались специалистами Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL). Предполагалось, что каждый из MER проработает 90 солов; ожидаемая протяжённость маршрута — 600 м, максимальный суточный переход — до 40 м. Общий бюджет миссии был определён в размере 600 млн долларов, но со временем стоимость проекта выросла.

Научным руководителем группы, создававшей приборный комплекс для новых марсоходов, стал профессор астрономии Корнеллского университета Стивен Сквайрс. Он выбирал оборудование, основываясь на главной цели миссии — провести анализ марсианских пород в радиусе нескольких сотен метров от места посадки в поисках следов воздействия воды, выясняя её роль в формировании облика и климата планеты.

Для обзора окружающей местности на MER использовалась цветная панорамная стереокамера PanCam (Panoramic Camera). Её установили на высоте около 1,3 м над грунтом, на штанге, которая могла поворачиваться на 360° относительно вертикальной оси, при этом головка объективов наклонялась на угол от −90° до +90°. Камера использовала ПЗС-детекторы с матрицей 1024×2048 и была снабжена восемью фильтрами; рядом с ней установили чёрно-белую широкоугольную навигационную стереокамеру меньшего разрешения.

Другой важный прибор — термоэмиссионный спектрометр Mini-TES (Mini-Thermal Emission Spectrometer), который по инфракрасному излучению определял минеральный состав рельефа (карбонаты, силикаты, простейшая органика и т.п.), что позволяло выбрать образцы для детального изучения. Спектрометр был размещён в корпусе ровера и использовал штангу PanCam как перископ.

На манипуляторе IDD (Instrument Deployment Device) в передней части ровера находились четыре инструмента для исследования образцов. Альфа- и рентгеновский спектрометр APXS (Alpha-Particle and X-ray Spectrometer) выявлял элементный состав пород и грунта: образцы зондируются лучами, испускаемыми изотопом кюрий-244, после чего регистрируется энергетический спектр рассеянных альфа-частиц и вторичных рентгеновских лучей. Данные APXS облегчали и дополняли анализ минерального состава, имея и самостоятельную ценность: с их помощью можно было реконструировать историю выветривания пород и воздействия на них воды. Мёссбауэровский спектрометр (Mössbauer spectrometer) с двумя радиоактивными источниками на кобальте-57 позволял установить состав и относительное количество железосодержащих минералов. Панхроматическая камера-микроскоп MI (Microscope Imager) давала возможность рассмотреть образцы на масштабах в сотни микрометров; при этом стали бы видны характерные особенности осадочных пород, образовавшихся в воде, следы вулканической активности и метеоритной бомбардировки, а также особые структуры в карбонатах, которые американские астробиологи описали как гипотетические окаменелости биологического происхождения. Чтобы очистить образцы от пыли и выветренных слоёв, использовалось шлифовальное устройство RAT (Rock Abrasion Tool): за пару часов оно было способно снять до 5 мм с базальта на площадке диаметром 45 мм.

Каждый ровер располагал тремя ловушками, которые притягивают частицы пыли, обладающие магнитными свойствами. Одна ловушка была установлена на передней части MER и доступна для анализа спектрометрами, вторая — на верхней плоскости в поле зрения панорамной камеры, третья — на RAT. Кроме того, на корпусе ровера конструкторы расположили калибровочные мишени для трёх спектрометров и цветную калибровочную таблицу для PanCam, выполненную в форме солнечных часов.

Станция MER по своей структуре напоминала матрёшку. Шестиколёсный ровер-марсоход располагался внутри посадочного устройства с тремя боковыми треугольными лепестками, раскрытие которых после посадки приводило к переворачиванию в правильное положение. Чтобы ровер уместился, его штангу положили набок, панели солнечных батарей сложили кверху, а переднюю пару колес повернули причудливым образом. Снаружи, на посадочном устройстве, закрепили надувные подушки-амортизаторы, аналогичные тем, которые использовались на станции «Марс Патфайндер». Собранная конструкция помещалась на лобовой аэродинамический экран и прикрывалась хвостовым обтекателем с парашютной системой. Всё это вместе имело массу 1077 кг, из которых 179 кг приходилось на ровер, 369,5 кг — на посадочное устройство, 84 кг — на лобовой экран, 209 кг — на хвостовой обтекатель и парашюты.

