«Наука в СССР» 1990 №4

ПЛАНЕТА
ОТКРЫТИЙ
И ЗАГАДОК

При плазменных исследованиях удалось впервые зарегистрировать интенсивную потерю ионов из ионосферы Марса при взаимодействии с солнечным ветром. Рисунок иллюстрирует этот процесс. В центральной части хвоста магнитосферы показана область (стрелками) регистрации ионосферных ионов, ускоренных до энергий в несколько килоэлектронвольт. Значит, в магнитосфере Марса протекают плазменные процессы, подобные тем, что наблюдаются в полярных областях магнитосферы Земли.

Исследование солнечной активности и межпланетного пространства выполнены с помощью приборов, разработанных и созданных благодаря широкой международной кооперации.

К сожалению, не удалось в полной мере использовать возможности некоторых из них. Но даже проведенные во время межпланетного перелета серии наблюдений позволили получить уникальные данные о распределении и динамике плазмы в атмосфере Солнца в различных температурных диапазонах. Рентгеновские изображения помогут понять механизмы образования атмосферы "спокойного" Солнца, его активных областей, определить поток энергии, необходимый для нагрева солнечной короны. Объектом пристального внимания стали корональные дыры — области, откуда, по нынешним представлениям, истекают высокоскоростные потоки заряженных частиц. Эти области, особенно расположенные в приэкваториальной зоне солнечного диска, были мало исследованы ранее, хотя именно они играют важную роль в солнечно-земных связях.

За время работы космических аппаратов "Фобос" удалось получить обширную информацию не только о солнечных, но и о галактических гамма-всплесках, которые несут информацию о грандиозных взрывных процессах, происходящих в Галактике.

Самый мощный гамма-всплеск изо всех, когда-либо наблюдавшихся в космосе, зарегистрировал прибор, установленный на «Фобосе-2».

Зарегистрировано более 100 космических всплесков жесткого гамма-излучения. Одновременно их регистрация на межпланетном аппарате "Фобос-2", японском искусственном спутнике Земли "Гинга" и американских искусственных спутниках Венеры и Земли позволила локализовать несколько десятков гамма-источников. Хотелось бы особо упомянуть об уникальном событии 24 октября 1988 г. Один из спектрометров, установленный на космическом аппарате "Фобос-2", зарегистрировал гамма-всплеск, наиболее интенсивный сравнительно со всеми нестационарными событиями, которые когда-либо фиксировались в гамма-диапазоне из космоса.

Целью еще одного интересного эксперимента стало изучение структуры и внутреннего строения Солнца методом регистрации осцилляции (колебаний) солнечного излучения. Современные солнечные модели не дают пока удовлетворительного однозначного представивления о строении и эволюции нашей звезды. Для формирования более точной модели необходим спектр мощности глобальных колебаний. Исследования солнечных осцилляций уже проводились с помощью наземных и спутниковых средств. Но их возможности были ограничены. Практически непрерывные внезатменные наблюдения за Солнцем в течение нескольких месяцев на трассе межпланетного перелета Земля-Марс оказались чрезвычайно эффективным методом исследования солнечных осцилляций и любых других проявлений переменного потока излучения, идущего от звезды. Сейчас высокоинформативные данные о спектре солнечных пульсаций обрабатываются.

Снимки, полученные с помощью солнечного рентгеновского телескопа ТЕРЕК. В левой части кадра — изображения Солнца в поле зрения телескопа, в правой — часть этого изображения, увеличенная в 2 раза, и условная шкала цветов, соответствующая уровням яркости. В нижней части — дата и время регистрации изображения, параметры спектрального канала. Цвет указывает на интенсивность рентгеновского излучения. На диске Солнца видны области активности (красные пятна). Последовательность снимков позволяет проследить динамику активности Солнца.

Преждевременное прекращение работы космических аппаратов значительно ограничило возможность решения еще одной задачи, предусмотренной учеными-солнечниками. Речь идет о наблюдениях звезд, одновременно с борта космического аппарата "Фобос", с Земли и околоземных спутников. Наблюдение Солнца не только из одной точки пространства (с Земли, как это делалось всегда), а из двух дает возможность строить стереоскопическое изображение процессов, происходящих в солнечной атмосфере (солнечная томография), и, кроме того, исследовать процессы, невидимые в это время с Земли. Такой метод открывает, в частности, перспективы надежного прогнозирования солнечной активности. Но самый информативный прибор — солнечный телескоп ТЕРЕК — был установлен только на "Фобосе-1" и работал лишь полтора месяца. За этот период точки зрения на Солнце с Земли и с космического аппарата еще практически не изменились. Второй аппарат частично выполнил задачу — угол между направлениями на Солнце от Земли и от космического аппарата "Фобос-2" к концу марта 1989 г. составил 80°, благодаря чему почти за неделю удалось предупредить наземные службы солнечной радиационной безопасности о серии мощных вспышек на Солнце, зарегистрированных в марте 1989 г. бортовыми приборами "Фобоса-2".

