Международный научно-популярный журнал
по астрономии и космонавтике
Ученые до сих пор не сформулировали чет
кого определения того, что такое жизнь,
но это не мешает им вести ее активные
поиски за пределами Земли. В первую оче
редь их внимание привлекают тела, на по
верхности либо в недрах которых может
присутствовать ж и дка я вода
■
ROSETTA,
/ЛА РС
и происхождение жизни
/
ейская миссия
к Юпитеру и его
ледяным лунам
Galileo:
раскрывая тайны
истемы Юпитера
Curiosity: путешествие
в прошлое Красной планеты
Проблемы миссии
Europa Clipper
NASA
вернет на Марс
кусочек Марса
Что скрывает
океан Энцелада?
Falcon Heavy:
новый успех
Илона Маска
СОДЕРЖ АНИЕ
№ 2 (162) 2 0 1 8
ROSETTA,
и происхождение жизни:
случайности и закономерности
*
,
.
£
Ф
с
т
р
.
4
Curiosity
путешествие
в прошлое
Красной планеты
• J M tt U i»
к юпите
ледяным
V . -----
с
NASA
вернет на Марс
кусочек Марса
Руководитель проекта,
главны й редактор:
Гордиенко С. П.
В ы пускаю щ ий редактор:
М анько В. А.
Редактор:
Р азм ы слович К. Р (М и нск)
Редакционны й совет:
А ндронов И. Л. — декан
2
факультета О десского
национального м о рского
университета, д окто р
ф.-м. наук, профессор, ви
це-президент Украинской
ассоциации любителей
астроном ии
Вавилова И. Б. — учены й
секретарь Совета по ко с
м и чески м исследованиям
НАН Украины, вице-прези
дент Украинской астро
ном ической ассоциации,
кандид ат ф.-м. наук
М итрахов Н. А. — Прези
дент инф ормационно-а
н ал итического центра
«Спейс-Информ», д ир ек
тор ки е в ско го представи
тельства ГП КБ «Южное»,
к.т.н.
О лейник И. И. — гене
рал-полковник, д окто р
технических наук, заслу
ж е н ны й деятель науки и
техники РФ
Рябов М. И. — старш ий
научны й сотрудник
О десской обсерватории
ра д иоастроном ического
института НАН Украи
ны, кандид ат ф.-м. наук,
сопредседатель М еж дуна
родного астр он ом и че ско
го общ ества
Д изайн, верстка:
Кисилица Елена
IT сопровож дение:
Голойда Андрей
ВСЕЛЕННАЯ, простран
ство, время — м еж дуна
родны й научно-популяр
ны й журнал
по астроном ии и ко см о
навтике, рассчитанны й на
м а ссового читателя
N00SPHERE
Technology Knowledge Humanity
RO SETTA,
/Л А Р С m
и происхождение жизни:
случайности и закономерности
п>
Жан-Пьер Бибринг
Институт космической астрофизики (Париж, Франция)
Rosetta, Mars, and the emerge
genericity and contingencies
Jean-Pierre Bibring
Institut d'Astrophysique S p a 'fliH A ris,
Доклад прочитан 4 декабря 2017 г.
на 51-м симпозиуме ESLAB
(Нордвейк, Голландия)
Перевод: Владимир Манько
Редактор перевода: Сергей Гордиенко
Родился 24 июня 194 8
г. в Париже, доктор
скую степень в обла
сти астрофизики по
лучил в 1978 г. в
Университете Париж-юг
XI, в настоящее время
является
профессором
и сотрудником астрофизического отдела
парижского Института космической астро
физики. Участник руководящих органов не
скольких важнейших космических программ,
в том числе миссии Cassini-Huygens (со
вместного проекта ESA и NASA по изучению
Сатурна и его системы) и Venus Express
вплоть до их завершения соответствен
но в 2017 и 2014 г. В настоящее время
принимает участие в сопровождении зонда
MRO (NASA), работающего на ареоцентрической орбите с весны 2006 г. Главный
исследователь рабочей группы спектроме
тра OMEGA, установленного на европейском
зонде Mars Express, координатор проекти
рования микроскопического оборудования
для посадочного аппарата миссии ExoMars.
Главная тема 51-го симпозиума ESLAB — «Экстремальные обитаемые миры», и именно ей
был посвящен первый доклад, прочитанный председателем оргкомитета Бернаром Фоингом
(Bernard Foing). Следующий докладчик — Ж ан-Пьер Бибринг из парижского Института кос
мической астрофизики — подошел к проблеме с другой стороны. Он охарактеризовал свое вы
ступление как «противоречивое, если не провокационное, как и все, что связано с внеземной
жизнью».
се дискуссии о жизни
за пределами Земли
(ка к и о происхожде
нии
земной
жизни)
пока упираются в тот
факт, что до сих пор нам известна
единственная обитаемая плане
та - собственно Земля - и при
близительно установлено, что
первые живы е организмы на ней
появились около 4 млрд лет на
зад. В этой области нет никаких
твердых доказательств и обще
признанных концепций, и лиш
ний раз это подтвердилось после
начала исследований Солнечной
системы с помощью космиче
ских аппаратов, результаты кото
рых вынудили ученых полностью
пересмотреть многие фундамен
тальные
парадигмы.
Послед
ствия такого пересмотра выходят
далеко за рамки научного сооб
щества. Множество миров как
прямое следствие универсаль
ности законов мироздания, вдох
новлявшее поиски внеземной
жизни до последнего времени,
теперь выглядит как разнообра
зие миров, причем этот термин
характеризует и объекты нашей
Солнечной системы (проявляясь
даже на уровне четырех галиле
евых спутников Юпитера), и саму
Солнечную систему как одну из
бесчисленных звездных систем.
Что приводит к такому раз
нообразию эволюционных пу
тей? К ак схожие процессы мо
гут способствовать появлению
столь
различных
сценариев
эволюции? В каком масштабе
времени и пространства уни
кальна Земля и жизнь, которую
она приютила? Как влияет на
вероятность присутствия ж и з
ни за пределами нашей плане
ты способность земных живых
организм ов адаптироваться к
ш ирокому спектру внешних ус
ловий? Неожиданные ответы на
эти вопросы дали экспедиции к
Марсу и миссия косм ического
аппарата Rosetta.
5
Ж И З Н Ь ВО ВСЕЛЕННОЙ
С момента появления первых
монотеистических религий (а воз
можно, и раньше) надолго утвер
дилось представление о Земле
как единственном и уникальном
объекте, населенном людьми и
противопоставляемом «небесно
му миру». Только с наступлени
ем XVII века начало преобладать
мнение о том, что на самом деле
она вполне стандартная планета,
каких много не только во Вселен
ной, но даже в нашей Солнечной
системе, а Солнце - соответствен
но всего лишь одна из множества
звезд. Из этого подобия (а также
представления об универсаль
ности физических законов, всег
да и везде проявляющих себя
одинаково) проистекал вывод о
такой же «всеобщности» и рас
пространенности жизни за пре
делами Земли. Но после полетов
первых межпланетных аппаратов
и открытия экзопланет наука на
новом уровне вернулась к идее
«земной уникальности». До сих
пор в поисках внеземной жизни
астрономы пытаются обнаружить
планеты иных звезд (желательно
солнцеподобных) с твердой по
верхностью и обширными водны
ми резервуарами на ней - то есть
с условиями, максимально напо
минающими земные. Однако эта
задача не просто очень сложна:
похоже, такое направление поис
ков совершенно не повышает ве
роятность их позитивного резуль
тата.
Как показали исследования
планет Солнечной системы сред
ствами космонавтики, всех их
отличает крайнее и совершенно
неожиданное разнообразие с точ
ки зрения эволюции и текущего
состояния. Кажется невероятным,
что все они сформировались из
одного и того же протосолнечного
газово-пылевого облака, которое
должно было заложить много об
щего в их дальнейшее развитие.
Для объяснения различий пла
нет совершенно недостаточно их
разных размеров и гелиоцентри
ческих расстояний. Каковы же
основные «движущие силы» эво
люционного разнообразия?
По-видимому, даже при не
больших различиях исходных со
стояний общие эволюционные
процессы приводят к существен
но отличающимся результатам,
диктуемым спецификой каждого
набора условий. Это может быть
проиллюстрировано двумя при
мерами.
1. Ранние миграции планет-ги
гантов, в ходе которых они суще
ственно меняют радиусы своих
орбит, представляют собой весь
ма распространенный процесс
в эволюции звездных систем.