Предварительная защита проекта MER прошла в Лаборатории реактивного движения в середине октября 2000 года; критическая защита перед экспертами — в середине августа 2001 года и заняла три дня. Среди прочего обсуждался важный вопрос: реально ли выполнить за оставшееся время запланированный объём работ? Может быть, имеет смысл ограничиться одним ровером? Так или иначе, но после тестирования первого комплекта приборов сразу началось изготовление второго.

Чтобы привлечь к проекту интерес общественности, была объявлена кампания «Отправь своё имя на Марс» (Send your name to Mars): любой интернет-пользователь мог зайти на специальный сайт NASA, заполнить специальную форму и получить электронный сертификат, удостоверяющий участие в инициативе. К ноябрю 2002 года на призыв откликнулись почти 4 млн. человек со всего мира. Их имена записали на DVD-диски — каждый MER нёс одну копию, которая была закреплена на лепестке посадочного устройства. При этом на верхнюю поверхность дисков нанесли зашифрованные фразы, придуманные членами Планетарного общества, а известная компания LEGO, участвовавшая в популяризации проекта, предоставила фиксаторы для дисков в виде «кирпичиков» из детских конструкторов и двух «астроботов» (Astrobot) — маленьких кукол с именами Бифф Старлинг и Сэнди Мундаст. Такая «сувенирная» сборка весила 69 г и прошла испытания в экстремальных условиях, выдержав изменение температуры от −125°С до +60°С, воздействие вакуума, вибрации и перегрузок до 4000 g. Кстати, содержание «шифровок» позднее было придано огласке, чтобы те, кто взялся решать эту головоломку, могли увидеть, насколько приблизились к разгадке: на диске станции MER-A было написано «Wish you were here», MER-B — «Explore to learn».

В том же ноябре NASA и LEGO объявили конкурс среди американских школьников от 5 до 18 лет, предложив придумать названия для роверов и до 31 января 2003 года прислать свои варианты. В конкурсе приняли участие около десяти тысяч ребят. 8 июня администратор NASA Шон О'Киф объявил имя победителя: им стала третьеклассница Софи Коллиз из Скоттсдейла (штат Аризона), назвавшая MER-A именем «Спирит» (Spirit, «Дух»), а MER-B — «Оппортьюнити» (Opportunity, «Возможность»). Интересно, что Софи по рождению русская, из приюта и была удочерена в возрасте двух лет.

Выбор мест будущих посадок занял куда больше времени. Он был возложен на комиссию, которую возглавили Мэтт Голомбек из JPL и Джон Грант из Национального музея воздухоплавания и астронавтики (National Air and Space Museum). Учёные предложили на её рассмотрение 185 вариантов, удовлетворяющих требованию «достижимости» с технической точки зрения. При этом учитывалось, что место должно быть в низине с минимальным уклоном и поблизости от марсианского экватора, ведь там природные условия наиболее благоприятны для поддержания простейших форм жизни. В январе 2001-го комиссия отобрала девять приоритетных районов, из них в октябре остановилась на четырёх: долине Атабаска (Athabasca Valles) на равнине Элизий (Elysium Planitia), где следы недавнего вулканизма соседствуют с наносами, оставленными водным потоком; кратере Гусев (Gusev crater), в котором когда-то было озеро; каньоне Мелас (Melas Chasma) в долинах Маринера (Valles Marineris), в котором с орбиты видны осадочные породы; Земле Меридиана (Terra Meridiani), где дистанционными средствами обнаружен крупнозернистый гематит, который обычно образуется в воде. В сокращённый список были внесены также две запасные точки: на равнине Исиды (Isidis Planitia) и в каньоне Эос (Eos Chasma).

