Как взять грунт с Марса и не заразить Землю

Европейское космическое агентство (ESA) и НАСА планируют объединить усилия по поиску следов жизни на Марсе: в ходе миссии под названием Daring Mars космические агентства намерены выбросить образцы марсианского грунта на орбиту, собрать их беспилотным космическим кораблем и доставить на Землю, сбросив с парашютом в пустыню Юта. Миссия выглядит вполне выполнимой — в ней, скорее всего, примут участие почти готовый к запуску ровер Mars 2020 и аппарат Mars Express. «Хайтек» рассказывает, что известно о миссии, какова вероятность наличия следов жизни на Марсе и могут ли ученые занести опасные бактерии с Красной планеты на Землю, если контейнер с грунтом разобьется при посадке.

На Марсе правда была жизнь?

Ученые стремятся изучить марсианский грунт, поскольку условия на Красной планете миллиарды лет назад были такими же, как на Земле. Моделирование и годы исследований Марса показали, что на его поверхности когда-то была вода, а планету окружала плотная атмосфера. Сегодня большая часть атмосферы исчезла, а главная цель исследователей — поиск следов бактерий и организмов, которые могли жить на планете, пока на ней существовали благоприятные условия.

История поисков жизни — или ее следов — на Марсе началась в 1965 году с запуска американского исследовательского аппарата «Маринер-4», который облетел планету по орбите и сделал снимки примерно 1% ее поверхности. Первые результаты разочаровали ученых: исследование показало, что на планете нет ни рек, ни океанов, а ее поверхность усеяна кратерами — это свидетельство отсутствия тектонической активности как минимум в последние 4 млрд лет.

Тогда астрономы подтвердили гипотезу о том, что на Марсе отсутствует такое магнитное поле, которое защищает Землю от космических лучей и делает возможным существование жизни на нашей планете. Это означает, что жизнь в той же форме и многообразии, что и на Земле, на Марсе существовать не может.

Вслед за «Маринером» исследованием планеты занялся аппарат «Викинг» — ровер прислал на Землю первые цветные фотографии поверхности Марса, сделанные на месте посадки. На этих снимках исследователи заметили следы эрозии грунта, которые напоминали русла высохших рек. Анализ грунта показал высокую химическую активность в нем, однако обнаружить следы жизнедеятельности каких-либо организмов не удалось. Отрицательный результат дало и тестирование на наличие органических соединений.

Ровер «Феникс», высадившийся в районе полярных шапок Марса в 2008 году, обнаружил недалеко от места посадки следы перхлората (соли хлорной кислоты — «Хайтек») — органического вещества, которое исключает наличие жизни в этом регионе. Тем не менее, аппарат обнаружил на полюсе водяной лед и таким образом доказал существование воды на Марсе. Кроме того, было установлено, что уровень солености грунта теоретически подходит для жизни.

Еще большего успеха добился ровер НАСА Curiosity, который высадился на Марсе в 2012 году и с тех пор собирает данные о климате и геологии планеты. Сначала аппарат обнаружил в породе органические молекулы возрастом около 3,5 млрд лет — пока это главное свидетельство возможного наличия жизни на Марсе в прошлом. Затем — удивительно сложную для планеты скалу, которая состоит из нескольких десятков осадочных слоев. Эта находка указывает на наличие динамичной среды на Марсе в прошлом — ученые полагают, что осадочная порода сформировалась под воздействием ветра и воды.

И, наконец, анализатор газов SAM, установленный на ровере, обнаружил резкий сезонный рост концентрации органического кислорода в кратере Гейла, где проводит исследование аппарат. Зимой и осенью этот показатель составляет 0,16%, а весной и летом вырастает на 30%. Это означает, что на Марсе существует не только вода, но и кислород, хотя и в не достаточной для дыхания концентрации.

Помимо исследований поверхности Марса, ученые провели ряд опытов и смоделировали климат планеты в лабораторных условиях. В частности, биологи из Германского аэрокосмического центра (DLR) поместили собранные на высоте 3,5 тыс. м лишайники и зеленые водоросли из Антарктиды в атмосферу, подобную марсианской. Другими словами, в ней было 95% углекислого газа, около 4% азота и аргона, а также менее 1% кислорода и водяного пара. В течение 34 суток растения не только не погибли, но и сохранили способность к фотосинтезу. Эксперимент показал, что на Марсе может существовать жизнь — однако до сих пор ее следов обнаружить не удалось.

