«Наука и жизнь» 1988 г. №3, с.152-155

Раздел ведет кандидат
педагогических наук
Е. ЛЕВИТАН.

О ФОБОСЕ ДО «ФОБОСА»

Кандидат физико-математических наук А. КОЗЕНКО и кандидат педагогических наук Е. ЛЕВИТАН.

Если заголовок показался вам не очень понятным, поясняем: Фобос без кавычек — это один из спутников Марса, а «Фобос» в кавычках — название предложенного Советским Союзом международного проекта по исследованию этого спутника, а также самой планеты Марс, межпланетной среды и Солнца.

В середине 1988 года с космодрома Байконур возьмут старт два космических аппарата, один за другим, с интервалом в несколько дней. Аппараты должны приблизиться к Фобосу, зависнуть над ним на высоте всего в несколько десятков метров, сфотографировать поверхность, исследовать грунт, произвести различные измерения.

В преддверии этих поистине фантастических по дерзости научной мысли исследований нам кажется интересным рассказать о Фобосе, подытожить современные знания о нем. Спутники Марса пока еще остаются весьма загадочными объектами. Их изучение необходимо для более полного понимания происхождения и эволюции нашей планетной системы.

Открытие в конце XIX столетия спутников Марса не было неожиданным. И. Кеплер первый высказал предположение о том, что у Марса есть два спутника. Это было в 1610 году, сразу после открытия Г. Галилеем четырех спутников Юпитера. Кеплер основывался на определенной закономерности: если у Земли один спутник — Луна, у Юпитера — четыре, то у Марса должно быть два спутника, «как того требует пропорция». В XVIII веке о спутниках Марса писали и Б. Фонтенель, и Ф. Вольтер, но особенно поражает предсказание Дж. Свифта. В 1726 году, за полтора столетия до открытия спутников, он почти правильно указал периоды обращения спутников около планеты.

Увидеть спутники с помощью телескопа пытались и В. Гершель в Англии, и Г. Д'Арре в Копенгагенской обсерватории, но безуспешно.

Честь открытия спутников Марса принадлежит американскому астроному Асафу Холлу. Он увидел их во время великого противостояния Марса в августе 1877 года с помощью нового мощного 66-сантиметрового рефрактора Морской обсерватории США. Холл назвал спутники Марса Фобосом и Деймосом, что означает «Страх» и «Ужас» — по именам спутников бога войны Марса.

Русские астрономы тоже внесли немалый вклад: С. Костинский в 1896 и 1909 годах сделал первые фотографии спутников Марса, а Г. Струве (сын основателя Пулковской обсерватории В. Струве) впервые разработал теорию их движения.

Однако уже в 1945 году американский астроном В. Шарплесс обнаружил неправильности в движении Фобоса, которые можно было объяснить вековым ускорением. Позднее астрономы определили, что радиус орбиты спутника сокращается на 4 см в год и сам он по спирали медленно приближается к Марсу. Приблизительно через 50 миллионов лет Фобос должен столкнуться с планетой. Это обстоятельство весьма необычно и требовало объяснения. В начале 60-х годов советский астрофизик, член-корреспондент АН СССР И. Шкловский высказал гипотезу, которая прозвучала как сенсация. По его гипотезе, торможение Фобоса — следствие сопротивления в верхних слоях атмосферы планеты. Но в таком случае при значительных размерах спутника его масса должна быть необычайно малой, то есть он полый внутри. А это может быть лишь в том случае, если Фобос — искусственный спутник Марса...

Вскоре, однако, от этой гипотезы пришлось отказаться. Уже первые исследования Фобоса, проведенные автоматическими межпланетными станциями в 1969 году, показали, что это маленькое тело неправильной вытянутой формы. Его можно представить как трехосный эллипсоид с полуосями 13,3±0,4 км; 11,0±0,3 км; 9,2± 0,3 км. При дальнейшем изучении Фобоса с помощью «Маринера-9» в 1971 — 1972 годах и особенно «Викингов-1 и 2» в 1976 — 1977 годах, когда сближение достигало 88 км, были получены детальные изображения с разрешением 2—3 м.

На основе данных «Викингов» американский астроном Р. Тернер, используя 3460 реперных точек поверхности, построил модель Фобоса в виде многогранника с треугольными гранями. Эта модель позволяет составить более точные топографические карты спутника. Результаты исследований неоспоримо свидетельствовали о том, что Фобос да и Деймос тоже это объекты, имеющие естественное происхождение, что они принадлежат к обширному классу малых тел Солнечной системы, движущихся в основном в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера и похожи на малые спутники планет-гигантов.