Однако, по-видимому, каждой та
кой системе свойственен очень
специфичный
«миграционный
сценарий», зависящий от струк
туры протопланетного диска и
свойств родительской звезды,
в том числе ее эволюционных
особенностей.
Применительно
к Солнечной системе обычно
рассматривается т.н. Ниццкая
модель, включающая в себя ми
грации Юпитера и Сатурна (они
получили название «Великого пе
реворота» - Grand tack), в итоге
ставшие причиной необычного
пространственного и массового
распределения внутренних пла
нет, и в первую очередь - Земли,
оказавшейся самой тяжелой из
них. Вдобавок вклад турбуленции в формирование обогащен
ных льдом объектов во внешних
областях диска необходимо учи
тывать при оценках содержания
воды (по крайней мере, на Земле
и Марсе).
2. Столкновения кам енисты х
протопланет со сравнимы м и
по размерам телами (астерои
дами либо меньш ими по мас
се протопланетами) на ранних
стадиях их ф ормирования, не
сомненно, долж ны быть вполне
регулярным явлением. С при
влечением этого механизма, в
частности, объясняю т возник-
т Ниццкая модель - сценарий д инам и
ческой эволю ции Солнечной системы,
названны й в честь административного
центра ф ранцузского региона, где распо
ложена Обсерватория Лазурного Берега
(ее сотрудники внесли наибольший вклад
в разработку данной модели). Согласно ей,
вначале - д о того, к а к Юпитер и Сатурн во
шли в орбитальный резонанс 2:1 — орбиты
планет-гигантов располагались нам ного
компактнее, чем сейчас (в интервале 3,5-17
а.е. от Солнца). Далее Нептун, траектория
которого здесь показана темно-синим цве
том. и Уран, обозначенны й голубым, в ре
зультате многочисленны х гравитационны х
взаимодействий с крупны м и ледяными
объектами (планетезималями), «обитав
ш ими» на еще больших гелиоцентрических
расстояниях, заставили м ногие из них при
близиться к Солнцу, а сами, «взяв на себя»
часть потенциальной энергии этих объек
тов, наоборот, удалились от наш его свети
ла. П озже пертурбации орбит Юпитера и Са
турна «забросили» часть планетезималей
на дальние окраины Солнечной системы,
сф ормировав Облако Оорта.
М еханизм миграции планет-гигантов
используется при д инам ическом модели
ровании Солнечной системы для объясне
ния некоторы х собы тий ее истории, в кл ю
чая т.н. по зд н ю ю тяж елую бомбардировку
внутренних кам е ни сты х планет, формиро
вание Главного пояса астероидов и по яв
ление многочисленны х транснептуновых
объектов, находящихся в орбитальном ре
зонансе с Нептуном.
Обшие процессы,
специфичные
формы
6
Ж И З Н Ь ВО ВСЕЛЕННОЙ
новение системы «Земля-Луна».
Но далее такое столкновение ока
зало решающее воздействие на
высокоспецифичную
эволюцию
Земли: появившийся у нее крупный
спутник стабилизировал наклон
земной оси, способствовал проте
канию тектонических процессов
с последующим проникновением
воды и гидратированных минера
лов в мантию, возникновению гло
бального подповерхностного слоя
жидкой магмы и т.д. Масштабы
этих эффектов очень чувствитель
ны к параметрам удара (геометрия,
соотношение масс столкнувшихся
тел, их состав), результатом чего
также становятся сильно отличаю
щиеся эволюционные сценарии.
Т Этот кол л а ж составлен из 210 сн и м
ко в ком е ты Чурю м ова-Герасим енко (67Р/
Churyumov-Gerasimenko), сделанны х е в р о
п е йски м зондом Rosetta в период с июля
2014 г. д о падения на ее ядро в сентябре
2016 г. На са м о м первом сн и м ке в левом
верхнем углу, полученном еще на стадии
сближ ения с кометой, ее 4-килом етровое
ядро имеет разм ер всего в н е ско л ько п и к
селей. На более поздних фотографиях ста
новится очевидной его необычная форма,
по зж е пр оявляю тся все более м елкие
детали поверхности. В ряду изображений
пр исутствую т такж е два «неестествен
ных» объекта: Rosetta, сф отограф ирован
ная по сад очн ы м модулем Philae вскоре
после отделения от о сн о вн о го аппарата, и
собственно посад очны й модуль на своем
пути к ком етном у ядру.
По мере приближения ком е ты к пе ри
гелию (котор ы й она прошла 13 августа
2015 г.) ее а кти в н о сть росла, что такж е
хорош о вид но на сним ках. Это зам етно
усл ож нило тесны е сближ ения к о см и ч е
с к о го аппарата с ядром, вы брасы вавш им
значительны е количества газа и пыли.
О днако с больш ого расстояния удавалось
сф отограф ировать впечатляю щ ие гей
зеры и дж еты , извергаем ы е «хвостатой
гостьей» После перигелия акти вн о сть по
шла на спад, и пролеты вблизи ядра сн о
ва стали сравнительно безопасны м и. На
н е ско л ьки х сн и м ка х м о ж н о увидеть тень,
которую на него отбрасы вает Rosetta. На
участках, сф отограф ированны х более од
ного раза, астроном ы вели по и ски и зм е
нений, произош едш их во время сближ е
ния ком еты с Солнцем.
По мере удаления ко см и ч е ско го а п па
рата вместе с кометой от наш его светила
количество
энергии, вырабатываемой
его солнечны м и батареями, постепенно
уменьшалось, и рабочая группа миссии
приняла решение посадить зон д на ядро,
что и бы ло сделано 30 сентября 2016 г. За
месяц д о этого на одном и з сн и м ко в нако
нец-то удалось рассмотреть модуль Philae,
лежащ ий на боку в узкой расщелине...
ESA/Rosetta/NavCam - СС BY-SA IGO 3.0; ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; ESA/Ro$elta/
Philae/CIVA ESA/Rosetta/Philae/ROLIS/DLR
35
|
Ж И З Н Ь ВО ВСЕЛЕННОЙ
т Гладкие уча стки на поверхности
ядра ком еты Ч урю мова-Герасименко.
вероятнее всего, пред ставл яю т собой
твердую спеченную корку, от которой
модуль Philae д в а ж д ы отскочил пе
ред посадкой (если бы поверхность
была ры хлой - его посад очны е опоры
«увязли» бы в ней)
Следующий серьезный «сдвиг
парадигмы» касается процессов
обогащения молодых планет ор
ганическими веществами, необ
ходимыми для возникновения
жизни. Данные, полученные ев
ропейским аппаратом Rosetta и
посадочным модулем Philae, ис
ключили из рассмотрения модель
кометы - «грязного снежка». Веро
ятнее всего, кометное ядро состо
ит преимущественно из богатых
углеродными соединениями зерен
размером до нескольких милли
метров, в которые включены как
силикаты, так и летучие вещества
(в первую очередь лед). Для этих
структур предложено название
ORGANiceS, подчеркивающее тот
факт, что водяной лед - ice - за
ключен в матрице из сложной ор
ганики. Анализ более тугоплавкой
силикатной компоненты модуль
Philae выполнить не смог из-за не
хватки заряда бортовых аккумуля
торов; общий массив информации,
переданной им и зондом Rosetta,
демонстрирует большой набор
соединений, вполне достаточный
для обеспечения «строительным
материалом» большинства, если
не всех, земных живых организ
мов. Избыток стереоизомеров
и энантиомеров (органических
молекул с полностью асимме
тричной структурой) мог возник
нуть благодаря специфическому
ультрафиолетовому
излучению
молодого Солнца, облучавшему
обогащенные углеродом зерна в
турбулентном аккреционном дис
ке. Объекты, подобные ядру коме
ты Чурюмова-Герасименко, имеют
на поверхности спеченную корку,
от которой, по-видимому, и отско
чил модуль Philae перед «окон
чательной» посадкой. Эта корка
играет роль «теплового щита» и
предохраняет органику от пол
ного термического разрушения
при вхождении такого объекта в
атмосферу планеты, обеспечив,
таким образом, возможность по
падания «кирпичиков жизни» в
большие поверхностные водоемы
с подходящими условиями - тем
пературой, соленостью, кислотно
стью (щелочностью). В этих усло
виях далее могут инициироваться
автокаталитические реакции, при
водящие к синтезу примитивных
биологических структур из ин
гредиентов, предварительно слу
чайно появившихся в результате
специфических процессов «меж
планетной химии» в первичном га
зово-пылевом облаке.