Орбитальному аппарату «Марс Глобал Сервейор» было дано задание отснять названные районы с наибольшим возможным разрешением — 3 м в пикселе. По итогам этих изысканий, в мае 2002-го, предполагалось сократить список до двух пунктов, а за год до запуска — утвердить. Но минул ещё почти год до того момента, пока обе точки высадки были названы официально. Оказалось, что по каждому из четырёх районов есть серьёзные замечания, для снятия которых требуется провести дополнительную съёмку. Кроме того, в NASA долго не были уверены, успеют ли подготовить роверы к астрономическому «окну». Поэтому окончательное решение было обнародовано только 11 апреля 2003 года, когда стало ясно: полетят оба. По итогам обсуждения выбор остановили на кратере Гусев и Земле Меридиана. Размеры заданных «эллипсов рассеивания», в пределы которых должен был попасть марсоход, составили 20 км в ширину и до 200 км в длину.

На исходе апреля был полностью собран комплекс MER-A. 23 мая его установили в головной блок вместе с третьей ступенью, а в конце месяца разместили на ракете-носителе «Дельта-2» (Delta 2), собранной на стартовом комплексе SLC-17A станции ВВС США «Мыс Канаверал». Пуск был намечен на 8 июня, но его не удалось осуществить из-за грозы, сопровождаемой сильным ветром. Ситуация повторилась и на следующий день, поэтому ракета стартовала 10 июня, отправив марсоход «Спирит» на межпланетную траекторию.

Через неделю головной блок с MER-B был вывезен на соседний старт SLC-17B и установлен на носитель «Дельта-2 Хэви» (Delta 2 Heavy), оснащённый более мощными ускорителями. Запуск назначили на 26 июня, затем его сдвинули на три дня «вправо» и продолжали переносить из-за технических проблем (переклейка пояса защитной пробочной изоляции на 1-й ступени ракеты, устранение неисправности в аккумуляторной батарее системы аварийного подрыва и т.п.) вплоть до вечера 7 июля. При первой попытке пуска поступил сигнал о неисправности заправочно-сливного клапана кислорода на 1-й ступени. Специалисты подали на клапан серию команд «открыть-закрыть», после чего предприняли ещё одну попытку, и за сорок две минуты до полуночи по местному времени «Дельта» ушла в небо. Новая миссия по изучению Марса началась.

Доказательства воды

Перелёт станций MER к соседней планете прошёл без особых проблем. Операторы провели необходимые коррекции, протестировали оборудование. Подготовка к запускам была столь напряжённой и трудоёмкой, что учёные не успели освоить все операции по дистанционному управлению марсоходами, поэтому занялись нюансами в августе, используя «технический» экземпляр ровера SSTB (Surface System Test-Beds), который перемещался по полигону в Пасадене (штат Калифорния). Они учились двигать манипулятором и работать удалённо с приборами — вплоть до определения бортовым спектрометром материала монет. Некоторые из процедур — в частности, очистка поверхности камня устройством RAT — впервые проводились на полностью собранном аппарате. Испытания продолжались до конца сентября, после чего усложнились: теперь специалисты командовали двумя «техническими» роверами сразу, сводили их с посадочного устройства на грунт, имитировали пятидневную работу на Марсе с подходом к интересному камню, шлифовкой его поверхности, измерениями.

Станция MER-A первой прибыла к Марсу. 4 января 2004 года она развернулась лобовым аэродинамическим экраном вперёд, и на высоте 2200 км спускаемый аппарат отделился от перелётной ступени. Вращаясь, он вошёл в атмосферу со скоростью 5,4 км/с и за четыре минуты спуска погасил её до 430 м/с. На высоте 7400 м аппарат ввёл в действие пятнадцатиметровый парашют и отстрелил лобовой экран. За 8 секунд до касания газогенераторы надули подушки-амортизаторы до давления 0,07 атм. На высоте 100 м сработали тормозные твердотопливные двигатели: аппарат «завис» в воздухе, отстрелил хвостовой обтекатель с парашютом и устремился вниз. После касания он подпрыгнул на подушках двадцать восемь раз и остановился, пройдя 300 м за 57 секунд. Ещё через 16 минут на Землю пошёл чёткий и сильный сигнал, сообщающий о том, что «Спирит» благополучно доставлен в кратер Гусев. Позднее были определены точные координаты места посадки: 14°34' ю.ш., 175°28' в.д.

