«Разведчик» решил большинство проблем, волновавших ученых. Так, при помощи спектрометра CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) им удалось обнаружить залежи карбонатов (солей угольной кислоты), которые так и не сумел найти «Марс Глобал Сервейор». Тогда же ареологи выявили и многочисленные районы, содержащие древние глины (филлосиликаты и гидратированные сульфаты), сформировавшиеся свыше 3,5 млрд лет назад.
Европейский межпланетный аппарат «Mars Express»
Параллельно европейский аппарат «Марс-Экспресс» запечатлел береговую линию древнего океана, который располагался в северном полушарии, занимая треть планеты. Наличие его следов подтвердил позднее и «Марс Реконессанс орбитер». Почти тридцать высохших рек из пятидесяти двух, обнаруженных ареологами на Марсе, имели некогда общее русло с этим северным океаном. Сегодня считается, что он был глубиной до 500 м, и в нем содержалось около 124 млн м3 воды, что примерно в десять раз меньше земных запасов.
Так ученые доказали, что в истории Марса были достаточно продолжительные периоды, когда вода существовала в жидком виде, оказывая влияние на облик планеты. Однако чтобы доказать ее современное наличие в виде льда и исключить ошибку интерпретации приборных данных, понадобился еще один хитрый эксперимент. 25 мая 2008 года стационарная лаборатория «Феникс» совершила мягкую посадку на северном полюсе Марса. Этот аппарат был снабжен мощным манипулятором, который тут же вырыл в грунте канаву, обнажив скрытый под ним лед. Рассчитанный на три месяца «Феникс» проработал до ноября того же года и подтвердил: ошибки быть не может, под слоем ржавого грунта действительно находится замерзшая вода.
Американский межпланетный аппарат «Phoenix»
Если суммировать современные представления научного сообщества о Марсе, то историю красной планеты можно описать так. Формирование Марса в виде твердого стабильного тела Солнечной системы завершилось 4,5 млрд лет назад. В то время у него была достаточно плотная атмосфера, которая удерживала солнечное тепло (парниковый эффект), что позволяло не замерзнуть и не испариться многочисленным водоемам.
Процесс испарения льда в канавках, выкопанных аппаратом «Phoenix» в грунте на северном полюсе Марса
Время от времени на Марс падали метеороиды и кометы – «мусор», оставшийся после формирования Солнечной системы из протопланетного облака (точно такой же бомбардировке подвергались все «внутренние» планеты, включая Землю), что способствовало тектонической активности и стимулировало процессы зарождения простейших форм жизни. Этот теплый и благоприятный для возникновения биосферы период называют «ноахием» (эпоха Ноя, Noachian epoch) по региону Земля
Ноя (Noachis Terra), который почти в неприкосновенности сохранился с тех давних пор. Он продолжался 800 млн лет – до рубежа в 3,7 млрд лет. Затем (или прямо в ходе ноахия) произошло какое-то катастрофическое событие – на Марсе вдруг развилась бурная вулканическая активность (к примеру, начали извергаться огромные вулканы в регионе Фарсида, Tharsis), появились крупные ударные кратеры, лежащие на одной дуге большого круга: Аргир, Эллада, Исида, Тавмасия, Утопия (Argyre, Hellas, Isidis, Thaumasia, Utopia). Скорее всего, на Марс упал металлический астероид размером 1000 км; причем перед падением он под действием гравитации Марса развалился на несколько кусков. Понятно, что катастрофа коснулась всей планеты – колоссальные потоки лавы и кипящей воды понеслись по ней, сметая все на своем пути. Миллионы тонн камней и пепла были выброшены в атмосферу и космос; некоторые из обломков долетели даже до Земли, и сегодня в Антарктиде находят так называемые «марсианские метеориты». Сама планета повернулась на 90°, старые полюса оказались на экваторе. Глобальная буря продолжалась миллионы лет – в период, названный «гесперием» (Hesperian epoch) опять же в честь одноименного района Плато Гесперия (Hesperia Planum). Именно тогда сформировался великий северный океан и огромные водоемы южного континента. Примерно 3,4 млрд лет назад снова произошло нечто катастрофическое – возможно, в северный океан упало еще одно космическое тело диаметром 2000 км. В результате чудовищного удара образовалась Великая Северная Равнина (Vastitas Borealis), дно которой лежит на 4–5 км ниже среднего радиуса планеты. Огромные слои грунта и коры планеты были выброшены в небо и упали в противоположном полушарии. Часть обломков осталась на низкой орбите, «слепившись» потом в спутник Фобос. Вновь заработали вулканы, и начал извергаться новый и самый огромный из них – Олимп (Olympus Mons). Ударная волна вызвала перенапряжение в коре Марса, и планета буквально лопнула: на ее лике появился уродливый шрам в виде Долины
Маринеров (Valles Marineris). В атмосферу поступило такое количество диоксида серы и сероводорода, что практически вся вода стала «кислой», и на планете долго шли дожди из серной кислоты. Во второй половине гесперия Марс начал терять атмосферу и быстро остывать, 3 млрд лет назад вступая в третью и последнюю эру, названную «амазонием» (Amazonian epoch). Химически активные процессы привели к формированию железных окисей (ржавчины), покрывших всю планету. Марс стремительно покраснел.