Здесь следовало бы упомянуть
отдельную очень важную пробле
му. Мы привыкли рассматривать
физические условия, присутству
ющие у поверхности Земли, в ка
честве «нормальных» и наиболее
подходящих для обитания. Но на
самом деле такое представление
следует считать одной из опасных
догм, воцарившихся в современ
ной науке: отталкиваясь в пони
мании «нормальности» от себя,
мы можем упустить множество
интересных вариантов, заключа
ющихся в том, что многие миры с
«экстремальными» с нашей точки
зрения условиями способны пре
доставить вполне благоприятные
возможности для возникновения
и эволюции жизни.
И еще одним устоявшимся пред
ставлением, которое, весьма ве
роятно, не совсем соответствует
действительности, является кар
тина эволюции от «простого» (син
гулярность Большого Взрыва, эле
ментарные частицы) через «более
сложное» (атомы и простейшие
молекулы) к «наиболее сложно
му» (органические соединения и
структуры живой клетки). Сейчас
практически единодушно считает
ся, что этот путь - чуть ли не един
ственно возможный, и в конце
него обязательно должна возник
нуть жизнь, причем непременно
разумная. Но пока этот результат
мы наблюдаем лишь в единичном
случае нашей планеты...
Марс как важный
свидетель
Наш сосед по Солнечной систе
ме давно уже привлекал внимание
ученых как еще одно место, где
потенциально может существо
вать жизнь. Истории о «марсиа
нах» стали неотъемлемой частью
литературы и кинематографии.
Казалось бы: там, как и на Земле,
имеется все необходимое для ж и
вых существ - солнечный свет,
вода, твердая поверхность... Од
нако первые же снимки автома
тических межпланетных станций
показали: признаков жизни на
Ж И З Н Ь ВО ВСЕЛЕННОЙ
Марсе нет. Позже посадочные ап
параты, осуществившие первые
астробиологические эксперимен
ты (Viking 1 и 2), не смогли подтвер
дить наличия там даже микробов.
Определенную надежду дал лишь
тщательный анализ метеоритов
марсианского происхождения, но
и его результаты научное сообще
ство воспринимает осторожно.
Европейский зонд Mars Express,
за которым последовал амери
канский MRO (оба они до сих пор
функционируют), выполнили де
тальные исследования Красной
планеты, приведшие к серьезному
пересмотру ее истории: оказалось,
что вскоре после ее формирова
ния там могли существовать усло
вия, при которых жидкая вода на
поверхности оставалась стабиль
ной на протяжении периодов, со
поставимых с возрастом Солнеч
ной системы, прежде чем исчезла
полностью в результате глобаль
ного изменения климата. Но еще
более интересным представляется
открытие на Марсе участков, со
хранившихся практически нетро
нутыми с момента его образова
ния - эта особенность делает его
уникальным объектом Солнечной
системы. Такие участки несут на
себе следы условий, преобладав
ших в древние времена. Эволюция
марсианской среды может быть
представлена как последователь
ность минералов, изменявшихся
под действием воды - в частно
сти, филлосиликатов с различным
содержанием магния, алюминия
и железа. Районы с подобной со
хранившейся стратиграфией яв
ляются идеальными местами для
изучения с помощью новых мар
соходов - ExoMars (2020 г., ESA)
и Mars-2020 (NASA); запуск китай
ской марсианской мобильной ла
боратории также запланирован
на 2020 г.
Если жизнь и возникала ког
да-либо вне Земли, эти районы
должны быть наиболее благопри
ятными для сохранения ее следов.
Возможно, в одном из присутству
ющих там минералов (например, в
смектите или каолините) мы обна
ружим вещества, свидетельству
ющие об эволюции органики. По
этим признакам мы сможем опре
делить среду, более благоприят
ную для зарождения живых орга
низмов на Марсе, а з н а ч и т - и на
д р евн ей Зем ле. С другой сторо
ны, если никаких сложных органи
ческих веществ найдено не будет
(только простейшие, непроэволюционировавшие, связанные с
межпланетным материалом) - это
станет дополнительным доказа
тельством уникальности либо же
большой редкости земной жизни.
Периодизация марсианской истории
I6 0 Л 0 Г И Ч 6 С К И 6
Геспериан
|4
Стратиграфические
зоны
3,5
1
з
Филло- , НО Тиокиан
зиан
шн
Рабочая группа прибора OMEGA зонда
Mars Express (одним из руководителей ко
торой был Жан-Пьер Бибринг), исследуя
хроностратиграфию марсианских мине
ральных отложений, установила, что хро
нология Красной планеты должна быть се
рьезно пересмотрена. Ученые предложили
более взвешенный подход основанный на
стратиграфической системе и содержащий
три зона:
Филлозиан - «эпоха глины» (4.2 млрд
лет назад и ранее) - проявляется на участ
ках, характеризующихся наличием филло-
Число
ударных
кратеров
диаметром
1 км и больше
Амазониан
Сидерикиан
силикатов, включая глинистые минералы,
предположительно образованные в при
сутствии жидкой воды.
LHB (Late Heavy Bombardment) - гипо
тетическая «Поздняя тяжелая бомбар
дировка» каменистых планет Солнечной
системы большим количеством крупных
астероидных тел. связанная с миграцией
газовых гигантов и, возможно, вызвавшая
усиление вулканизма на Меркурии, Венере,
Земле. Луне и Марсе. Предположительно
имела место 4,2-4,1 млрд лет назад.
Тиокиан - «серная эпоха» (4,2-3,8 млрд
Модель
марсианской
хронологии
(Hartmann & Neukum. 2001)
Основные
периоды
„
вулканической
аКТИВНОСТИ
Возраст кратеров, млрд лет
мл* лет
лет назад) - характеризуется преобла
данием сульфатированных минералов,
возникших в результате марсианского
вулканизма.
Сидерикиан «железистая эпоха»
(3,8 млрд лет и до наших дней) - время
образования безводных оксидов железа,
присутствующих на поверхности планеты
почти повсеместно и ответственных за ее
красно оранжевый цвет.
Датировка этих эонов остается в зна
чительной
степени
неопределенной.
Детальный анализ результатов OMEGA
выявил возможный разрыв между Филлозианом и Тиокианом; таким образом,
начало последнего может совпадать с
Гесперианом (эпохой, фигурировавшей в
более ранней марсианской хронологии),
а продолжительность Филлозиана о ка
зывается меньше, чем соответствующего
ему Ноахиана.
При таком подходе разрыв, более или
менее совпадающий с предположитель
ной «Поздней тяжелой бомбардировкой»,
фактически .означал бы эпоху наиболее
интенсивного вулканизма, которая рас
пространилась на Тиокиан, постепенно
затухая по мере снижения эндогенной
трвности планеты.
Ноахианская эпоха
Эта карта рельефа Земли Ноя
(Noachian Terra) - типичного об
разования времен ноахианской
эпохи - получена с помощью
высотомера
MOLA американ
ского зонда Mars Global Surveyor.
Просматривается определенное
внешнее сходство с лунными вы
сокогорьями. Условным красным
цветом обозначены наиболее вы
сокие участки местности. Синий
участок в правом нижнем углу северо-западный регион гигант
ской впадины равнины Эллада.
Карта равнины Гесперии, в честь
которой названа еще одна мар
сианская эпоха, составленная по
данным альтиметра MOLA зонда
Mars Global Surveyor. Цвета услов
ные и обозначают высоту местно
сти относительно среднего уров
ня (кр а сны й - сам ы е в ы сокие
участки, оранжевый и желтый более низкие, зеленый - лежащие
практически около нулевой отмет
ки). Заметно, что территории, отно
сящиеся к гесперийской системе,
содержат меньше ударных крате
ров, чем соседние «ноахианские»
участки - это свидетельствует об
их сравнительной молодости.
Амазонийская эпоха
Равнина Амазонии (Amazonis
Planitia) - наиболее характерный
пример поверхностных структур,
возникших в Амазонийскую эру,
фактически
продолжающуюся
до сих пор. Они характеризуются
малой плотностью следов мете
оритных и астероидных ударов.
Большинство подобных участ
ков лежит ниже среднего уровня
Марса, поэтому при их обозначе
нии преобладают условные зеле
ные и синие цвета.
