Российский прибор «ДАН» ищет воду на Марсе

За первые 100 дней работы «Кьюриосити» ДАН произвел 120 измерений. На пресс-конференции в ИКИ ученые рассказали о том, что же было обнаружено.

Для чего мы изучаем другие планеты, в частности, Марс? С разными целями. Одна из основных – определить, была ли или возможна ли на них жизнь. Этим среди прочего и занимается марсоход НАСА «Кьюриосити», в августе совершивший мягкую посадку на Красную планету – в районе кратера Гейла.

Недавно в прессе появились сообщения, что марсоход посредством установленного на его борту научного инструмента SAM (Sample Analysis at Mars) обнаружил вещество, состоящее из атомов углерода, водорода и хлора. Сразу же поползли слухи: вот оно – свидетельство жизни на Марсе! Однако, по словам Игоря Митрофанова, заведующего лабораторией космической гамма-спектроскопии ИКИ РАН, пока сложно сказать, имеет ли это органическое соединение биологическое происхождение или является следствием присутствия на планете самого марсохода. То есть вопрос стоит так: местного ли происхождения это вещество или было занесено на марсианскую поверхность самим «Кьюриосити».

Как уверил директор ИКИ РАН Лев Зеленый, к космическим аппаратам, совершающим межпланетные перемещения, применяют так называемые меры планетного карантина – аппараты тщательно стерилизуют, чтобы они не занесли на исследуемую планету жизнь с Земли. Ему вторит ведущий научный сотрудник лаборатории космической гамма-спектроскопии ИКИ Максим Литвак: в частности, на «Кьюриосити» была применена специальная очистка ковшика, который производит забор проб грунта с поверхности Марса. Однако стопроцентной гарантии охраны окружающей среды планеты-соседки это все равно не дает. Вместе с тем, Лев Зеленый считает: даже если марсоход и привезет на Марс что-нибудь «новенькое», едва ли оно сможет распространиться по планете настолько быстро, что сам же «Кьюриосити» его и обнаружит в другой точке планеты.

То, что Марс вполне пригоден для жизни, было ясно и раньше, без «вмешательства» «Кьюриосити» - ранее ученые обнаружили на поверхности планеты русла высохших рек. Вообще Марс и Земля в «молодости» были очень похожи друг на друга, уверен Игорь Митрофанов. И это дает основания полагать, что на Красной планете тоже была жизнь. Но, чтобы это доказать, нужно найти на ее поверхности не органические, а биологические структуры. По словам Льва Зеленого, специалисты называют их биомаркерами – это биологические вещества, которые свидетельствуют о наличии жизни. Вместе с тем, важно знать, имеют ли они такой же генетический код, как и вещества земные. Если да, то это станет подтверждением так называемой теории панспермии.

Российский прибор «Динамическое альбедо нейтронов» (ДАН), расположенный на борту «Кьюриосити», фактически тоже призван обнаружить марсианскую жизнь, ведь источник жизни – вода, а ДАН ищет именно воду. Вернее, водород – один из двух ее составляющих. Участие России в проекте «Марсианская научная лаборатория»/марсоход «Кюриосити» (Mars Science Laboratory/Curiosity) определено Исполнительным соглашением между НАСА и Роскосмосом, по заказу которого в ИКИ РАН был создан прибор «Динамическое альбедо нейтронов». В состав прибора входят импульсный источник (генератор) нейтронов и приемник нейтронного излучения. Генератор выпускает в сторону марсианской поверхности короткие, но мощные импульсы нейтронов. Продолжительность такого импульса – около 1 мкс, мощность потока – до 10 миллионов нейтронов за один импульс, энергия – 14 МэВ. В целом, по словам Игоря Митрофанова, процесс чем-то похож на флюорографию. Частицы проникают в грунт Марса, где взаимодействуют с ядрами основных породообразующих элементов. В ходе таких взаимодействий быстрые нейтроны замедляются и теряют свою энергию. Часть из них поглощается в грунте, а часть выходит обратно на поверхность, где и регистрируются приемником нейтронного излучения. На основании полученных данных прибор определяет глубину проникновения нейтронов и состав приповерхностного грунта. Нейтроны ДАНа способны проникать в грунт Марса на глубину до 1 метра, при этом точность измерений обеспечивается на глубине 50-70 см.