Марсоход раскрыл панели солнечных батарей, поднял штангу и сделал первые пробные снимки, которые транслировались посредством орбитальной станции «Марс Глобал Сервейор». Через три часа после посадки картинки появились на экранах зала управления, вызывая общий восторг операторов и учёных. Оказалось, что «Спирит» стоит почти ровно и «смотрит» на юг; вокруг много камней, но они, как по заказу, небольших размеров и лежат отдельно друг от друга, поэтому между ними будет легко ездить.

На 2-й сол марсоход заснял камерой PanCam панораму высокого разрешения, но передать до ночи успел только семь «превью». Однако и их хватило, чтобы оценить ближайшие объекты. Научный руководитель Стивен Сквайрс заявил, что первой целью исследований станет впадина, которую окрестили Сонной Лощиной (Sleepy Hollow), — кратер диаметром 9 м, занесённый пылью. Впрочем, позднее планы изменились.

6 января на Землю поступила восьмая часть цветной панорамы высокого разрешения, показывающая область к югу от «Спирита», и специалисты скомпоновали картинку из дюжины кадров (каждый размером 1000×1000 пикселей). Его разрешение было втрое выше, чем у лучшего снимка, сделанного ранее космическими аппаратами на других планетах. Стали видны мелкие камни, ещё несколько впадин, подобных Сонной Лощине, и песчаные наносы, выявляющие главное направление местных ветров.

В тот же день место посадки MER-A получило название — Мемориальная станция «Колумбии» (Columbia Memorial Station) в память о погибшем 1 февраля 2003 года экипаже космического шаттла.

И всё же самым необычным стало то, что принимаемые с MER-A телеснимки почти сразу выкладывались в открытый сетевой доступ, и любой пользователь интернета мог изучать их, обсуждать на форумах, задавать вопросы. Широкая популяризация проекта дала мощный результат: за первые сутки после посадки на сайтах NASA было зарегистрировано 109 млн посещений — абсолютный рекорд! Во второй половине дня 6 января общее количество превысило уже миллиард (хотя за весь 2003 год оно составило 2,8 млрд), а объём скачанных файлов достиг 15 Тбайт. Со временем появилось даже новое хобби — «марсианский сыщик» (Mars detective), то есть специалист в некоей связанной области (например, в технологиях обработки изображений), по возможности занимающийся углублённым анализом картинок, получаемых группой Сквайрса, и указывающий на детали, которые, как ему кажется, требуют внимания учёных. Впрочем, как показала практика, «сыщики», настроенные на поиски инопланетной жизни, зачастую торопились с умозаключениями и выдавали сенсации на пустом месте.

Подготовка и осуществление схода «Спирита» с посадочного устройства заняли одиннадцать солов. Параллельно шла обработка данных, поступающих от камер и приборов. В частности, Майкл Малин, ведущий специалист по съёмкам Марса, сообщил прессе, что, судя по размеру и форме камней, можно предположить: в районе посадки происходило сильное выветривание, что косвенно указывает на влияние воды, которая когда-то разрушила эти камни при замерзании. Однако на дно высохшего озера поверхность совершенно не похожа — наверное, она изменена эрозией, метеоритной бомбардировкой или вулканическим воздействием.

15 января «Спирит» сошёл на грунт, затем были опробованы манипулятор IDD и шлифовальное устройство RAT. 17 января началась работа со спектрометрами, и был обнаружен минерал оливин, что, согласно представлениям геологов, ставило под сомнение гипотезу о существовании озера в кратере Гусев. Затем марсоход приблизился к пирамидальному камню, названному Адирондак (Adirondack), и приготовился к очистке части его поверхности с помощью RAT, но 21 января внезапно стал вести себя неадекватно, передавая в эфир «мусорные» данные. Расследование показало, что произошло переполнение энергонезависимой флэш-памяти. Специалистам удалось загрузить на бортовой компьютер «Спирита» специальный скрипт, который заставил его удалить с «флэшки» несколько тысяч файлов, в основном записанных в ходе межпланетного перелёта; потом компьютер был перезагружен, и 4 февраля марсоход вернулся к нормальной работе.