Ж И З Н Ь ВО ВСЕЛЕННОЙ
Предварительные
итоги
Последовательность
процес
сов, в результате которых Земля
сформировалась как «пригодная
для жизни» планета, демонстриру
ет ключевую роль, которую в этом
играют случайности и непредви
денные обстоятельства. Новые
открытия заставляют нас серьез
но пересмотреть существующие
парадигмы,
рассматривавшие
наличие стабильной жидкой воды
на поверхности планеты в каче
стве главной движущей силы. Уже
понятно, что зоны и объекты, на
которых вода не удерживается на
протяжении длительного време
ни, почти наверняка не являются
обитаемыми - но и утверждение
о том, что стабильные водные
бассейны критически необходи
мы для возникновения жизни, не
учитывает серьезный прогресс
в нашем понимании планетной
эволюции, достигнутый в послед
нее время. Впрочем, тот факт, что
земная жизнь на протяжении двух
с лишним миллиардов лет перед
тем, как выйти на сушу, существо
вала исключительно в водной сре
де, также не стоит игнорировать.
В то же время Земля призна
на уникальной во времени и про
странстве (в масштабах, которые
предстоит еще определить), со
своими нигде более не встреча
ющимися водными океанами и
беспрецедентной
азотно-кисло
родной атмосферой - а значит,
такой же уникальной оказывает
ся и жизнь, которая с этой точки
зрения является специфическим
продуктом определенного эволю
ционного сценария. Она возникла
на Земле только один раз, и те
перь предстоящие исследования
Солнечной системы будут иметь
целью решение вопроса о том,
каково соотношение случайно
стей и закономерностей - вклю
чая сложную динамику молодого
Солнца и протопланетного дис
ка - в общем массиве вовлечен
ных в ее появление процессов.
С другой стороны, однажды воз
никнув, жизнь больше никогда не
«исчезала», проявляя чудеса при
способляемости к изменениям
внешних условий (часто в весь
ма широких пределах, вплоть до
действительно экстремальных),
поэтому отдельной проблемой
является возм ожность ее «воз
рождения», а такж е возникнове
ния в условиях, далеких от тех,
которые сейчас принято считать
благоприятными.
Из этого вывода проистекает
еще одно интересное следствие.
Весьма вероятно, что поиск «экзо-Земель» (объектов, по своим
характеристикам максимально
похожих на нашу планету), не
имеет никакого отношения к по
искам внеземной жизни: если
таковая где-то и присутствует она, скорее всего, развивалась
в других условиях по собствен
ному эволюционному сценарию,
вряд ли сильно напоминающему
земной. Не говоря уже о том, что
ученые до сих пор не имеют чет
кого определения «жизни» как
универсального феномена все
ленских масштабов, и не факт,
что оно вообще существует...
Т Три из четы рех зем леподобны х планет Солнечной систем ы — Венера, Земля и
М арс — обладаю т атмосферой, причем ее общая масса убы вает по мере удаления от
Солнца. С пектральны е пр изнаки газовы х оболочек учены е пы таю тся найти у планет
других звезд, что указы ва л о бы на их сходство с нашей планетой.
венера
земля
марс
ESA 2001. Illustration by Medialab
Японское агентство исследо
ваний космоса JAXA организует
миссию MMX (Mars Moon explorer),
среди задач которой - поиск сле
дов столкновения Красной пла
неты с крупным астероидоподоб
ным телом на ранних стадиях ее
эволюции (возможно, в ходе него
образовались марсианские спут
ники Фобос и Деймос). Это по
зволит, в частности, определить,
насколько велика вероятность по
добных столкновений, и изучить
их эффекты на объектах меньшей
массы, чем Земля.
Интересно, что те марсианские
регионы, которые действительно
имеют выразительный красный
или оранжевый оттенок, похоже,
никогда не оказывались под во
дой, а следовательно, она не мо
жет нести ответственность за их
окраску (как, опять же, считалось
ранее). А значит, в истории Марса
предположительно был период,
когда его окутывала атмосфера
с высоким содержанием кисло
рода, активно участвовавшего
в окислении множества поверх
ностных минералов.
► 3 июля 2003 г., через месяц после старта зонда Mars Express с косм одром а Бай
конур, его спектрограф OMEGA сделал с н и м о к Земли, от которой он уже успел уда
литься на 8 млн км. Съемка велась в рам ках програм м ы тестирования бортовой
аппаратуры, однако имела и опреде
ленную научную ценность. В ходе нее
в вид им ом и ближ нем инф ракрасном
д иапазоне удалось зарегистрировать
пр изнаки воды (освещ енны й серп Зем
ли, повернуты й к зонду, был почти пол
ностью занят Тихим океаном ), а такж е
м ногих атмосф ерны х газов - в част
ности, угле ки сл ого (С 02), молекуляр
ного кислорода (0 2), озона (0 3), метана
(СН4) и некоторы х других. Более того:
по мере вращ ения нашей планеты ин
тенсивность различны х спектральны х
линий менялась, отображая вариации в
составе атмосферы над разны м и участ
Длина волны (мкм), видимый и ближний ИК-диапаэон
кам и поверхности. Это были первы е в
Состав земной атмосферы
истории наблюдения зем н о го д иска,
поданным спектрометра O M EGA зонда Mars Express
охвативш ие его полностью .
Американский марсо
ход Curiosity, работающий
на соседней планете уже
свыше пяти с половиной
лет (вместо двух изна
чально
запланирован
ных), ведет исследования
марсианской поверхности
с помощью различных ин
струментов, в число кото
рых входит и микроско
пическая камера MAHLI
(Mars Hand Lens Imager).
Именно этот прибор по
мог недавно сделать
интересное открытие, по
зволившее больше узнать
о древней истории Марса.
4 января 2018 г., на
1925-й сол (марсианские
сутки) после посадки,
Curiosity провел деталь
ную съемку скалы-ми
шени, получившей на
звание «Джура» (Jura)
- части скалистой фор
мации «Хребет Веры Ру
бин» (Vera Rubin Ridge).
В целом она имеет ко
ричневато-серый цвет и
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
м ел кокри стал л и ческую
структуру, однако в ней
встречаются и достаточ
но крупные кристаллы
звездообразной и V-образной формы, а также
минеральные жилы с
ярким и темным матери
алом.
Кристаллы,
найден
ные на скалистом обна
жении
«Харольдсвик»
(Haroldswick),
по
раз
мерам сравнимы с ри
совым зерном. Часть
из них — одиночные, но
многие образуют сростки
— «звездочки» или более
простые
«ласточкины
хвосты». По словам Санджива Гупты, участника
рабочей группы Curiosity
из Имперского колледжа
Лондона (Sanjeev Gupta,
Imperial College, London),
подобные формации хо
рошо знакомы геологам,
которые изучают кри
сталлы гипса, образовав
шиеся в высохших озерах
на Земле: они могут появ
ляться, когда соли кон
центрируются в постепен
но испаряющейся воде.
Тем не менее, специали
сты предпочитают не де
лать окончательных вы
водов и рассматривают
множество путей возник
новения обнаруженных
особенностей. Строго го
воря, пока невозможно
точно сказать, сформиро
вались ли эти кристаллы
еще до того, как вокруг
них возникла матрица не
растворимых
осадочных
пород, или же в этой ма
трице по какой-то причине
появились пустоты, позже
заполненные
веществом,
принесенным грунтовыми
водами. Каждый из этих ва
риантов предполагает соб
ственный
эволюционный
сценарий.
Команда марсохода ис
следует и другие подсказки,
найденные в той же обла
сти, чтобы узнать больше об
истории Красной планеты. К
ним относятся, в частности,
минеральные прожилки с
◄ Этот
снимок
м арсоход
C u rio sity сделал 9 сентября
2015 г., н а п р а в и в ка м е р у с м е
ста св ое й тогд а ш н ей с т о я н к и в
сто р о н у более в ы с о к и х уч а ст
ко в го р ы Шарп (Mount Sharp) центрального пика кратера Гейл.
На пе ред н ем плане д о р а ссто
ян и я п р и м е р н о 3 к м тянется
д л и н н ы й хребет, со д ер ж а щ и й
б ол ьш ое к о л и ч е с тв о гем а ти та
(о к с и д а ж е л е за Рег0 5). П рям о
за н и м - хо л м и ста я равнина,
богата я
гл и н и с ты м и
мине
ралами, далее м н о ж е ств о
о кр у гл ы х в о зв ы ш е н н о сте й с
в ы с о к и м со д е р ж а н и е м ги пса и
д р у ги х сульф атов. М и н е р а л о ги
ч е с ко е ра зно об р ази е о т л о ж е
Ж Камера MastCam американ
ского ровера Curiosity произвела
подробную съемку «Хребта Веры
Рубин» 19 августа 2017 г , за две
недели до того, ка к мобильная
лаборатория начала подъем на
эту возвышенность. Панорамное
изображение составлено из 13
сним ков «цветовой баланс при
мерно соответствует солнечному
освещению на Земле». На нем хо
рошо заметны детали обнажений
осадочных пороА слагающих хре
бет. Они характеризуются наличи
ем гематита, обнаруженного еще
на снимках, сделанных с орбиты.
