Opportunity
В результате, самым объективным средством определения его пробега могло быть только прямое наблюдение следов на поверхности Луны. К счастью, сегодня такая возможность у ученых, да и любого из нас, имеется благодаря космическому аппарату LRO. Его камера высокого разрешения LROC уступает только камере HiRise (его марсианского собрата MRO). Но, благодаря орбите в несколько раз ниже, LROC способна передавать практически аналогичные камере HiRise по детализации снимки: в исключительных случаях до 20 см на пиксель, но в основном режиме работы – 50 см на пиксель. Этого вполне достаточно, чтобы обнаружить на естественном спутнике Земли «Луну-21», которая доставила «Луноход-2» на поверхность, и сам «Луноход-2». Правда, для него LRO снизился в два раза и снял с детализацией 30 см на пиксель:
Над анализом спутниковых снимков работали две научные группы из России: из Московского государственного института картографии и из Института геохимии и аналитической химии. Работу возглавляла Ирина Карачевцева – руководитель Картографической группы, Комплексной лаборатории исследования внеземных территорий МИИГАиК. Со стороны NASA работала одна научная группа.
Ученые тщательно проследили весь маршрут «Лунохода-2» и определили его пробег в 42,2 километра. То есть, из-за несовершенного средства определения пройденного расстояния, не досчитались более 5-ти километров. Правда, потом пересчитали и определили реальный пробег в пределах 39-ти километров.
Методы замера пройденного расстояния у марсоходов принципиально другие. У них для расчета пробега используется комплексная система, в которую входит трехосевой акселерометр и трехосевой датчик уровня. Показания этих датчиков учитываются при расчетах пробега, основанных на оборотах колес. Но даже так легко ошибиться из-за пробуксовок. А их на веку у Opportunity было немало на песчаном грунте.
Главное средство для подсчета пробега марсоходов называется VisOd (Visual Odometry). Если посмотреть на снимки их следов, то можно заметить неоднородность следа, оставляемого рисунком на колесах. Прямые насечки, отличающиеся от основного рисунка – это и есть маркеры для визуальной одометрии.
Такой же принцип используется и у марсохода Curiosity. И пробег считает программа, но ее показания могут периодически контролировать вручную.
Вернемся к «Луноходу-2». Можно гордиться его впечатляющим результатом, но надо вспомнить, что и луноходы и марсоходы создавались прежде всего для изучения иноземных тел, а не для накрутки километров.
Проблема в то, что партийное руководство СССР смотрело только на пробег. Идеологическая машина, которая оперировала понятиями «догоним и перегоним», оказалась неспособна на понятия «изучим и переизучим». Профессор ГЕОХИ РАН Александр Базилевский, который помогал и в поисках «Лунохода-2» и «Марса-3», так описывал события, в которых участвовал сам: «Как только Луноход натыкался на какой-нибудь интересный камень и геологи просили остановиться, чтобы подробнее его исследовать, руководство заявляло: «Это луноход, а не луностоп. Только вперед!»
Марсоходами управляют геологи. Это объясняет, почему марсоход Curiosity движется примерно в сорок раз медленнее «Лунохода-2». Да и раллийные успехи Opportunity – это результат его исследовательской деятельности. Примерно половину общего пробега он преодолел, только пересекая неинтересные просторы, которые уже были хорошо изучены.
Научная группа Opportunity исправно ждала, пока пробег марсохода преодолеет отметку в 40 километров, чтобы, наконец, можно было «открыть шампанское».
В память о предыдущем чемпионе межпланетного ралли, операторы марсохода дали название «Луноход-2» небольшому метеоритному кратеру, встреченному на пути. Правда, пока это неофициальное название, актуальное только для научной группы NASA.
Opportunity же более 10 лет продолжает свою миссию на равнине Меридиана. Сейчас он движется вдоль горной гряды Murray Ridge, которая является кольцевым валом древнего кратера Индевор. Взору марсохода открываются внушительные скальные утесы и обширная равнина на дне кратера, по которой проносятся вихри называемые «пыльными дьяволами», а над головой проносятся тонкие, но заметные облака.
К сожалению, у марсохода практически не осталось работоспособных приборов, которыми можно было бы изучить открывающийся простор для науки. Действуют только фотокамеры, использующие расширенный набор светофильтров, позволяющий рассмотреть образцы в спектрах, недоступных человеческому глазу.
Также доживает последние годы радиоизотопный рентгеновский спектрометр APXS, который пока еще позволяет определять примерное содержание химических элементов в анализируемых образцах. Правда, держать на образце его уже приходится несколько суток, тогда как в начале экспедиции ему было достаточно нескольких часов.