Изучение камня Адирондак показало, что это оливиновый базальт вулканического происхождения. 9 февраля, на 36-й сол, «Спирит» отправился дальше, в сторону полуторасотметрового кратера Боннвилль (Bonneville), а 17 февраля преодолел отметку в 108 м, побив рекорд своего предшественника — марсохода «Соджорнер».

По дороге, в начале марта, «Спирит» исследовал камень Хамфри (Humphrey): сначала проспектрометрировал его «как есть», затем высверлил RAT отверстие глубиной 2 мм и ввёл туда один спектрометр за другим. В тёмном камне удалось обнаружить следы воздействия воды: в его внутренних полостях и трещинах виднелся яркий материал, похожий на отложения соли. На пресс-конференции доктор Рэй Арвидсон из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, заместитель научного руководителя миссии, заявил:

«Найди мы такую породу на Земле, то сказали бы, что это вулканическая порода, через которую просочилось некоторое количество жидкости. Если интерпретация верна, жидкость — вода с растворёнными в ней минералами, — могла быть унесена магмой, сформировавшей породу, или взаимодействовала с породой позже».

5 марта «Спирит» продолжил путь, вскоре вышел на гребень кратера Боннвилль и направился по его периметру, производя съёмку, в том числе ночную: наблюдал созвездие Ориона и пролёт неопознанного объекта (падающего метеорита или одного из десяти искусственных спутников Марса). С 22 по 31 марта марсоход обследовал большой камень Мазацал (Mazatzal), который поразил учёных. Прежде всего, он оказался слоистым: под светлой запылённой поверхностью находился тёмно-серый материал, ещё глубже — светло-серый, а оба пересекала яркая полоса, напоминавшая трещину, по которой давным-давно текла минерализованная вода, оставившая на её стенках слой солей. В глубине камня необычно высоким было отношение брома к хлору, что также указывало на действие воды.

Таким образом, научная группа, изучая данные со «Спирита», за два месяца получила достаточно косвенных свидетельств в пользу того, что в кратере Гусев некогда присутствовала вода. Однако новое открытие не стало сенсацией, ведь марсоход «Оппортьюнити», работавший в другой части планеты, нашёл более надёжные доказательства.

Рекордная колея

Межпланетная посадочная станция MER-B вошла в атмосферу Марса 25 января 2004 года и совершила посадку в точке с координатами 1°57' ю.ш. и 354°28′ в.д. Первые же картинки, полученные с борта, показали: плато Меридиана (Meridiani Planum), где предстояло работать «Оппортьюнити», не похоже ни на что, виденное ранее в Солнечной системе. Перед учёными предстала ровная поверхность, на которой совсем не было камней, но кое-где вместо них присутствовали обнажения породы, напоминающие древнюю плитку или кости динозавра. Кроме того, хорошо были различимы отпечатки, оставленные подушками-амортизаторами, а в десятке метров находился высокий вал. Потрясённый Стив Сквайрс высказал догадку, что станция угодила в кратер.

Ближе к вечеру MER-B передала новые кадры, и догадка подтвердилась: вал окружал станцию со всех сторон. Сквайрс оценил диаметр кратера, позднее получившего название Игл (Eagle), в 20 м, глубину — в 2 м. «Оппортьюнити» смотрел «носом» почти на север. За гребнем находился другой кратер, значительно большего диаметра. Он мог стать следующей целью миссии, но для начала нужно было выбраться из природной «ловушки».

28 января место посадки получило название Мемориальная станция «Челленджера» (Challenger Memorial Station) в память о катастрофе этого шаттла восемнадцатью годами ранее. Теперь на Марсе были увековечены оба погибших американских космических корабля с их экипажами.

31 января «Оппортьюнити» благополучно сошёл с посадочного устройства и остановился в метре от него. Тогда же он с помощью спектрометра Mini-TES подтвердил наличие в кратере серого гематита — минерала, который образуется в присутствии воды.