Породы, составляющ ие ниж
н ю ю часть хребта, имею т отчет
ливую горизонтальную страти
фикацию с отдельными слоями
толщиной свыше десятка санти
ний на с кл о н а х гор ы с в я за н о
с и зм е н е н и я м и о кр у ж а ю щ е й
ср е д ы на ран н их этапах э в о
л ю ц и и М арса, о д н а ко все эти
и зм е н е н и я
пр е д по л а га ю т
уча сти е воды . Д а л ь н и й план
з а н я т н е о б ы ч н ы м и ска л а м и
светл ы х о тте н ко в , в о зм о ж н о ,
о б р а зо в а в ш и м и ся в более су
хие врем ена и п о сте п е н н о р а з
р уш а ю щ и м и ся по д д е й ств и е м
в е тр о во й эрози и .
Ц в етов ой бал ан с в ы ста вл ен
т а к и м образом , чтоб ы м а к с и
м а л ь н о в о с п р о и з в е с т и усл о
вия с о л н е ч н о го о св е щ е н и я на
Зем ле (бла года ря этом у м а р
с и а н с ко е небо пр иобрело го л у
бой оттен о к).
NASA/JPL-Caltech/MSSS
ч.
метров. Слоистые породы пересе
каю т жилы, заполненные бельгм
минералом
(вероятнее
всего,
гипсом) - они свидетельствуют о
более поздних эпизодах просачи
вания ж идкости через пористые
отложения.
1В
NASA/JPL- Caltech/MSSS
Это обнажение м е л ко кр и
стал лической слоистой породы
с м инеральны м и п р ож и л ка м и
тем ны х и светлы х оттенков, на
ходящ ееся на ю ж н о м склоне
«Хребта Веры Рубин», получило
название «Джура» (Jura). 4 ян
варя 2018 г. марсоход Curiosity
произвел его детальную сье м ку
с по м ощ ью м и кр о ско п и ч е ско й
кам еры MAHLI. И зоб ра ж е ни е
с о ста в л е н о и з трех с н и м ко в ,
о х в а ты в а ю щ и х у ч а с т к и р а з
м ером п р и м е р н о с по что в ую
о т кр ы т ку . На в р е зке в ув е л и
че н н о м вид е п о ка за н од и н из
V-об р азн ы х кр и ста л л о в . Здесь
в стр е ча ю тся т а к ж е д р уги е к р и
ста л л и ч е ски е ф орм ации, ха
р а кте р н ы е д ля ги п с а (сульф ата
ка л ьц ия ).
► П ал очкоо бра зн ы е
стр укту
ры на м а р си а н ско й ска л е «Хзрольдсвик», сф отограф ирован
ны е кам е рой MAHLI (ш ирина
пр ед ста вл ен н ого с н и м ка равна
пр им ерно 5 см ). Эта кам енная
м иш ень находится у ю ж н о
го края «Хребта Веры Рубин»
в н и ж н е й ча сти с кл о н а горы
Ш арп.
П ро исхо ж д ен и е серы х п р о
д о л го ва ты х ф ормаций п о ка не
объяснено. Одна и з версий за
клю чае тся в том , что они пред
ста в л я ю т собой устой чи в ы е к
эрозии ф рагм енты те м н о го м а
териала и з м и нер ал ьны х жил,
пр оре заю щ и х слои о са д о чн ы х
пород в этой области.
ш
я
% ч
со
-г
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
яркими и темными зо
нами, цветовые вариа
ции в коренных породах,
плавные горизонтальные
слои, толщина которых
изменяется более чем в
десять раз, а содержание
различных элементов (в
первую очередь железа)
- вчетверо. «Здесь целая
сокровищ ница интерес
ных целей, — пр оком
ментировал исследова
ния научный сотрудник
проекта Curiosity из Лабо
ратории реактивного дви
жения NASA Ашвин Васавада (Ashwin Vasavada,
JPL
NASA,
Pasadena,
California). - Каждая из
них - подсказка, и чем
больше таких подска
зо к — тем лучше... В л ю
бом из сценариев эти
кристаллы
являются
новы м свидетельством
существования
долго
живущих
водоемов
и
пригодной для обитания
окружающей среды на
Марсе».
До сих пор, пояснил
ученый, специалисты счи
тали, что большинство
древних водоемов были
заполнены водой, содер
жавшей
сравнительно
мало солей. Теперь же
мы можем наблюдать,
как озера менялись со
временем
вследствие
глобальных
изменений
марсианского климата, и
это согласуется с общей
картиной, согласно кото
рой Марс постепенно те
рял воду на протяжении
последних трех миллиар
дов лет. Эти отличия на
поминают разницу между
пресноводными горными
озерами, подпитываемы
ми тающим снегом, и со
леными озерами в пусты
нях, где вода испаряется
быстрее, чем поступает
свежая.
В настоящее время счи
тается, что мелкокристал
лические спрессованные
породы скалы Джура
являются
следствием
накопления осадков на
озерном дне, как это про
исходило в нескольких
более старых нижележа
щих слоях. Однако най
денные кристаллы могли
образоваться не только
в испаряющемся озере,
но и гораздо позже - из
рассола,
пропитавшего
водопроницаемую
по
роду.
Нечто
подобное
Curiosity уже обнаруживал
в местах, где подповерх
ностные водные раство
ры оставили после себя
такие структуры, как ми
неральные жилы. Кстати,
особый интерес представ
ляют вариации содержа
ния железа в таких жилах,
способные содержать ин
формацию об условиях,
благоприятных для жизни
микроорганизмов. Окси
ды железа различаются
по своей растворимости в
воде, причем соединения
этого элемента с более
высоким показателем окис
ления, как правило, менее
склонны к растворению и
транспортировке. Окружа
ющая среда с набором ок
сидов разной валентности
может обеспечить гради
ент химической энергии,
используемый некоторыми
типами микробов в процес
се их жизнедеятельности.
Хребет Веры Рубин (Vera
Rubin Ridge) мобильная ла
боратория изучает уже бо
лее полугода. Он представ
ляет собой устойчивую к
эрозии полосу в нижней ча
сти северного склона горы
Шарп внутри кратера Гейл.
Необычность этой структу
ры была замечена еще на
снимках с ареоцентрической орбиты, сделанных до
посадки Curiosity. Недавно
ровер завершил подъем на
южную оконечность хребта
и приготовился к переходу
к следующей цели исследо
ваний, получившей услов
ное название «Глиняный
участок» (Clay Unit).
;
► На это м и зо б р а ж е н и и с т р у к
туры под н а зв а н и е м «Рона»,
р а спо л о ж е н н о й в бли зи верх
ней ч а сти ю ж н о го кр а я «Хреб
та Веры Рубин», вы дел яется
м и н ер ал ьн ая ж и л а с я р ки м и и
т е м н ы м и в кл ю ч е н и я м и . Серый
уч а сто к в центре им еет ш ири
ну о к о л о 5 с м и д л и н у по чти
8 см . Он бы л пр ед ва ри тел ьн о
ра счи щ е н с п о м о щ ь ю п р о в о
л очн ой щ е тки д ля удаления
пы л и, уста н о в л е н н о й на р о в е
ре C uriosity. Ф отограф ия сд е л а
на 17 январ я 2018 г., на 1937-й
сол с м о м е н та начала работы
м о б и л ьн о й л аборатории на по
вер хно сти М арса.
‘
•. ..;
лщщ А '/г
NASA/JPL- Caltech/MSSS
V
15
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
NASA
вернет на Марс
кусочек Марса
NASA/JPL-Caltech
Ежегодно на Землю падает
несколько тысяч тонн метеори
тов. Большинство из них имеет
астероидное происхождение. Но
некоторые «космические гости»
прилетают к нам с других планет
Солнечной системы - главным
образом с соседнего Марса. Как
правило, они представляют
собой обломки, выбитые с
их поверхности ударами
крупных
астероидов,
▲ С отрудник NASA Рохит Бхартия (Rohit
Bhartia) держ ит ф рагмент метеорита, ко
торый, по м нению планетологов, попал
на Землю с Марса. Части этого метеорита
испол ьзовал ись для тестирования инстру
м ентов ровера M ars 2020 в назем ны х лабо
раториях Еще один или два его фрагмента
отправятся на Красную планету в качестве
кал ибр овочно го образца на борту марсохо
да
16
или же ве
щество, вы
брошенное
в
космос в ходе са
мых мощных вул
канических извержений.
