«Наука в СССР» 1990 №4

Увы, самая интересная часть экспедиции — изучение марсианского спутника с небольшого расстояния — не состоялась. Но обратимся не к тому, что потеряно, а к тому, что удалось сделать. Полученные результаты, безусловно, заслуживают внимания. Я ограничусь только теми, которые относятся к изучению планеты и ее спутника.

Марс и в меньшем объеме Фобос изучались на протяжении двух месяцев дистанционно-оптическими методами после выхода аппарата "Фобос-2" на первую околомарсианскую орбиту.

Один из самых интересных результатов — изображения поверхности Марса в инфракрасном диапазоне (длины волн 8-13 мкм). Часть энергии солнечных лучей, падающих на поверхность планеты, поглощается, нагревает ее и переизлучается именно в этом диапазоне. Яркость излучения зависит от температуры: больше температура — больше яркость. Это классический метод измерения температуры планет на расстоянии; он применялся сначала при наблюдениях с Земли, потом с борта космических аппаратов. Пользовались им многократно и для исследований Марса, но никогда еще не удавалось получить настоящего изображения планет в "тепловом" диапазоне (исключением является Земля). Для проведения эксперимента был разработан в нашей стране прибор "Термоскан". Его сердце — высокочувствительный инфракрасный приемник излучения, охлаждаемый жидким азотом при помощи бортовой криогенной машины замкнутого цикла. Такие приборы никогда не "летали" ни на отечественных, ни на зарубежных дальних космических аппаратах. С круговой орбиты (высота около 6000 км) "Термоскан" просмотрел значительную часть экваториальной зоны шириной около 500 км с разрешением около 2 км. Подчеркнем две особенности изображений. Во-первых, их удивительная четкость, как говорят, высокая контрастность; в этом смысле они, пожалуй, превосходят лучшие телевизионные снимки Марса в обычном, видимом диапазоне. Во-вторых, это не просто изображения, а температурные карты. Температура, до которой нагрета поверхность, зависит от ее физических характеристик, в частности от степени раздробленности грунта. Поэтому тепловые изображения дают одновременно сведения о макроскопических характеристиках поверхности (рельефе) и об ее микроструктуре. Температуры, зарегистрированные "Термосканом", достигают почти 0°С в экваториальных районах. Заметим, однако, что ночью они падают до минус 70 и даже ниже. Климат планеты очень суров.

Формы марсианского рельефа исключительно разнообразны: есть районы, плотно покрытые "ударными" кратерами, образовавшимися при падении тел, пришедших извне. Есть равнины и сравнительно от них свободные, есть горы вулканического происхождения, тектонические разломы, "хаотические" территории, испещренные провалами, песчаные дюны, застывшие лавовые потоки и, наконец, извилистые долины с "притоками". Последние вызывают особый интерес, так как являются, скорее всего, сухими руслами настоящих рек, которые текли несколько миллиардов, а может быть, "всего" несколько сот миллионов лет назад. Анализ тепловых изображений позволит глубже изучить особенности различных форм марсианского рельефа, в том числе загадочных сухих русел. "Термоскан" получал не только "тепловые", но и коротковолновые изображения, так что для каждого элемента имеются сразу два значения яркости — в тепловых и видимых лучах. Это очень важно для интерпретации данных.

Другой оптический прибор измерял излучение Марса уже не в двух, а в шестнадцати участках спектра: шесть из них — в тепловом диапазоне, а десять — в коротковолновом (длины волн от 0,32 до 0,6 мкм). Например, один из участков приходится на атмосферную полосу поглощения углекислого газа, и проведенные в нем измерения дадут представление о температуре марсианской стратосферы. Особенности распределения яркости в коротковолновом диапазоне будут использованы для определения оптических характеристик аэрозольных частиц в атмосфере.

По степени методической новизны с "Термосканом" конкурирует картирующий инфракрасный спектрометр (ИСМ). С его помощью измерения проводились в ближнем инфракрасном диапазоне — от 0,8 до 3,2 мкм, на которых Марс светит отраженным солнечным излучением. Избранный диапазон оптимален для анализа минералогического состава грунта. Прибор дает карты распределения яркости, однако не в двух, а в 128 узких участках спектра. Проведенные измерения охватили значительную часть экваториальной зоны планеты. Такой эксперимент по спектрометрическому картированию Марса осуществлен впервые и показал высокую эффективность новой методики. После обработки данных мы надеемся получить распределение характеристик минералогического состава пород (в частности, степени гидратации, т.е. содержания связанной воды в минералах); карты давлений (по полосам углекислого газа — основной составляющей атмосферы Марса) и высот; оценки содержания водяного пара в атмосфере. По результатам экспресс-анализа можно сделать вывод о значительных вариациях отражательных характеристик поверхности планеты. Факт сам по себе новый. Предполагается, что на Марсе есть осадочные породы.