Магнитосфера Марса до реализации проекта "Фобос", несмотря на относительную близость к Земле, оставалась одной из наименее изученных среди планетных магнитосфер Солнечной системы. Это было связано, видимо, с двумя обстоятельствами. Те советские и американские космические аппараты, которые летали к Марсу в конце 60-х — начале 70-х годов, не имели на борту достаточно совершенных научных приборов для плазменных исследований; кроме того, орбиты, где работали эти аппараты, не позволяли им приблизиться к планете настолько, чтобы выполнить надежные измерения внутри магнитосферы. И второе: магнитосфера Марса не имеет ярко выраженных свойств, присущих какому бы то ни было типу планетных магнитосфер. До недавнего времени оставалось еще много загадочного в природе и структуре марсианской магнитосферы.

Прежде чем рассказывать о результатах, остановимся вкратце на том, что такое магнитосфера.

Солнечное излучение, распространяясь в межпланетном пространстве, встречает на своем пути планеты. Электромагнитное излучение (ультрафиолетовая часть), взаимодействуя с верхней атмосферой (если таковая существует у планеты), ионизирует ее, образуя ионосферу. Характер взаимодействия планеты с набегающим потоком солнечного ветра коренным образом зависит от параметров собственного магнитного поля планеты и ее ионосферы. Если планета обладает достаточно сильным собственным магнитным полем (как у Земли, Юпитера, Сатурна), сверхзвуковой поток солнечного ветра встречает магнитное препятствие. В результате возникает ударная волна и магнитосфера — каверна плотности, где давление магнитного поля больше, чем газовое давление плазмы.

Эффективный диагностический метод исследований магнитосфер, в том числе марсианской, — измерения волновых излучений плазмы. С помощью анализатора плазменных волн была четко идентифицирована ударная волна, отклоняющая поток солнечной плазмы, которая затем обтекает магнитосферу, границу магнитосферы (магнитопаузу) и другие более тонкие структуры. Спектры плазменных волн вблизи Марса получены впервые.

Благодаря измерениям параметров энергичной плазмы, выполненных на космическом аппарате "Фобос-2", удалось обнаружить, что ионосфера Марса теряет значительную часть плазмы. Потери связаны не только с активным взаимодействием ионосферы с солнечным ветром, увлекающим за собой ионы планетарного происхождения. В центральной части магнитного шлейфа зафиксированы интенсивные потоки ионосферных ионов, ускоренных до энергий в несколько килоэлектронвольт. Таким образом, в магнитосфере Марса происходят плазменные процессы, подобные тем, что наблюдаются в авроральных (полярных) областях магнитосферы Земли. Вместе с тем во внутренних областях марсианской магнитосферы зафиксированы отдельные, локальные потоки плазмы солнечного происхождения. Все это свидетельствует: слабое магнитное поле Марса соприкасается, а в некоторых местах замыкается на межпланетное магнитное поле, создавая канал для проникновения солнечной плазмы в магнитосферу и потерь ионосферной плазмы. Такая тесная взаимосвязь не позволяет четко определить параметры марсианского магнитного поля на высотах полета космического аппарата "Фобос-2".

Обнаружение радиации во внутренних областях марсианской магнитосферы оказалось неожиданным для специалистов

Еще один неожиданный результат исследований — обнаружение радиации во внутренних областях магнитосферы, хотя радиационных поясов вблизи Марса, по-видимому, все-таки нет. Необычный факт еще раз свидетельствует о специфике Марса. Экспериментальные данные указывают на то, что здесь существует комбинация свойств как земной (с собственным полем), так и венерианской магнитосферы (без магнитного поля).

Мы сделали предварительную оценку убегающего потока ионосферных ионов — приблизительно 2 кг/с. Эта величина оказалась практически равной величине потерь земной магнитосферы через магнитосферный шлейф. Для Земли она настолько мала даже в космогоническом масштабе времен, что ею можно пренебречь. Действительно, при такой скорости атмосферный кислород Земли исчезнет за 10 млрд лет. Однако для Марса, который по массе на порядок меньше нашей планеты, подобные потери (2 кг/с) могли привести к катастрофическим последствиям. Например, они эквивалентны потере 1-2-метрового слоя воды на поверхности за всю историю (4,5 млрд лет) Марса. Оценки показали: если он и в прошлом не обладал достаточно сильным магнитным полем, взаимодействие солнечного ветра даже гораздо более плотной атмосферой планеты на ранних стадиях ее эволюции могло привести к эрозии атмосферы. Не исключено, что отсутствие достаточно сильного магнитного поля Марса и Венеры — основная причина исчезновения с их поверхности воды.

А. В. ЗАХАРОВ,
кандидат физико-
математических наук,
ученый секретарь Института
космических исследований
АН СССР