К настоящему времени уже уда
лось найти свыше ста метеори
тов, прилетевших к нам с Марса.
Их происхождение подтверждено
изотопным анализом. Эти камни
являются предметом особого ин
тереса планетологов, предостав
ляя им возможность заглянуть в
марсианское прошлое. Некото
рые ученые, по их утверждениям,
обнаружили в таких метеоритах
следы, указывающие на то, что
на Красной планете раньше суще
ствовала жизнь.
В 2020 г. одному из марсианских
метеоритов предстоит обратное
путешествие. Речь идет о фраг
менте камня Uhaymir 008 (SaU008),
упавшего на Землю в 1999 г. С его
помощью специалисты собирают
ся производить калибровку лазе
ра, используемого в спектрометре
SHERLOC, который установят на
руку-манипулятор ровера Mars
2020. Задача прибора - микро
скопические минералогические
исследования и поиск органиче
ских веществ.
Предыдущие марсоходы NASA
также имели на борту калибро
вочные образцы. В зависимости
от инструмента в этом качестве
могли применяться
горные породы,
металл
или
стекло. Одна
ко в случае с
SHERLOC ис
следовате
ли решили
использо-
вать образец
настоящего
марсианского
вещества,
что
должно
значи
тельно
повысить
точность
работы
приборов.
Mars 2020 будет зани
маться
астробиологическими
исследованиями и искать следы,
указывающие на потенциальную
обитаемость соседней планеты в
прошлом. Кроме того, марсоход
долженсобрать пробы марсиан
ского вещества с наиболее инте
ресных участков для дальнейшей
доставки на Землю.
Стоит отметить, что SaU008 не первый метеорит, совершающий
«обратный перелет» к Красной
планете. На борту запущенного
в 1996 г. аппарата Mars Global
Surveyor находится небольшой
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
кусочек метеорита Загами. Этот
аппарат, вышедший из строя в
2006 г., все еще находится на ор
бите вокруг Марса и, по расчетам,
упадет на его поверхность где-то
в середине текущего века. Кроме
того, на ровере Mars 2020, скорее
всего, установят еще один фраг
мент «марсианского камня», кото
рый будет использован в качестве
калибровочной мишени для каме
ры SuperCam.
Научное оборудование ровера
Mars 2020
Калибровоч
ная мишень
MastCam-Z
Э л е ктр о н и ка
MEDA и RIMFAX.
датчик давления \
Калибровоч
ная мишень
SuperCam
Электра
ника
MastCam-Z
Мачта
SuperCam
Электроника PIXL
Сенсор PIXL
^CeHCODSHERLOC
О сновной блок
SuperCam
MastCam-Z
MOXIE
усовершнж гвсынн^.
систем а и з двух кам ер панорам ной и сте
реоскопиче ской съ е м ки с объ е кти во м пе
рем енного ф окусного расстояния. Прибор
такж е будет участвовать в определении
состава м арсианской по чвы и вы полнять
вспом огател ьны е операции. Главный ис
следователь - Д ж е й м с Белл, Университет
А ризоны в Темпе (Jam es Bell, Arizona State
University. Tempe)
NASA/JPL-Caltech
SuperCam - инструм ент для анализа
хи м и ческого и м инерал огического соста
ва м а рсианской почвы . Прибор способен
обнаружить на расстоянии присутствие
ор гани чески х соединений в горны х по ро
дах и реголите. Главный исследователь Роджер Винс, Л ос-А лам осская националь
ная лаборатория (Roger Wiens, Los Alam os
National Laboratory. New M exico), в спо м о
гательны е организации - ф ранцузский
Н ациональны й центр ко см и че ски х ис
следований, И нститут астроф изических и
планетологических исследований (CNES/
IRAP).
Planetary Instrument
Uthochemistry (PIXL)
▲ Так в представлении худ ож ника NASA
ровер M ars 2020 будет вы глядеть после
посадки на м а рси ан скую поверхность. Ему
предстоит о т кр ы т ь новы й этап исследова
ний д ругих планет с по м ощ ью автом ати
ческих аппаратов. О сновной его задачей
станет п о и ск пр и зн а ко в сущ ествования
м арсианской м и кробн о й ж и зн и в прош лом
(а возм ож н о, и в наши дни).
for
X-ray
ф луориметрический спектром етр, сод ер
жащ ий тепловизор с в ы с о ки м разреш е
нием для вы явления редких элем ентов в
составе м а рси ан ского грунта Позволяет
более точно определить элем ентны й со
став. Главный исследователь - Эбигейл
Оллвуд, Лаборатория ре а кти в н о го д ви
ж ения NASA (Abigail Allwood, JPL NASA,
Pasadena, California).
Scanning Habitable Environments with
Raman & Luminescence for Organics and
Chemicals (SHERLOC)
ультрафиолето-
(л а к тр о н и ка
Мачта MEDA
Датчики ветра и
температуры
Рентгеновский сенсор
NASA/JPLCallech
Калибр, мишень
SHERLOC
Калибр, ми
шень PIXL
А нтенна
RIMFAX
вы й ра м ан о вски й спе ктро м етр для полу
чения увеличенны х изображ ений образ
цов и п о и ско в ор ган и чески х вещ еств на
м и кр о ско п и ч е ски х масштабах. SHERLOC
будет первы м У Ф -спектром етром на по
верхности Марса, ем у предстоит работать
совм е стно с д ругим и инструментами.
Главный исследователь - Л ю тер Бигл, Л а
боратория ре активн ого д ви ж е н и я (Luther
Beegle, JPL NASA).
Mars
(MOXIE)
Oxygen
ISRU
Experiment
- экспе ри м е нта льны й инстру
мент для получения кислорода из атм о
сферы Марса, состоящ ей в о сн о вн о м из
угле ки сл ого газа. Главный исследова
тель
М айкл Хехт, М ассачусетский тех
н ол оги чески й институт (M ichael Hecht,
M assachusetts Institute o f Technology,
Cambridge. M assachusetts).
Mars Environmental Dynamics Analyzer
(MEDA) набор д атчиков, изм еряю щ их
температуру, ско р о сть и направление ве
тра, давление, относительную влажность,
разм ер и форму пы л евы х частиц. Главный
исследователь - Хосе Родригес-Манфреди, Центр астробиологии, Национальный
институт а эро ко см и ческой техники, И с
пания (Jose Rodriguez-Manfredi, Centro de
A strobiologia, Instituto Nacional de Tecnica
Aeroespacial).
Radar Imager for Mars' Subsurface
Exploration (RIMFAX)
зонд ирования
строения
м арсианских
недр с разреш ением до сантиметра.
Главный исследователь - Свейн-Эрик
Хамран, Центр оборонны х исследований,
Норвегия (Svein-Erik Hamran, Forsvarets
forskning sinstitutt, Kjeller, Norge).
17
Оливье Витасс
ученый-проектировщик Европей
ского космического агентства
(ESA)
JUICE: A European Mission
Jupiter and its Icy Moons
Olivier Witasse
ESA project scientist
to
Доклад прочитан 5 декабря
2017 г. на 51 -м симпозиуме ESLAB
(Нордвейк, Голландия)
Перевод: Владимир Манько
Редактор перевода:
Сергей Гордиенко
Оливье Витасс
французский планетолог, научный
сотрудник ESA. Степень бакалавра получил в 1990 г. в
лицее Жака Моно (Lycee Jacques Monod, Clamart, France),
до 1994 г. учился в Университете Париж-юг, где защитил
диплом магистра в области фундаментальной физики. До
1996 г. работал в Университете Клода Бернара (Universite
Claude Bernard, Lyon 1), диссертацию доктора философии
по астрономии и планетологии завершил в 2000 г. в Уни
верситете Жозефа Фурье в Гренобле (Universite Joseph
Fourier, Grenoble I ) .
C 2000 г. работает в Европейском космическом агентстве, с 2003 по 2007 г. —
участник рабочей группы посадочного аппарата Huygens и миссии Venus Express,
представитель ESA в индийском проекте «Чандраян-1». С 2007 г. - научный со
трудник миссии Mars Express. С 2010 г. занимался проектированием зонда Trace
Gas Orbiter в рамках миссии ExoMars, с 2015 г. — один из руководителей проект
ной группы аппарата JUICE. Отвечает за выполнение научных программ упомянутых
миссий, архивирование и доступ к полученным данным, организацию конференций
и симпозиумов участников программ, а также связь с общественностью и СМИ.