Кроме обследования поверхности посредством ее облучения короткими импульсами нейтронов (активное обследование), аппаратура ДАН проводит мониторинг естественного радиационного фона поверхности Марса (пассивное обследование). Как сообщил Максим Литвак, первое время ему и его коллегам приходилось тратить очень много времени на управление приборами аппарата – они буквально жили в лаборатории. Работа шла в три смены. Первая собирала поступавшие данные, вторая – анализировала их и делала предложения по дальнейшей деятельности ДАНа, третья – претворяла данные предложения в жизнь. Сейчас эти операции выполняются уже единым блоком. Правда, поскольку «Кьюриосити» - проект американский, а американцы предпочитают реализовывать все операции с марсоходом в дневное время суток, россиянам – из-за разницы во времени между нашей страной и Штатами – зачастую приходится трудиться по ночам.

За первые 100 дней работы «Кьюриосити» ДАН произвел 120 измерений: половина из них – активные, половина – пассивные. Они происходили как при движении марсохода, так и во время его остановок. По словам Игоря Митрофанова, результаты позволяют говорить о двухслойности марсианского грунта. У самой поверхности он сухой – содержание воды по массе не превышает 1% - так же, как и в чилийской пустыне Атакаме. Но на глубине до метра находится грунт с относительно высоким содержанием воды, которое значительно изменяется вдоль трассы движения и в отдельных местах превышает 4% по массе. Один из таких участков — район Rocknest, где марсоход проводит длительное – около месяца – изучение свойств грунта. Вполне вероятно, на большей глубине влажность возрастает, однако пока уровень технических возможностей не позволяет это узнать. Важность для исследователей представляют именно глубокие слои марсианского грунта. Если верхний слой подвергается воздействию ветров и пыльных бурь и постоянно изменяется, то грунт на глубине таких изменений не претерпевает и в наибольшей степени подходит для того, чтобы судить об эволюции планеты.

Еще одна интересная особенность Марса – здесь содержится в 5 раз больше дейтерия (тяжелый водород, стабильный изотоп водорода с массовым числом 2), чем на Земле. Ученые объясняют это отсутствием у Красной планеты магнитного поля.

Основу для ДАНа – генератор нейтронов – изготовили во ВНИИ автоматики имени Н.Л.Духова. Как рассказал заместитель научного руководителя ВНИИ автоматики Юрий Бармаков, институт был создан в 1954 году и до начала 90-х годов работал исключительно на оборонную промышленность, среднее машиностроение и атомную энергетику. С распадом Советского Союза институт начал искать свою нишу на рынке. Были выбраны несколько гражданских направлений деятельности, в основе которых – достижения в оборонной тематике. Благодаря этому ВНИИ не только выжил, но и прошел период развития. Сегодня направления деятельности, сформировавшиеся в конце прошлого века, сохраняются. Одно из них – создание автоматизированных систем управления технологическими процессами на АЭС. Это надежное современное оборудование, успешно конкурирующее с продукцией многих западных фирм. Другое направление – создание портативных нейтронных генераторов, источников нейтронного излучения. Весом всего в несколько килограммов, они способны реализовывать внутри себя очень сложные физические явления – по сути, нецепные термоядерные реакции трития и дейтерия в миниатюрном ускорителе. Подобное оборудование успешно служит народному хозяйству: помогает разведывать нефть и другие полезные ископаемые, отделять нефть от воды на глубине до 5-7 км, просматривать багаж пассажиров транспорта, не открывая его.

По признанию Юрия Бармакова, когда ВНИИ автоматики поручили изготавливать оборудование для космоса, сотрудники института испытали сильное волнение. Необходимый для проекта ДАН нейтронный генератор был похож на те, что изготовлялись здесь раньше, но все же имел принципиальные отличия. Перед запуском в космос прибор прошел множество испытаний на Земле, где его подвергали всем нагрузкам, которые он испытает по пути на Красную планету и на ней самой. Юрий Бармаков не скрывает: подобное оборудование способны производить также и в США, Франции, Китае, но всего 5-7 компаний в мире. Однако в космос ни один нейтронный генератор еще не летал.

Исследования, проводимые сегодня при помощи прибора ДАН, станут базой для экспедиции человека на Марс, которая произойдет в ближайшие десятилетия. В этом убежден Игорь Митрофанов. Подготовлена она будет роботами, которые смогут создать на Красной планете необходимую инфраструктуру – накопить запасы кислорода, воды, горючего. Поэтому, скорее всего, отправившись в экспедицию, ни воду, ни горючее на обратную дорогу с собой транспортировать не придется. Путь держать нужно в район марсианского экватора – там условия более комфортные. Правда, как во время этого ответственного путешествия решить проблему космической радиации, пока никто не знает.