Марсианские раскопки. Что будет искать аппарат InSight в недрах Красной планеты

На подготовку миссии ушло более десяти лет, на полет к планете — семь месяцев, а на процедуру посадки — меньше семи минут, во время которых опасности подстерегали InSight каждую долю секунды.

Семь минут триумфа

Например, если бы подвел тепловой щит, аппарат мог бы нагреться до 1500°C и просто расплавиться. Важен был и угол входа в атмосферу — ровно 12 градусов. Градусом больше — и аппарат бы сгорел, врезавшись на огромной скорости в плотный слой воздуха, а градусом меньше — и он бы просто отпрыгнул от атмосферы и промахнулся мимо Марса.

"Мы вошли в атмосферу на скорости 19 800 километров в час, и вся последовательность действий с этого момента до прикосновения к поверхности заняла всего шесть с половиной минут. В течение этого короткого промежутка времени InSight должен был в автономном режиме выполнить десятки операций и сделать это безупречно — и, судя по всем показателям, он с этим справился", — отметил Том Хоффман, руководитель миссии из Лаборатории реактивного движения NASA.

Передать на Землю сигнал об удачной посадке и первое фото аппарату помогли два небольших экспериментальных миниспутника Mars Cube One (MarCO). Кубсаты, впервые отправленные в космос так далеко, доказали, что могут использоваться как вспомогательная система межпланетных коммуникаций. Без них команде InSight пришлось бы ждать весточки от зонда несколько часов.

"Мое первое фото на Марсе! Крышка объектива пока не открыта, но я просто обязан показать вам, каким я впервые увидел свой новый дом!", - сообщается в подписи к первому фото InSight.

А 27 ноября, в 3.30 по киевскому времени, аппарат передал новое фото. Защитная крышка объектива камеры все еще закрыта, но уже очищена он марсианской пыли, поэтому видимость гораздо лучше. Снимок помог передать космический орбитальный аппарат Odyssey. Он также подтвердил, что модуль успешно развернул свои солнечные панели.

Они разработаны специально для слабого света на Марсе, обусловленного расстоянием планеты от Солнца (228 миллиона километров) и его пыльной, тонкой атмосферой.

К счастью, машина не нуждается в большой мощности: панели обеспечивают от 600 до 700 ватт в ясный день — этого достаточно, чтобы все научные инструменты работали на 100%. Даже если панели запылятся (это обычное явление на Марсе), они смогут обеспечивать не менее 200-300 ватт.

Космический медосмотр

Итак, посадка была захватывающей, но самое интересное только начинается. Уже в первую неделю InSight начнет устанавливать свои инструменты для глубинного исследования Марса, параллельно собирая данные о погоде и магнитном поле. В ближайшие два дня инженерная команда планирует настроить роботизированную руку длиной 1,8 метра, которая поможет фотографировать марсианские пейзажи.

Затем, в течение двух-трех месяцев, будет развернуто остальное оборудование, которое впервые за 4 миллиарда лет проверит жизненные показатели Марса: его температуру — теплопроводность, пульс — сейсмическую активность, и рефлексы — колебания орбиты под действием гравитации Солнца и двух естественных спутников, Фобоса и Деймоса.

Марсианский термометр для изучения тепловых потоков и физических свойств (HP3) разработал Аэрокосмический центр Германии (DLR). Его задача — измерить количество тепла, выделяющегося из недр Марса, чтобы понять, как формировался ландшафт планеты.

На Красной планете cамые высокие горы во всей Солнечной системе. Например, потухший вулкан Олимп имеет высоту более 26 километров — это почти в три раза выше нашего Эвереста. Специалисты NASA считают, что большая часть возвышенностей Марса, а также его каналов образовалась в результате вулканических извержений в первые миллиарды его жизни. Кроме того, газы, выделяющиеся во время извержений, сформировали атмосферу Марса.