Специализируется на изучении верхних атмосфер планет и их спутников.
18
#esa
51st eslab symposium "extreme habitable uiorlds"
04 • 08 december 2017
Е и г е р м п S p j c t 4o*n
основных целях и задачах П оскольку Z Z „ S ' в таоге 0 «
но обитаемости, необходимо сказать о т омНфк еренция " ° ™ Щ е искать признаки ж и зн и на повепхнпгт » , ' 5 * м ы собиРаемся
Юпитера и далее характеризовать ее.»
° гЛубтах ледя»ых лун
esa
можно свести к двум: исследова
питер и его окруже
ние возможных рисков для ж из
ние представляют
ни, потенциально существующей
собой сложную си
стему, которую ино на спутниках газовых гигантов, и
системы
Юпитера как архетипа по
гда называют Солнечной
систе
добных
систем
на орбитах вокруг
мой в миниатюре - она включает
других
звезд.
в себя собственно гигантскую пла
В качестве пригодных для ж и з
нету, окружающие ее плазменные
ни рассматриваются три луны:
пояса быстро движущихся заря
Европа, Ганимед и наиболее да
женных частиц и обращающиеся
лекий
от планеты крупный спут
внутри них спутники. Особенно
ник
Каллисто.
Первые два почти
нас интересуют три внутренних
наверняка содержат в глубинах
галилеевых спутника: Ио, Европа
жидкую воду, и нас интересует ее
и Ганимед. Все они активно вза
взаимодействие с юпитерианским
имодействуют между собой, что
магнитным полем (на расстоя
само по себе весьма интересно.
нии Каллисто оно уже достаточно
Основные задачи миссии JUICE
Ю
слабое), а именно - почему оба
спутника взаимодействуют с ним
по-разному. Наличие воды силь
но повышает вероятность воз
никновения живых организмов,
но мы собираемся изучать ее не
изолированно, а как часть всего
комплекса, включающего в себя
Юпитер, его атмосферу, магнито
сферу и малые внешние спутни
ки. Как видите, это будет очень
захватывающая миссия.
Обычно
проходит
порядка
20-30 лет от появления идеи до
старта космического аппара
та. В данном случае концепция
миссии была предложена ESA в
19
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
2007 г., спустя пять лет она про
шла стадию отбора, еще год ушел
на формирование списка полез
ной нагрузки, в середине 2015 г.
были выбраны основные пред
приятия-контракторы, на которые
возложили создание собствен
но аппарата, и решены вопросы
финансирования. Запуск будет
осуществлен в июне 2022 г. с кос
модрома Куру во Французской
Гвиане с помощью новой ракеты
Ariane 6, и в октябре 2029 г. после
долгого перелета зонд выйдет на
орбиту вокруг Юпитера. Прорабо
тав на ней почти три года, он пе
рейдет на орбиту вокруг одного
из спутников планеты - здесь в
качестве приоритетной цели вы
бран Ганимед. В его окрестностях
JUICE пробудет еще год до полно
го завершения миссии в сентябре
2033 г.
Космический аппарат размером
со шкаф (и почти такой же формы)
будет иметь стартовую массу 5264
кг, из которых 2857 кг придется на
топливо для двигательной уста
новки, и солнечные батареи пло
щадью 97 м2, на расстоянии Юпи
тера генерирующие около 850 Вт
электроэнергии. На борту зонда
установят 10 научных инструмен
тов общей массой 219 кг, в том
числе камеру, спектрометры види
мого, ультрафиолетового и инфра
красного диапазонов UVS и MAJIS,
лазерный альтиметр для точного
измерения неровностей рельефа и
вариаций формы юпитерианских
лун под действием приливных сил,
а также оборудование для экспе
риментов радиопросвечивания и
анализа конфигурации гравитаци
онных полей по доплеровскому
сдвигу частоты передатчика. На
конец, в инструментарии аппара
та предусмотрены магнитометр и
анализатор плазмы. Дополнитель
но мы хотим использовать сеть из
► Траектория
полета
зонда
JUICE к Юпитеру предполагает
соверш ение
ряда
разгонны х
гравитационны х
м аневров
в
окре стно стях Венеры, Земли
(три ж д ы ) и Марса. Всего путе
ш ествие к планете-гиганту прод
лится 7 л ет и 4 месяца.
Хронология МИССИИ
М арт 2007
ESA объявило
ко н кур с проектов
И ю нь 2022
М ай 2012
Выбор м иссии
О ктябрь 2029
Выход на орбиту
в о кр уг Юпитера
Август 2032
Вы ход на орбиту
в о кр уг Ганимеда
Февраль 2013 Выбор полезной
нагрузки
И ю ль 2015
Выбор предприятийизготовителей
Сентябрь 2033 Заверш ение м иссии
ускорение зар яж енны х частиц,
полярны е сияния
Динамика системы
Юпитера
внеш ний д и с к
.
диффузионным
Старт с косм о др ом а
Куру (носитель Ariane 6)
внеш нее
со п р я ж ение
внутренний д и ск
ю
к
/
обмен зарядам и
Ио
* тор Ио
Ганим ед
^Европа
кение
^^эдача
Бинарные
взаимодействия
крупном асш табны е
возмущ ения
м ом ента
вращ ения
электродинам ичео ко е
сопряж ение
■я:
f t
ускорение
заряж енны х час
полярные с и я т
индуииоованное
индуцированное интенсивная
радиация
миним агн и то сф е р а,—
X
\
V
4
\
Ю п и те р
Еяпоп
Е
вропа
Ганим ед
▲ Обширные радиационны е пояса Ю пи
тера, о гр о м н ы й вращ аю щ ийся д иск
плазм ы , в ы зы в а ю щ и й полярные
сияния на полю сах планеты и
воздействую щ ий на спутники,
£
со
пл азм енны й тор в о кр уг орбиты Ио - все
это является сл едствиям и м ощ ны х э л е к
тро ди нам и че ски х в заим од ействий в
систем е га зо в о го гиганта.
зонд JUICE
Трехосная ста б и л и за ц и я
5264 к г
М асса : ста р то в а я
2857 к г
го р ю че е
н аучное о б о руд ов ан и е
219 к г
П ло щ а дь с о л н е ч н ы х панелей
97 м '
(ге н е р и р уе м а я м о щ н о с т ь на о р б и те Ю питера - 850 Вт)
Е ж е д н е в н ы й объ ем д а н н ы х
1,4 ги га б а й т
*SA/JPL/DLR
Радиус орбиты, ты с. км
Период обращения, сутки
Д иам етр, км
Масса, *1 0 “ кг
421,7
1.77
3643
8,93
670,9
3,55
3120
4,80
1070,4
7,15
5268
14,82
Ч еты ре
кр уп н е й ш и х
есте ств е н н ы х
с п у т н и ка Ю питера (в п о р я д ке удаления
от пл анеты - Ио, Европа, Ганимед. К а л
л и сто ) и з в е с тн ы т а к ж е по д н азван и ем
«галилеевы х лун», п о с ко л ь к у считается,
ч то п е р в ы м их наблю дал зн а м е н и ты й
и та л ь я н с ки й а стр о н о м Галилео Галилей
в 1610 г. Р ассто ян ие от га з о в о го ги га нта
с ущ е ств е н н ы м о бр азом опред ел яе т фи
з и ч е ски е ха р а кт е р и с т и ки е го сп утн и ко в .
И о по д в ер ж ен наиболее с и л ь н о м у пр и
л и в н о м у в о зд е й с тв и ю , р а зо гр е в а ю щ е
му е го недра, б лагод аря чем у является
с а м ы м в у л ка н и ч е с ки а к т и в н ы м телом
Солнечной си сте м ы . Европа прош ла пол
н ую в н утр е н н ю ю диф ф еренциацию — у
нее е сть тве рд ое ж е л е зо ка м е н н о е ядро,
л едяная по в е р хн о сть и ж и д ка я водная
м а нти я м е ж д у н и м и П р и м е р н о та кую
ж е стр уктур у им еет и со се д н и й Ганимед
большого количества радиоантенн
на Земле (в режиме интерфероме
тра со сверхдлинной базой VLBI),
чтобы максимально точно опреде
лять положение JUICE в простран
стве. Две антенны на самом зонде
рассчитаны на передачу 1,4 Гб дан
ных в сутки.