Еще один метод дистанционного исследования горных пород на планетах — спектрометрия их естественного гамма-излучения, обусловленного присутствием радиоактивных элементов — урана, тория. С "Фобоса-2" проведена серия измерений гамма-излучения Марса. Его характеристики, как выяснилось, меняются вдоль трассы полета.

Проводился очень интересный эксперимент по изучению вертикальной структуры атмосферы Марса. Для этого использовался комплекс из двух приборов, один из которых был изготовлен во Франции, другой — в СССР. Исследование выполнялось оригинальным методом, ранее на планетных космических аппаратах не применявшимся. Он состоит в том, что измеряется спектр солнечного излучения, прошедшего через атмосферу Марса, когда Солнце наблюдается вблизи края планеты, заходит за него или, наоборот, выходит. При этом солнечные лучи проходят по касательной к поверхности, и на их пути находится максимальное количество атмосферного вещества — газа и пыли. Солнечные спектры, полученные в разные моменты времени, соответствуют разным высотам лучей над поверхностью планеты и позволяют судить о вертикальном распределении различных составляющих атмосферы. Измерения осуществлялись в диапазонах, где располагаются спектральные полосы углекислого газа, озона, водяного пара. Предварительный анализ данных показал: содержание водяного пара в атмосфере Марса на высоте 20-60 км составляет в среднем примерно одну десятитысячную количества основного компонента — углекислого газа, но оно может отклоняться от среднего примерно в 10 раз. С высотой значительно меняется и содержание озона. Заметим: экспериментальные данные о вертикальном распределении атмосферных газов на Марсе получены впервые.

Все эксперименты по исследованию Марса прошли успешно, хотя предполагалось, что объем измерений будет гораздо больше. Но все-таки удалось впервые опробовать новые методы исследования. Накопленный опыт будет, вероятно, использован в дальнейших экспедициях к Марсу.

Результаты изучения Фобоса можно разделить на три группы в зависимости от методов исследования: телевизионной съемки, спектрометрии и инфракрасной радиометрии. Телевизионная съемка велась при помощи прибора "Фрегат", состоявшего из нескольких камер с твердотельными матричными приемниками. Получено 37 высококачественных изображений с расстояний от 200 до 1100 км. Хотя они и не показывают каких-либо принципиально новых особенностей поверхности Фобоса по сравнению с теми, что выявлены на американских снимках много лет назад, этот материал представляет значительный научный интерес. Он нужен для уточнения ряда характеристик Фобоса, в том числе его движения, конфигурации, массы и плотности, локальной отражательной способности. Данные телевизионной съемки играли ключевую роль при решении навигационных задач, они служили для определения относительного положения космического аппарата и Фобоса.

Принципиально новые данные о спутнике Марса получены с помощью спектральных исследований в диапазоне длин волн от 0,32 до 3,2 мкм. До сих пор об отражательной способности Фобоса было известно очень мало — она изучалась только с Земли. Мы располагали сведениями лишь о средних характеристиках спектра отражения, теперь впервые можем судить и об их изменениях. Средняя отражательная способность Фобоса очень низкая — около 4% — и почти не зависит от длины волны. Это позволяет предположить: вещество поверхностного слоя спутника близко к углистым хондритам — одному из типов метеоритов. При экспресс-анализе данных сделан вывод о заметной неоднородности состава поверхности, а также о более низком содержании воды в минералах, чем ожидалось. Прекрасно удались измерения температуры Фобоса по его инфракрасному излучению. Она достигает в максимуме 26-28°С. К сожалению, таких данных мало (соответствующие приборы успешно наблюдали Фобос всего один раз), да они и не способны были компенсировать потерю тех экспериментов, которые планировалось провести на несостоявшемся этапе максимального сближения.

Результаты исследований Марса и Фобоса, полученные на космическом аппарате "Фобос-2", обрабатываются. Научные выводы еще впереди. Здесь я поделился только самыми первыми впечатлениями.

В заключение необходимо отметить большую роль международной кооперации в исследованиях, выполненных по программе "Фобос". В ней участвовали представители научных организаций и ученые 13 стран. Убежден, что путь широкого международного сотрудничества в крупных космических проектах безусловно правильный. Как отнесутся наши зарубежные коллеги к неудачному финалу миссии? Думаю, настоящих друзей мы не потеряем, а таких большинство. Ученые понимают: элемент риска в космических делах исключить невозможно. Но надо серьезно работать над его уменьшением. Надеюсь, урок из случившегося будет извлечен, и, наконец, в нашем распоряжении появятся космические аппараты нового поколения с большим резервом "живучести".