Разные модели (гипотезы) внутреннего строения Фобоса: 1 — единый монолит; 2 — несколько крупных монолитов; 3 — груда мелких фрагментов и внутренние трещины.	Объемная модель Фобоса (по Р. Тернеру).

И все-таки Фобос очень необычный спутник. Если наблюдать за его движением с Марса, то будет казаться, что он в отличие от всех других небесных тел движется не с востока на запад, а с запада на восток. Дело в том, что сутки на Марсе примерно на полчаса длиннее земных, а период обращения Фобоса вокруг планеты всего 7 ч. 39 мин. Поэтому в течение одних марсианских суток он два раза восходит на западе, два раза пересекает небосвод. Фобос находится на расстоянии около 6 тысяч км от поверхности планеты и должен выглядеть ярче, чем Венера при наблюдении ее с Земли. Деймос обращается на расстоянии в 20 тысяч км от поверхности Марса, и его период обращения несколько длиннее марсианских суток. Оба спутника имеют почти круговые орбиты, лежащие примерно в плоскости экватора планеты. Орбита Деймоса близка к синхронной орбите, двигаясь по ней, спутник кажется как бы висящим над определенной точкой экватора планеты, его перемещение на марсианском небосводе очень медленное.

А что можно увидеть на поверхности Фобоса? По-видимому, она покрыта реголитом, то есть слоем раздробленных пород, образовавшихся вследствие ударов метеоритов о поверхность. На поверхности Фобоса много хорошо сохранившихся кратеров ударного происхождения. Все это характерно и для Луны и для других небесных объектов, лишенных атмосферы. По плотности размещения кратеров можно судить о возрасте небесного тела. И тут все говорит о том, что поверхность Фобоса сформировалась не менее двух миллиардов лет назад. Это не исключает того, что на самых ранних этапах формирования спутника могли происходить и разрушения, и повторная аккумуляция.

Крупнейшие кратеры на Фобосе — это Стикни, его диаметр 10 км, Холл — 6 км и Рош с диаметром 5 км. Пожалуй, самые удивительные образования на Фобосе — борозды глубиной 10—20 м, шириной 100—200 м, протянувшиеся на несколько километров от гигантского кратера Стикни. В области диаметрально противоположной от этого кратера борозд нет.

Образование борозд на Фобосе большинство исследователей связывают с кратером Стикни. Одна из гипотез говорит о растрескивании спутника от удара гигантского метеорита. Косвенным свидетельством в пользу этой гипотезы служит то, что на Деймосе нет ни кратеров, сопоставимых по размерам со Стикни, ни борозд.

Участок поверхности Фобоса с кратерами и бороздами (из фотоснимков, сделанных «Викингом»).

Энергия удара, при котором образовался кратер Стикни, оценивается в 6,5-10²⁵ эрг. Будь энергия удара всего в 2,5 раза больше, спутник полностью разрушился бы. При том мощном ударе, который произошел, могли образоваться трещины, со временем они заполнились реголитом и превратились в борозды.

О внутреннем строении Фобоса известно пока очень мало. Даже данные о массе и особенно об объеме спутника нельзя считать достаточно точными. А это приводит к ошибкам в вычислении средней плотности. По современным расчетам, получается, что она составляет 2,2±0,5 г/см³ для Фобоса и 1,7±0,5 г/см³ для Деймоса. Действительно ли состав спутников разный, пока неизвестно.

По данным наблюдений за либрацией Фобоса был сделан вывод, что спутник неоднороден, что у него есть сравнительно плотное ядро, окруженное глубоким слоем реголита низкой плотности. Мощный слой реголита вокруг ядра вызывает некоторое недоумение. Ведь при малой массе спутника у него незначительная скорость убегания (вторая космическая скорость), и поэтому осколки и пыль, образующиеся при ударах метеоритов, должны легко покидать Фобос. Но, видимо, скорость выброса осколочного материала все же недостаточна для преодоления гравитационного притяжения Марса. Поэтому все эти частицы остаются на орбитах, близких к орбите спутника. Через некоторое время (от 1 до 10 тысяч лет) Фобос их вновь захватывает. Процесс повторяется многократно. Вот почему на спутнике может быть довольно толстый слой реголита. Плотность недр Фобоса при такой модели значительно выше, чем в случае однородной.

Если плотность Фобоса распределена по радиусу равномерно (2,2 г/см³), то она почти в два раза меньше плотности Марса. А это уже ставит под сомнение гипотезу об одновременном происхождении планеты и спутника. В неоднородной модели такого противоречия нет.