«Марсианские сыщики» с энтузиазмом принялись изучать новые снимки. Они выявили тончайшие образования, заснятые микроскопом «Оппортьюнити» и напоминающие волосы. На прямой вопрос журналистов, что это такое, Стивен Сквайрс заявил, что, вероятнее всего, замеченные нити — волокна с подушек-амортизаторов. При этом он добавил, что мнение, будто бы нити занесены марсоходом, — лишь одна из гипотез. «Оппортьюнити» будет искать похожие образования в других местах и если найдёт, то первоначальную гипотезу придётся отбросить.

Куда больший интерес у публики, наблюдавшей за ходом миссии, вызвал другой объект, прозванный «Кроликом» (Bunny). Желтоватое образование размером от 4 до 5 см, похожее на улитку с огромными рожками, марсоход снял в первые дни после посадки. «Кролика» заметил Джефф Джонсон, сотрудник Геологической службы США (United States Geological Survey, USGS), работавший с камерой PanCam. Он вывел его на дисплей своего компьютера и громко спросил у присутствующих в зале коллег: «Что это такое?» Операторы и учёные собрались вместе, пытаясь понять природу загадочного объекта. Большинство членов группы пришли к мнению, что «кролик» — какой-то фрагмент марсохода или его посадочного устройства. Цвет объекта наводил на мысль, что это часть материала всё тех же подушек-амортизаторов. Вспомнили о том, что во время миссии «Марс Патфайндер» тоже был замечен аномальный объект, окрещённый «Пинки» (Pinky). Хотя его происхождение так и не смогли определить, было решено считать объект куском каптоновой клейкой ленты (Kapton tape), часто используемой при создании космических аппаратов.

Несмотря на мнение коллег, Джонсон решил заснять «кролика» в более высоком разрешении, чтобы разглядеть детали. Однако объект уже исчез. Заинтригованный учёный стал разыскивать его на других снимках и обнаружил, что в 1-й сол «кролик» находился в метре от станции, а потом переместился на расстояние 4,5 м вверх по наклонной стенке кратера. Джонсон предположил, что «кролика» сдул лёгкий ветер. В итоге учёный сравнил изображения аномального объекта, полученные через разные фильтры PanCam, с аналогичными для подушек-амортизаторов — они оказались идентичны, и вопрос был закрыт.

В то же время геологов больше волновали другие «аномалии»: изучение грунта на дне кратера с помощью камеры-микроскопа показало, что он прямо-таки усеян многочисленными сферическими камушками. При этом часть из них была с острыми краями, что говорило как минимум о разном происхождении. Шарики же могли образоваться в ходе аккреции под водой, в результате ударов метеоритов или вулканических извержений.

Утром 5 февраля, в 12-й сол, «Оппортьюнити» двинулся в направлении правого конца обнажённой породы. 8 февраля он добрался до выступа, названного Гора-Камень (Stone Mountain), изучил его через микроскоп и «обнюхал» спектрометрами. И опять удивительное открытие: небольшие сферические образования, выступающие между слоями камня («как изюм в булке») и разбросанные вблизи него на грунте. Вероятно, они оказались на поверхности в результате выветривания.

9 февраля «Оппортьюнити» выглянул за край кратер, убедился, что там расстилается ровная поверхность, и повернул налево, двигаясь вдоль обнажения, затем вырыл колёсами небольшую канаву. С 21 по 23 февраля (с 27-го по 29-й солы) марсоход занимался детальной съёмкой куска коренной породы, названного Эль-Капитан (El Capitan). Микроструктура камня оказалась весьма удивительной: учёные увидели множество длинных канавок и тонких щелей. 23-24 февраля, в свой 30-й сол, «Оппортьюнити» просверлил в Эль-Капитане отверстие на глубину 4 мм и по очереди вставил туда спектрометры. Следующее отверстие он сделал на 34-й сол, повторив манипуляции для сравнения вышележащих и нижележащих слоёв породы, которые отличались структурой и уровнем выветривания.