Марсианские дюны на территории Земли Ноя
Реконструкция истории Марса, сделанная учеными, производит впечатление и оставляет надежду найти там если не инопланетную жизнь, то хотя бы ее следы, сохранившиеся со времен ноахия. Однако у сторонников новой «катастрофической» концепции формирования Марса есть оппоненты. Они говорят, что большая часть обнаруженных месторождений глин, судя по минералогическому составу, не контактировала с атмосферой, т. е. всю историю водные потоки находились под слоями грунта (гидротермальные системы), а великий северный океан был скован льдом. Те глины, состав которых указывает на формирование под открытым небом, обнаружены в сравнительно молодых образованиях (долины рек и озерные бассейны), появившихся на изломе эпох – между поздним ноахием и ранним гесперием. Это может быть объяснено как космической бомбардировкой, так и естественным ростом вулканизма, «разогревшим» планету. Кроме того, оппоненты напоминают, что датировка элементов марсианской поверхности основана исключительно на подсчете числа кратеров по аналогии с Луной, но если красная планета неоднократно подвергалась чудовищным космическим ударам, сопровождавшимся выбросами части коры в космос, то такой метод теряет достоверность. Образование Великой Северной равнины могло произойти не 3,4 млрд лет назад, а в раннем ноахии – и тогда вся история Марса выглядит как медленное угасание изначально обреченного мира, где никогда не было периодов, благоприятных для возникновения жизни. То есть сначала был холодный вымороженный мир, потом по нему ударили огромным астероидом, в результате чего он покипел и поиспарялся, а затем снова остыл, вернувшись к первозданному, хотя и несколько «помятому» виду.
Спор между учеными о том, как выглядел древний Марс, может продолжаться долго, поэтому для его разрешения НАСА запланировало новую миссию – 26 ноября 2011 года в космос отправился американский планетоход «Кьюриосити» (“Curiosity”, MSL, “Mars Science Laboratory”, с англ. «Любопытство»). Новый аппарат разительно отличается от предшественников, в том числе и по массе. Если вес «Марс Реконессанс орбитер» составлял 2180 кг, то стартовая масса нового аппарата – 3839 кг. При этом комплекс MSL делится на три основные части: перелетная ступень, обеспечивающая полет по траектории от Земли к Марсу; система обеспечения входа в атмосферу, торможения и посадки; сам марсоход массой 899 кг.
Кратеры на плато Гесперия
Основная цель проекта была сформулирована так: исследование и описание конкретного района Марса с проверкой наличия там в прошлом или настоящем природных условий, благоприятных для существования жизни (вода, энергия, химические вещества). Фактически к старому лозунгу марсианских исследований «Ищи воду!» новый марсоход добавляет: «Ищи углерод!» Биологический «потенциал» зоны посадки ученые предполагали определить на основе анализа наличия и количества органических соединений и тех химических элементов, которые являются основой жизни, а также путем поиска ее внешних проявлений. Параллельными задачами, как и раньше, является описание геологии и геохимии района посадки на всех возможных пространственных масштабах, изучение планетарных процессов, которые могли иметь отношение к жизни в прошлом, а также исследование радиационной обстановки.
Для выполнения научной части миссии «Кьюриосити» оснащен комплексом из десяти научных приборов суммарной массой 75 кг, которые подразделяются на обзорные инструменты (размещенные на мачте на высоте около двух метров над грунтом планеты), контактные (выносимые к объекту исследования с помощью манипулятора) и аналитические (для анализа образцов грунта и атмосферы Марса). Для сравнения – марсоход «Оппортьюнити» имеет комплект научной аппаратуры общей массой всего 5 кг, а вес одного лишь анализатора органических соединений SAM (Sample Analysis at Mars) на борту «Кьюриосити» составляет 40 кг. Все научное хозяйство и рабочие части марсохода питаются от расположенного в хвостовой части генератора типа MMRTG, имеющего в своем составе 4,8 кг радиоактивного изотопа плутоний-238 и рассчитанного на четырнадцать лет работы. Полная стоимость проекта составила примерно 2,5 млрд долларов.
Запуск нового марсохода состоялся 26 ноября 2011 года, а мягкая посадка на поверхность соседней планеты произошла 6 августа 2012 года. Доставить рекордный по массе груз оказалось непросто. Поэтому специалисты придумали особую схему посадки, использующую так называемый «небесный кран» (sky crane). Ровно за десять минут до входа в атмосферу десантный комплекс отделяется от перелетной ступени. Затем с помощью двигателей ориентации, работающих сквозь проемы в хвостовом обтекателе, десантный комплекс останавливает вращение, разворачивается теплозащитным экраном вперед и смещает центр тяжести путем отстрела двух балансировочных вольфрамовых грузов массой по 75 кг. После снижения до 11 км и торможения до 405 м/с вводится в действие парашютная система; через 20 секунд отделяется лобовой теплозащитный экран, начинают работать посадочный радиолокатор и видеокамера MARDI (Mars Descent Imager). Еще через некоторое время включаются восемь двигателей регулируемой тяги, после чего происходит разделение с хвостовым обтекателем и увод в сторону. На высоте 20 м происходит подрыв пироболтов, и ровер спускается вниз на трех нейлоновых тросах, по пути расчековывая и переводя в рабочее состояние подвеску и колеса. Все это время он остается соединенным с посадочной ступенью гибким силовым и информационным кабелем. Когда марсоход прочно встает на грунт, посадочная ступень переходит в зависание, три троса и кабель перерезаются пироножами, а ступень на четыре секунды включает двигатели на полную тягу и уходит вверх и назад от места посадки.