«Кьюриосити»: история, цели, результаты

18.03.2013 Команда ученых и инженеров, управляющих «Кьюриосити», сообщила на пресс-конференции в Вашингтоне о том, что древний Марс был пригоден для существования жизни. Фактически, это означает, что ровер, опустившийся на поверхность Красной планеты в августе прошлого года, успешно выполнил свою миссию.

Сразу следует оговориться, что «Кьюриосити» не собирается останавливаться на достигнутом. В апреле он уходит в вынужденный «отпуск», вызванный тем, что Марс будет заслонен Солнцем и связь с Землей станет невозможна. После этого, в мае, ученые собираются повторить бурение осадочных пород (того самого «Джона Клейна», камня, выбранного за свои необычные светлые прожилки) и вновь провести анализ полученных образцов. Возможно, «Кьюриосити» проведет даже несколько таких бурений, однако рано или поздно он продолжит свое путешествие к подножию горы Шарп, расположенной в центре кратера Гейла. Пока же вторая фаза исследовательской миссии не началась, имеет смысл подвести некоторые итоги пребывания ровера на поверхности Красной планеты и подумать, что же означают полученные результаты.

С самого начала исследований Марса интерес ученых был прикован к возможности существования на нем жизни. Это понятно: Марс более всех остальных планет похож на Землю, а в прошлом, до того как Красная планета успела остыть, сходство было еще более значительным.

Поиск следов жизни проводился еще при помощи «Викингов» — самых первых аппаратов, успешно опустившихся на поверхность Марса. Они, как и «Кьюриосити», были оборудованы сходными приборами: масс-спектрометром и газовым хроматографом. Впрочем, названия не должны сбивать с толку, ведь современные приборы похожи на те, которые использовались в семидесятые годы прошлого века, разве что принципом работы и названием.

При всем успехе «Викингов», поиск с их помощью жизни был все-таки в некотором смысле фальстартом. Поверхность Марса оказалась стерильна, а анализ органических соединений дал противоречивые результаты. Исследователи Красной планеты решили сделать шаг назад и заняться не биологией, а геологией.

Логика, которой руководствовались исследователи, проста: жизнь требует существования жидкой воды, и прежде чем искать следы жизни, необходимо найти следы воды. Именно эти задачи ставились перед следующим поколением спускаемых аппаратов, — «Соджернером», «Спиритом», «Оппортьюнити» и «Фениксом». Огромную роль в поиске воды сыграли орбитальные зонды — «Одиссей» и MRO. Все эти исследования позволили установить, что планета обладает большими запасами воды, а ранее была покрыта обширными морями и имела полноценную систему рек.

Впрочем, справедливо утверждали скептики, само по себе большое количество воды не говорит о том, что она могла быть пригодна для жизни. Возможность ее существования в воде зависит от химического состава последней. Если вода представляет собой, например, насыщенный раствор соли, то надеяться на обнаружение каких-либо микроорганизмов в таком растворе не приходится. Поэтому исследования, направленные на изучение состава воды, когда-то покрывавшей Марс, стали одной из самых главных задач «Кьюриосити».

Геолог на ядерном топливе

Как можно установить состав воды, которая когда-то покрывала Марс? Ученые используют для этого изящный косвенный способ — изучение осадочных пород. Хотя сейчас поверхность планеты безжизненна, покрыта окислами железа и подвержена космическому облучению, внутри осадочных пород можно застать планету такой, которой она была, когда эти породы только формировались.

Все предыдущие аппараты не могли этого сделать, потому что не были оснащены инструментами, способными проникнуть под поверхность камня. Ближе всего к изучению внутренней структуры марсианских пород подошел «Спирит», оснащенный специальными щетками — RAT. «Кьюриосити» же является первым аппаратом, который обладает полноценным буром и способен проникать в породу на глубину до пяти сантиметров.

Здесь следует упомянуть, что эта глубина впечатляет не всех ученых. Сильное космическое излучение на Марсе проникает внутрь породы и на глубине до десяти сантиметров способно разрушать практически любую органику. Если бы инженеры смогли сделать бур подлиннее, можно было бы с большими основаниями надеяться на обнаружение интересных соединений.

Способ, при помощи которого «Кьюриосити» исследует воду древнего Марса, связан с механизмом образования осадочных пород. Поэтому место, предназначенное для посадки ровера, было выбрано именно под эту задачу.

Кратер Гейла, где опустился «Кьюриосити», представляет собой скопление пород, которые откладывались на дне углубления многие миллионы лет. Считается, что по крайней мере некоторую часть этого времени отложения образовывались из воды, заполнявшей кратер. Как долго это продолжалось — спорный вопрос, но в конце концов вода в кратере исчезла, а в его центре благодаря сильному выветриванию образовалась гора Шарп. Она фактически представляет собой слоеный пирог из осадочных пород и поэтому содержит информацию о миллионах лет истории Марса. Подножие горы должно стать конечной точкой путешествия «Кьюриосити».

Само место посадки аппарата в кратере Гейла тоже было выбрано не случайно, а определилось в ходе долгих дебатов. Оно является не просто удобной площадкой, а представляет научный интерес: в месте, где на Марс опустился ровер, ранее находился эстуарий реки, спускавшейся с возвышения кратера. Как и на Земле, река должна была принести с собой ил и взвесь, которая способна многое рассказать о характере реки и составе воды. Даже если бы во время спуска с аппаратом что-то случилось и он оказался бы не способен отправиться к горе Шарп, «Кьюриосити» мог бы достаточно продуктивно провести время там, где он исходно оказался. К счастью, посадка прошла удачно и к резервному сценарию прибегать не пришлось — марсоход отправился в путь.