Каждая скалистая планета имеет в своих недрах запас тепла. Часть заключена там с момента образования планеты, остальное образуется с течением времени в процессе распада радиоактивных материалов. Постепенно это тепло пробивается к поверхности, расплавляя слои горной породы, разрушая кору и создавая вулканы, которые выбрасывают летучие газы из самых глубин.

Представьте, что планета — это закипающий чайник на плите. Сначала нагревается вода возле дна, она расширяется, становится менее плотной и поднимается. При этом верхние слои более холодной и плотной воды опускаются вниз, где тоже начинают нагреваться. Этот цикл холодного и горячего называется конвекцией. То же самое происходило и внутри Марса, только не за пару минут, а в течение миллионов лет. А вулкан в этой модели — это крышка чайника, вытолкнутая пузырящейся водой и паром.

"Мы хотим знать, что привело к раннему вулканизму и изменению климата Марса. Сколько тепла изначально было внутри Марса? Сколько он потерял в период вулканической активности?",— говорит глава DLR Тилман Шпон.

Чтобы выполнить корректные измерения, марсианский термометр постарается зарыться на 5 метров. Это необходимо, чтобы на результаты не повлияли колебания температуры у поверхности планеты. Если бур застрянет выше, ученые все равно смогут измерить температуру, вычислив суточные и сезонные колебания по аналогии с измерения температуры Земли. Кроме того, пенетратор и сам будет периодически посылать тепловые импульсы, чтобы понять, насколько хорошо проводят тепло горные породы Марса.

Потерянный брат

Участники миссии придерживаются гипотезы, что изначально Марс и Земля были созданы из одних и тех же материалов, однако разные условия развития (в частности, разная удаленность от Солнца) почти стерли память об общем происхождении.

"Наши измерения помогут нам повернуть время вспять и понять, что же сделало нашу планету зеленой, а Марс — пустынным", — говорит Брюс Банердт из Лаборатории реактивного движения NASA.

Возможно, дело в том, что Земля разработала своего рода геологический "конвеер", которого нет у Марса: тектоническое движение плит. Когда они сдвигаются, то заталкивают кору с поверхности в недра планеты, а когда расходятся, формируется новый участок коры. Такие встряски имеют большое значение, так как поддерживают круговорот углерода и воды, высвобождая летучие вещества.

Чтобы проверить, как выглядит сейсмическая активность на Марсе, лишенном тектонического движения, в арсенале InSight есть сейсмограф SEIS — это круглый куполообразный инструмент, который Insight будет прикладывать к поверхности планеты, словно стетоскоп к груди пациента. Прибор должен регистрировать все сейсмические толчки, вызванные внутренним напряжением недр планеты или падением метеоритов. За период миссии ученые рассчитывают зафиксировать как минимум 10-12 таких марсотрясений.

Дополнительное оборудование (датчики давления, ветра и температуры) будут изучать пылевые бури, которые, как предполагается, тоже генерируют сейсмические волны в марсианской коре. Кроме того, сейсмометр даже поможет определить, есть ли под поверхностью Марса жидкая вода.

Также InSight постарается найти ответ на вопрос, какова консистенция ядра Марса — жидкая или твердая. В этом ему поможет радиоинструмент RISE. Он будет отражать сигнал, отправленный с Земли, и, измеряя допплеровский сдвиг, показывать точное местоположение посадочного устройства InSight (и самого Марса) в космосе.

Явление допплеровского сдвига проще всего объяснить на примере движущегося автомобиля с сиреной. Когда он приближается, звук кажется выше (так как частота звуковых волн увеличивается, а длина уменьшается). Зная, как изменяется сигнал, можно определить, как движется автомобиль. Этот же метод ученые собираются использовать для отслеживания колебаний орбиты Марса. Чем более жидкое ядро, тем сильнее будут колебания. Также инструмент поможет определить размер ядра и металлы в его составе.

Аппарат пробудет на посту в течение одного марсианского года и 40 марсианских дней — до 24 ноября 2020-го. По словам главы NASA Джима Брайденстайна InSight "даст нам ценные знания, которые в будущем помогут отправить астронавтов на Луну, а затем и на Марс".