4.3. MRO: вода на Марсе
Наличие воды на Марсе давно не является секретом. Уже сейчас примерно оценены запасы водяного льда на полюсах, обнаружены ледники в средних широтах; известно, что даже в экваториальном грунте «Красной планеты» концентрация воды местами достигает десятой части от массы грунта. Однако в своем большинстве данные о содержании воды на Марсе получены при помощи радаров или нейтронных спектрометров. А, собственно, посмотреть на марсианский лед удается редко. И вот в 2017 году подобная встреча, наконец, произошла: орбитальный телескоп HiRise на борту Mars Reconnaissance Orbiter сумел заснять залежи льда на склонах оврагов в средних широтах, и ученые впервые смогли взглянуть на марсианские ледники в профиль.
Полярные льды Марса астрономы рассмотрели еще в XIX веке – это одни из самых заметных деталей его поверхности. Правда, в прежние века астрономии считалось, что полюса Красной планеты покрывает исключительно замерзшая вода. Пока оптические средства были недостаточно высокого качества, многие пробелы в знаниях о Марсе приходилось закрывать земными аналогиями и оптимистическими ожиданиями. Именно из таких ожиданий выросла иллюзия марсианских каналов, которая продержалась до самого начала космической эры. Астрономы могли спорить о происхождении каналов: искусственном или естественном, но большинство не сомневалось в их существовании.
Mars Reconnaissance Orbiter
Крест на судьбе марсианских каналов поставил зонд NASA Mariner-4, который в 1964 году впервые сделал снимки достаточного качества поверхности планеты с близкого расстояния. Открывшиеся исследователям пейзажи разрушили все надежды на «землеподобность» Марса. В 1973 году советский орбитальный аппарат «Марс-5» передал первые цветные снимки – это были фотографии рыжей безводной и безжизненной пустыни.
В 1976 посадочные аппараты Viking-1 и 2 взяли пробы грунта и определили содержание в нем воды – не более 3 %. К тому времени было уже известно, что сезонная изменчивость полярных льдов и рост полярных шапок в зимнее время определяется не водяным, а «сухим» углекислотным льдом. И только не изменяющиеся с течением года белые пятна на полюсах – это второй слой льда, уже водяной.
Viking Lander
Повторное открытие марсианской воды началось в 2002 году с выводом на рабочую орбиту у четвертой планеты спутника NASA Mars Odyssey. Составной частью его прибора Gamma Ray Spectrometer был российский нейтронный спектрометр HEND. Регистрируя скорость нейтронов, вылетающих из грунта Марса под ударами космических частиц, HEND определял концентрацию водорода, который замедляет нейтроны. Водород в свободной форме содержаться в грунте Марса не может, поэтому его обнаружение в грунте позволило бы предположить там наличие воды или водяного льда. К 2007 году была построена полная карта распределения воды в приповерхностном слое глубиной до 1 метра: к сожалению, глубже методом нейтронной спектроскопии не заглянуть. Данные даже о неглубоком распределении воды оказались неожиданными для многих – вода нашлась, и, местами, в избытке.
Согласно данным HEND, концентрация воды в приповерхностном слое у экватора составила около 5 % и постоянно возрастала к полюсам, достигая 90 %. В 2008 году результаты орбитального зондирования подтвердились уже с поверхности, посадочным модулем Phoenix. Аппарат сел на высокой 68-й широте северного полушария планеты. Копнув грунт, Phoenix нашел замерзшую воду всего в нескольких сантиметрах от поверхности.
В 2006-м на спутник NASA MRO добавили радар SHARAD, а в 2007-м – радар MARSIS на европейский спутник Mars Express. Они получили возможность «просвечивать» недра Марса на глубины до 3 километров и не только обнаружили слои льда под поверхностью, но и измерили мощность полярных шапок. Оказалось, Южный полюс Марса прикрыт 3,5 километрами водяного льда, а Северный – 1,7 километра. Если растопить эту воду, то океан зальет всю планету на 21 метр в глубину (если не учитывать рельеф и перепады высот). И это не предел: когда-то воды на ныне «иссохшем» Марсе было в 6,5 раз больше.
На MRO установлена самая «дальнобойная» камера, которая когда-либо добиралась до Марса. Телескоп HiRise обеспечивает съемку поверхности с разрешением до 25 см с высоты 250 километров, так чтобы с его помощью можно было разглядеть «обитателей» планеты – спускаемые аппараты и марсоходы. На его снимках удалось найти спускаемый аппарат «Марса-3», смог HiRise и больше рассказать о марсианской воде. Наблюдение за обрывистыми краями полярных шапок дало возможность изучить их слоистую структуру и увидеть настоящую внеземную лавину.
Оказалось, что подобные процессы и сегодня не замерли в тонкой марсианской атмосфере, и изменениям подвержен не только углекислотный лед, но и водяной.
Еще более интересные результаты дало наблюдение за средними широтами. На Марс продолжают падать метеориты, и свежие кратеры в пустынных, казалось бы, равнинах, обнажают залегающий под поверхностью лед.