В чем суть новой миссии?

После нескольких попыток изучить марсианский грунт в среде происхождения ученые решили доставить его на Землю и исследовать в лаборатории. Это главная задача миссии Daring Mars — собрать образцы грунта, отправить их на орбиту Земли, а затем доставить в лабораторию, не подвергнув загрязнению земными организмами.

До сих пор исследователям были доступны только два способа исследования марсианского грунта — с помощью роверов, деятельность которых ограничена уровнем заряда батарей, объемом данных, которые могут хранить и передавать роботы, а также необходимостью сделать научные инструменты миниатюрными, отказавшись от части их возможностей.

Другой вариант — изучение марсианских метеоритов, которые падают на Землю. В этом случае ученые сталкиваются с возможным загрязнением породы земными организмами и ее спеканием в результате входа в атмосферу. Кроме того, установить, как порода оказалась на Марсе — сформировалась ли она на планете или представляет собой осколки объектов из пояса астероидов, побывавших на Красной планете, не представлялось возможным. 

Третий путь — доставка образцов марсианского грунта на Землю. Это самый верный способ тщательно изучить породу с помощью самых современных научных инструментов. Однако он сопряжен с множеством сложностей — миссия Daring Mars может провалиться в любой момент.

План НАСА и ESA выглядит так: на первом этапе ровер Mars 2020 совершит посадку в кратере Джезеро и соберет примерно 500 г образцов марсианского грунта из разных точек в специальные металлические пробирки. Затем контейнеры будут загерметизированы и оставлены в специальном месте на поверхности планеты.

Миссия Mars 2020 должна быть запущена в июле 2020 года. Предполагается, что спускаемый модуль с марсоходами совершит посадку на планету в феврале 2021 года. В ее состав войдут два ровера, вероятным местом посадки которых станут плато Сирт и кратер Джезеро, расположенные в 28 км друг от друга.

Исследовательские аппараты должны будут взять пробы грунта в окрестностях мест посадки, чтобы определить, существовали ли на Марсе условия для жизни микробов.

После этого Mars 2020 продолжит свою миссию, а в дело вступит ровер ESA Sample Fetch Rover. Аппарат доберется на точку хранения контейнеров с грунтом, сложит их в общий контейнер размером с футбольный мяч и доставит к точке запуска. Затем ракета, разработанная НАСА, выведет контейнер на орбиту Марса — там его перехватит беспилотный аппарат Earth-return orbiter (ERO).

Затем аппарат отправится на Землю — когда он достигнет околоземной орбиты, контейнер с образцами будет сброшен в специальной капсуле, которая должна будет с помощью парашютов приземлиться в пустыне штата Юта.

Какие шансы у миссии?
Миссия по доставке образцов марсианского грунта на Землю станет одной из самых сложных в истории исследований космоса с помощью рукотворных аппаратов. Сложности могут возникнуть на каждом ее этапе — начиная от вероятного неудачного приземления ровера Mars 2020 или аппаратов ESA, заканчивая серией очень сложных маневров на орбите планеты, в ходе которых ERO нужно будет поймать контейнер с грунтом размером с футбольный мяч.

Даже если контейнер удастся успешно доставить к Земле, он может разбиться при приземлении — в этом случае марсианский грунт смешается с земным и его изучение практически не будет иметь смысла.

Кроме того, существует крайне малая вероятность того, что жизнь на Марсе все же существует и сегодня — в этом случае при аварии контейнера на Землю потенциально могут попасть болезнетворные бактерии или иные организмы. Однако ученые считают, что это маловероятный сценарий — образцы будут запечатаны в несколько контейнеров, открыть которые планируется только в лаборатории с четвертым уровнем биобезопасности.

Тем не менее, вклад в науку от возможного успеха миссии стоит риска, рассказал The Guardian Льюис Дартнелл, астробиолог из Вестминстерского университета. «Миссия включает в себя невероятно сложную последовательность маневров, и есть много этапов, на которых что-то может пойти не так. Однако, если мы хотим найти доказательства того, что когда-то была жизнь на Марсе, это то, что нам необходимо сделать. Это будет стоить усилий».

Миссия, по предварительным оценкам, обойдется в несколько миллиардов фунтов стерлингов — точная сумма неизвестна. Кроме того, ESA пока окончательно не подтвердила свое участие в миссиях. Участники объединения должны принять решение до конца ноября — тем не менее, на сайте агентства уже опубликовано описание миссии.