Более уверенные суждения о внутренней структуре и вещественном составе Фобоса дадут исследования с помощью космического аппарата, спускаемого на его поверхность. Это предусмотрено проектом «Фобос». Проведение сейсмического эксперимента и анализ грунта, надо надеяться, существенно продвинут нас в понимании внутреннего строения и происхождения Фобоса.

По современным представлениям, регулярные спутники (это те, у которых почти круговая орбита и она лежит в плоскости экватора планеты) сформировались из вещества, выбрасываемого на орбиты вокруг растущих планет. Следовательно, можно предположить, что спутники Марса, а они относятся к регулярным, сформировались на орбитах вокруг планеты из сталкивающихся осколков, которые собирались по мере того, как рос Марс. Значит, это вещество никогда не входило в более крупные объекты, чем современные марсианские спутники, и оно недифференцированно. Если спутники никогда не были расплавлены, они сохраняют рыхлые агрегаты осколков, чем и может быть обусловлена их низкая плотность. Эти обстоятельства не противоречат тому, что Фобос находится к Марсу ближе своего предела Роша, то есть ближе того предельного расстояния, на которое «жидкий» спутник может подойти к планете, не будучи разорван приливными силами. Фобосу, состоящему из рыхлых осколков, приходится выдерживать очень небольшие напряжения, не больше тех, какие способен выдерживать лунный реголит. Однако из-за того, что Фобос находится в такой динамической ситуации, невозможно создать искусственный спутник Фобоса. И это приходится учитывать при планировании космических экспериментов. Космический аппарат может зависнуть над Фобосом, но не может свободно вращаться вокруг него.

По другой гипотезе, спутники Марса образовались не из протопланетного облака, а были захвачены планетой. По некоторым оценкам, миллиард лет назад Фобос имел очень вытянутую орбиту и, следовательно, мог быть захвачен с параболической траектории. Для подобного предположения есть достаточно веские основания. Сейчас уверенно можно говорить о том, что торможение Фобоса происходит вследствие приливов, а не в атмосфере планеты, как предполагал в свое время И. Шкловский. Так как Фобос обращается вокруг Марса в три раза быстрее, чем сама планета вращается вокруг оси, приливный выступ, горб, возникающий на планете, запаздывает и тормозит движение Фобоса. Фобос постепенно приближается к Марсу.

Возможно, что Фобос и Деймос — последние из некогда многочисленных спутников Марса. Те, другие, уже прекратили свое существование. Падая на Марс, они образовали вблизи экватора планеты многочисленные кратеры.

Исследование спутников Марса по проекту «Фобос» позволит сделать следующий шаг к пониманию его происхождения. Это важно для науки, потому что малые тела, к которым принадлежит Фобос, — реликтовые объекты, свидетели самых ранних стадий эволюции Солнечной системы. Они образовались задолго до самых древних земных пород.

Какие же основные эксперименты запланировано провести для исследования Фобоса? Космический аппарат в результате сложной навигации будет приведен на круговую орбиту вокруг Марса, близкую к орбите Фобоса, и станет двигаться синхронно с ним. Предполагается, что он сблизится со спутником до 50 м, зависнет над ним, потом будет лететь над поверхностью Фобоса в течение 15 мин. со скоростью от 2 до 5 м/с. В это время будет идти телевизионная съемка спутника, которая позволит получить цветные изображения с разрешением деталей поверхности до 6 см.

Лазерный луч вызовет взрывоподобное испарение вещества поверхности спутника, что даст возможность проанализировать массовый и изотопный состав грунта. Пучки ионов криптона, посылаемые к поверхности спутника, будут выбивать вторичные ионы, регистрируемые масс-спектрометром. Это позволит получить физико-химические характеристики вещества поверхности. Предполагается также провести радиозондирование, измерения радиометром и инфракрасным спектрометром, что даст информацию о подповерхностной структуре, а также о теплофизических, электрофизических и отражательных свойствах поверхности Фобоса.

В момент максимального сближения с космического аппарата должна совершить посадку на Фобос долгоживущая автономная станция. Она проведет анализы элементного состава вещества спутника и сейсмические исследования. Возможно, эта станция сможет прыжками перемещаться по поверхности. Важное место в программе занимают исследования ускорения Фобоса, то есть скорости его приближения к Марсу. Уточнив эту характеристику, можно более точно рассчитать, как изменялись орбиты спутника в прошлом, и тем самым продвинуться в решении загадки его происхождения. Таковы планы.