Первой целью его путешествия стал район кратера, получивший название Гленелг. Как показали снимки при помощи орбитального аппарата MRO, здесь пересекаются три геологических типа марсианской почвы. Район расположен всего в 400 метрах от места посадки, но по пути к нему «Кьюриосити» делал периодические остановки и уже успел получить некоторые интересные результаты.

Первое значительное открытие удалось совершить уже спустя два месяца пребывания на Марсе. 27 сентября стало известно, что аппарат обнаружил русло пересохшего ручья. Конечно, водные каналы были найдены на Марсе задолго до этого, однако, именно «Кьюриосити» удалось первым обнаружить настоящую гальку, — она почти не отличалась от земной. Ученые даже смогли оценить скорость воды в таком ручье — по их словам, она составляла около одного метра в секунду. Открытие еще раз подтвердило правильность выбора места посадки, но, конечно, ничего не рассказало о химическом составе марсианской воды.

В начале октября команда «Кьюриосити» сообщила об исследовании попавшегося на пути к Гленелгу камня «Джейк Матиевич». Этот небольшой булыжник стал первым объектом, который марсоход одновременно изучил двумя приборами — ChemCam и APXS. Первый, самый футуристичный из всего впечатляющего набора инструментов, позволяет испарить при помощи лазерного луча кусочек породы и определить ее химический состав по образующемуся свечению. APXS позволяет более подробно исследовать структуру минерала, облучая его альфа-частицами и наблюдая за их отражением.

«Джейк» оказался интересным объектом — он состоял преимущественно из полевого шпата и имел пониженное содержание магния и железа, — свойства, которые раньше не находили ни «Спирит», ни «Оппортьюнити». Тем не менее, исследования «Джейка» ничего не дали для изучения воды, ведь этот камень имел вулканическое происхождение.

Следующим важным этапом работы «Кьюриосити» стало исследование пылеобразного марсианского грунта в рентгеноструктурном спектрометре CheMin. Этот прибор дает гораздо больше информации о минералах, так как исследует не только их химический состав, но и кристаллическую структуру.

Анализ показал, что грунт примерно наполовину состоит из аморфного вулканического песка, а другую половину объема занимают продукты выветривания кристаллизованных вулканических пород — полевого шпата, пироксена и оливина. В своем сообщении исследователи сравнивали такой грунт с земными вулканическим породами, которые встречаются на Гавайях. Нельзя сказать, что эти результаты были неожиданными, скорее наоборот. Важнее было то, что ровер в деле испытал один из самых мощных своих приборов, предназначенных, по большому счету, прежде всего для анализа продуктов бурения.

Пока в конце 2012 года ровер приближался к Гленелгу, на Земле произошла странная история, связанная с его данными. Сначала научный руководитель миссии Джон Гротцингер в радиоинтервью рассказал о неких данных, которые «войдут в учебники истории», а затем и глава Лаборатории реактивного движения (JPL, подразделения NASA) в обход официальных каналов поведал журналистам о том, что «Кьюриосити» (по его, Гротцингера, мнению) обнаружил на Марсе органические вещества. В итоге история кончилась тем, что надежно доказать удалось только наличие перхлората — простого соединения хлора и кислорода. Те же соединения углерода, которые были первоначально обнаружены, оказались продуктами реакции перхлората с углеродом с Земли.

Бурение

Наконец, в середине января 2013 года, спустя полгода после начала работы, «Кьюриосити» выбрал цель для первого бурения. Ею оказался камень, названный исследователями «Джоном Клейном» по имени одного из руководителей миссии, умершего в 2011 году. Даже по первым фотографиям камня было понятно, что цель выбрана необычная. «Джон Клейн» содержал большое количество белых прожилок, которые, по словам геологов, практически наверняка представляют собой сульфат кальция, или, проще говоря, гипс. Точно такие же прожилки встречаются и в земных минералах — они образуются при движении воды в трещинах.

4 февраля ровер пробурил поверхность «Джона Клейна» и получил образцы из глубины камня. Порошок породы, полученный в ходе бурения, отправился в спектрометр CheMin и самый крупный прибор марсохода — газовый анализатор SAM (Sample Analisys at Mars). Результаты анализов стали известны лишь месяц спустя.

Ученые выяснили, что примерно на 20 процентов исследованный камень состоит из мелкодисперсных осадочных пород, остальную же часть занимают вулканические минералы. Эта мелкодисперсная часть представляет собой фактически спрессованную глину, которая почти ничем не отличается от той, которую можно встретить на Земле в руслах высохших рек. Она образуется в результате постепенного осаждения взвеси из воды.

Состав исследованных пород говорил о том, что вода, из которой они осаждались, была вполне обычной, нейтральной и относительно несоленой. Возможно, ее даже можно было пить. Но самое интересное заключалось в том, что в осадочных породах присутствовала сера в разных химических формах, которая могла служить источником энергии для бактерий. Такие микроорганизмы хорошо известны на Земле — они переводят одно вещество в другое и извлекают из этого энергию. Исследования показали, что они могли существовать и на Марсе.

Следует подчеркнуть, что обнаружение условий, пригодных для жизни, безусловно, не означает самого наличия жизни (хотя легкость путешествия метеоритов с планеты на планету заставляет задуматься на эту тему). Точно так же о наличии микроорганизмов ничего не говорит существование для них источника энергии — до сих пор «Кьюриосити» не получил ни одного однозначного свидетельства в пользу их существования. Тем не менее, пока что полученные результаты выглядят очень обнадеживающе и в данном случае звучат как твердое «может быть».

Александр Ершов

Lenta.ru