Результаты исследования превзошли самые смелые ожидания. 2 марта в штаб-квартире NASA была созвана срочная пресс-конференции. Стивен Сквайрс и его коллеги объявили, что камни в районе посадки «Оппортьюнити» подвергались, без сомнения, длительному воздействию воды, которая изменила их текстуру и химический состав. Спектрометр APXS нашёл очень высокое содержание серы в виде солей — сульфатов магния и железа, что прямо указывает на образование обнажённых пород в воде или на длительный контакт с ней. Содержание серы растёт с глубиной, как бывает при испарении. Там же мёссбауэровский спектрометр обнаружил минерал ярозит — гидратированный сульфат железа, наличие которого подтверждает факт формирования породы в кисло-солёном водоёме или горячем источнике.

Обычная и микроскопическая съёмка обнажения Эль-Капитан выявила на нём три вида деталей, которые рассказывают о «водной истории». Первый вид — извилистые канавки длиной порядка 10 мм и шириной до 2 мм со случайной ориентацией — на их месте первоначально залегали сульфатные минералы, впоследствии растворившиеся в менее соленой воде. Второй вид — слои, которые лежат под углом к основной породе и обычно возникают под действием ветра или воды; их малые размеры и вогнутые формы говорят в пользу именно водного происхождения. Третий вид — постоянно попадающиеся округлые частицы («сферулы», «шарики»), не связанные с какими-то определённым слоем, а потому вряд ли появившиеся в результате метеоритного удара или извержения вулкана. Приходится признать, что это конкреции, которые возникли в растворе вокруг «центров роста».

Вероятно, заявил Сквайрс, обнажения кратера Игл не просто находились долгое время в воде, а образовались как типичная осадочная порода на дне солёного озера или моря. Конечно, это утверждение предстоит подтвердить сбором дополнительных данных, но в любом случае можно считать доказанным: природные условия на Марсе когда-то были намного более благоприятными для жизни, чем сейчас.

Получается, что ещё в самом начале миссии главная научная задача (установление наличия воды в прошлом Марса) была выполнена. Однако роверы были на ходу, оборудование работало, и можно было продолжать исследования. 22 марта (57-й сол) «Оппортьюнити» выбрался из Игла и направился к соседнему кратеру, получившему название Эндьюранс (Endurance). В свою очередь, «Спирит» закончил обследовать камень Мазацал и поехал на юго-запад к Холмам Колумбии (Columbia Hills), которые возвышались на горизонте.

Оба марсохода намного перекрыли плановый ресурс (90 солов). «Спирит» выходил на связь до 22 марта 2010 года (до 2208-го сола), даже после того как из-за поломок потерял возможность двигаться; он прошёл в общей сложности 7,73 км. Работа с «Оппортьюнити» была официальна завершена 12 февраля 2019 года (5352-й сол), когда он, пережив пылевую бурю, перестал откликаться на запросы с Земли. В прессе появилось сообщение, будто бы марсоход прислал последнее сообщение, которое гласило: «Моя батарея разряжена, темнеет» (My battery is low and it's getting dark), однако в действительности его придумал научный журналист Джейкоб Марголис для придания драматизма ситуации, вызвавшей большой эмоциональный отклик у публики. «Оппортьюнити» прошёл 45,16 км, побив рекорд, установленный «Луноходом-2» (42,2 км).

Исследование Марса, в котором приняли участие телеуправляемые роверы MER, в очередной раз изменило наши представления о соседней планете. Сегодня считается установленным, что в её истории был тёплый и влажный Нойский период (Noachian), который закончился 3,7 млрд лет назад. По времени он приблизительно совпадает с земными катархейским и ранним архейским эонами, когда на Земле появились первые формы жизни. Воды на Марсе в ту эпоху было столько, что она могла покрыть всю его поверхность слоем толщиной 137 м. Однако с учётом рельефа более вероятно, что она занимала северные равнины Марса, причём площадь местного океана составляла 19% от всей поверхности планеты, а глубина в отдельных точках превышала 1,5 км. Хотя с тех пор бóльшая часть воды планетой была потеряна, а остатки сконцентрировались в виде льда под слоем грунта, в экваториальных районах до сих пор сохраняются условия, которые благоприятствуют образованию в течение ночи небольших количеств жидкости на поверхности, высыхающей после восхода Солнца. К сожалению, определённого ответа по вопросу существования каких-либо форм жизни на древнем или современном Марсе получить не удалось.

Помимо вклада в науку, «Спирит» и «Оппортьюнити» продемонстрировали: уровень земной техники вырос достаточно для проведения многолетних дистанционных исследований в дальнем космосе. Именно такие и ещё более совершенные роботы проложат путь человеку.

---

Источники и литература:

1. Афанасьев И., Лисов И. Новые марсианские хроники // Новости космонавтики. 2005. №1-2
2. Борисов М. Названия американским марсоходам дала девятилетняя сирота из Сибири: https://graniru.org/Society/Science/m.35109.html
3. Карпенко С. Возвращение американцев на Марс // Новости космонавтики. 2000. №9
4. Лисов И. Виктория! Или 1000 дней на Марсе // Новости космонавтики. 2006. №12. 2007. №1
5. Лисов И. До и после «Одиссея» // Новости космонавтики. 2002. №2
6. Лисов И. Марс от зимы и до зимы // Новости космонавтики. 2008. №3-4
7. Лисов И. Марс, февраль 2004 // Новости космонавтики. 2004. №4
8. Лисов И. Марсоходы идут! // Новости космонавтики. 2004. №3
9. Лисов И. На Марсе нашли первый метеорит // Новости космонавтики. 2005. №3
10. Лисов И. Новые похождения марсоходов // Новости космонавтики. 2004. №7
11. Лисов И. Новые роверы отправились на Марс // Новости космонавтики. 2003. №8
12. Лисов И. От Марса до Плутона // Новости космонавтики. 2000. №10
13. Лисов И. От Соландер-Пойнта до Марафонской долины // Новости космонавтики. 2015. №6
14. Лисов И. Планета Марс. Весна 2015-го // Новости космонавтики. 2015. №6
15. Лисов И. «Последний парад наступает…» // Новости космонавтики. 2010. №3, 5
16. Лисов И. Снова на свободе! Третье полугодие марсоходов // Новости космонавтики. 2005. №9
17. Лисов И. Три года и четыре долины. Путешествие марсохода Opportunity // Новости космонавтики. 2018. №6
18. Лисов И. У «марсиан» очередной юбилей // Новости космонавтики. 2006. №3
19. Лисов И. Opportunity в беде // Новости космонавтики. 2018. №10
20. Массер Д. Марсианская одиссея: красная планета не жалует незваных гостей // В мире науки. 2004. №6
21. Павельцев П. Марсоход на Кейп-Йорке // Новости космонавтики. 2012. №3
22. Павельцев П. По краю древнего кратера. Opportunity: сентябрь 2012 — февраль 2014 // Новости космонавтики. 2014. №4
23. Павельцев П. Opportunity идёт на восток… // Новости космонавтики. 2011. №7
24. Павельцев П. Opportunity на холме Матиевича // Новости космонавтики. 2012. №11
25. Первушин А. Завоевание Марса. Марсианские хроники эпохи Великого Противостояния. — М.: Эксмо, Яуза, 2006
26. Georgiou A. No, the Last Words of NASA's Opportunity Rover Weren't 'My Battery Is Low and It's Getting Dark': https://www.newsweek.com/nasa-mars-opportunity-rover-new-york-daily-news-jet-propulsion-laboratory-1334615
27. Pyle R. Destination Mars: New Explorations of the Red Planet. Prometheus Books, 2012
28. Rusch E. The Mighty Mars Rovers: The Incredible Adventures of Spirit and Opportunity. Houghton Mifflin Harcourt, 2012
29. Squyres S. Roving Mars: Spirit, Opportunity, and the Exploration of the Red Planet, 2005
30. Vertesi J. Seeing Like a Rover: How Robots, Teams, and Images Craft Knowledge of Mars. University of Chicago Press, 2015