Длинный штырь, выступающий с
обеих сторон одного из ребер кос
мического аппарата - радар сан
тиметрового диапазона. Штанга
магнитометра выдвигается с про
тивоположной стороны; дополни
тельно со всех сторон корпуса уста
новлены детекторы электрического
поля и плазменного окружения ги
гантской планеты.
Итак, аппарат стартует в июне
2022 г., но мы не можем отправить
его прямо к Юпитеру из-за большой
массы, требующ ей очень мощ ной
ракеты . Поэтому по пути к цели он
осуществит пять гравитационных
маневров вблизи Земли, Венеры
и Марса. В результате последнего
маневра в поле земного тяготения
зонд разгонится до нужной скоро
сти, чтобы после семи с полови
ной лет межпланетных странствий
достичь юпитерианской орбиты.
Возможно, если это не потребует
большого расхода топлива, по пути
к главной цели удастся сблизиться
с одним из астероидов Главного по
яса и провести его исследования.
За полгода до выхода на орбиту
вокруг Юпитера группа сопрово
ждения включит инструменты зон
да и начнет выполнение научной
программы. В планах миссии около 50 витков вокруг гигантской
планеты. Первые из них пройдут
по вытянутым эллиптическим тра
екториям, последующие будут все
больше приближаться к круговым,
но все они должны иметь доста
точно большую величину пери
центра, чтобы избежать слишком
глубокого погружения в плотные
области юпитерианских радиаци
онных поясов, опасных для борто
вой электроники. В ходе примерно
половины витков запланированы
пролеты галилеевых спутников:
аппарат дважды встретится с Ев-
1882,7
16,69
4820
10,76
(с а м ы й к р у п н ы й с п у т н и к какой -л и б о
пл а н е ты ); на его по в е р хн о сти зам е тн о
м е ньш е сл е д о в т е кто н и ч е с ко й а к т и в н о
сти. Ка лл и сто с о гр о м н ы м ко л и ч е с т в о м
кр а те р о в и м а сш та б н ы м и м н о го ко л ь ц е
в ы м и уд а р н ы м и ст р у кту р а м и в ы гл я д и т
п р а к т и ч е с ки «нетронуты м » э н д о ге н н ы
м и п р о ц е сса м и со вре м ен и ф о р м и р о в а
н и я В есьм а вер оятн о, ч то диф ф еренци
ация е го недр не заверш илась.
▼ П р е д п о л а га е м а я
в нутр енняя
с т р у к т у р а И о, Е в р о п ы (л е в а я к о л о н
к а ), Г а н и м е д а и К а л л и с т о . В се с п у т
н и к и - к р о м е п о с л е д н е го , не п р о ш е д
ш е го в н у т р е н н ю ю диф ф еренциацию
— и м е ю т м е т а л л и ч е с к о е (ж е л е з о н и
кел евое ) ядро, и зоб ра ж е нн о е серы м
ц в е то м и о кр у ж е н н о е о б о л о ч ко й из
с ка л ьн ы х пород, п о ка за н н ы х ко р и ч
невы м
Синий цвет соо тве тств ует
м а нтии из ж и д ко й воды либо с о л е в о
го р а с т в о р а , б е л ы й - л е д я н о й ко р е .
Э ти к о м п о н е н т ы , к а к н е с л о ж н о з а м е
т и т ь , п о л н о с т ь ю о т с у т с т в у ю т на Ио.
John Brodholt
21
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
ропой, более 10 раз — с Ганимедом
и примерно столько же раз - с
Каллисто. Основная часть витков
пройдет вблизи плоскости эква
тора Юпитера, поскольку в ней ле
жат орбиты всех его крупных лун,
но чтобы исследовать планету и
ее магнитосферу детальнее, жела
тельно подняться в область более
высоких широт. JUICE не сможет
выйти на полярную орбиту, как
JUNO; тем не менее, он использует
гравитационное поле Каллисто во
время пролетов, чтобы значитель
но отклониться от экваториаль
ной плоскости.
Два года спустя зонд начнет все
ближе и ближе подлетать к Ганимеду - самому крупному спутни
ку планеты Солнечной системы
- и выйдет на орбиту вокруг него.
Вначале эта орбита будет эллипти
ческой с перицентром 200-300 км
и апоцентром порядка 10 тыс. км,
позже - почти круговой высотой 5
тыс. км, потом аппарат некоторое
время проработает на новой пере
ходной эллиптической орбите, а с
нее уже окончательно перейдет на
круговую 500-километровую орби
ту, на которой выполнит основную
часть исследований и экспери
ментов. Однако эти планы подле
жат корректировке в зависимости
от того, сколько останется топли
ва для бортовых двигателей, и от
мощности предполагаемых радиа
ционных поясов Ганимеда.
Самый интересный объект ис
следований на ледяных лунах
Юпитера подповерхностный
океан. Мы пока не имеем обору
дования, чтобы его изучать или
хотя бы зарегистрировать непо
средственно (это будет задачей
следующих миссий), поэтому при
ходится изобретать косвенные ме
тоды его обнаружения и характе
ризации, для чего JUICE оснащен
специальными
инструментами.
Первый из них — магнитометр
J-MAG. Если бы океаны состоя
ли из чистой, дистиллированной
воды, этот прибор бы ничего не за
метил, но в реальности они содер
жат растворенные соли, что де
лает их электропроводными. При
движении спутника во внешнем
(юпитерианском) магнитном поле
в таком соленом океане генериру
ются электрические токи, порож
дающие, в свою очередь, вторич
ное магнитное поле, которое уже
22
можно измерить магнитометром.
Его данные дадут возможность
оценить величину электропрово
дности и толщину слоя воды.
Второй метод исследований,
не менее любопытный, связан с
приливами. Благодаря гравитаци
онному взаимодействию спутни
ков с Юпитером и между собой их
ледяные поверхности постоянно
деформируются приливными си
лами, причем величина и характер
деформаций связаны с наличием
или отсутствием глубинных океа
нов. Эти параметры будет с боль
шой точностью измерять лазер
ный альтиметр. На компьютерной
симуляции отклонений поверхно-
сти Ганимеда от среднего уровня
под действием приливов хорошо
видно, что в районе экватора они
могут достигать 8 м. Этого доста
точно, чтобы вызвать искажения
гравитационного поля луны, вли
яющие на траекторию зонда во
время пролета, что может быть
обнаружено с помощью назем
ных приемников при детальном
анализе изменений частоты ра
диосигнала за счет доплеровско
го сдвига.
Как и большинство лун в Сол
нечной системе, галилеевы спут
ники находятся в приливном
захвате - они постоянно повер
нуты к Юпитеру одной стороной.
А Внутреннее стр о е н и е Ганим еда с о гл а с
но д а н н ы м , п о л уче н н ы м а м е р и к а н с к и м
з о н д о м G alileo в 1996-2003 гг., и н а б л ю
д е н и я м к о с м и ч е с к о го тел ескопа Hubble.
Под л едяной ко р о й и в о д я н о й м антией
л е ж и т сл ой св е р х п л о тн о го льда (или га
з о в ы х ги д р а то в ), м е ж д у ним и м е та л л и
ч е с ки м яд ро м ра спо л о ж е н а ска л и ста я
мантия.
На этой иллю страции по ка за н глобаль
ны й вид полярны х сияний Ганимеда. Их
положение относительно поверхности
спутн и ка определяется
наличием у
него собствен н ого м а гн и тно го поля.
С о гл асно одной и з в ерсий, с о б ств е н
ное м а гн и тн о е поле Ганимеда ге н е р и р у
ется е го ж е л е зн ы м яд ром . На ко н ф и гу
ра ц и ю это го поля и е го п о ве д е н ие под
д е й ств и е м в н еш н и х в о зм ущ е н и й д о л ж
но с и л ь н о в л и ять п р и сутств и е под л е
д ян ой п о в е р х н о с ть ю с п у т н и ка э л е кт р о
пр о в о д н о й п р о с л о й ки (в од ян ой мантии,
сод ер ж а щ ей р а ств о р е н н ы е соли).
Однако гравитационное воздей
ствие «соседей» вынуждает их
немного «покачиваться» относи
тельно среднего положения. Такие
явления называются либрация
ми и наблюдаются, в частности,
у нашей Луны (правда, немного
по другой причине). Если Европа
и Ганимед имеют твердую кору,
не связанную жестко с жидкими
недрами, величина их либраций
должна быть больше, чем если бы
они были сплошными ледяными
сферами. Также много информа
ции о «внутренностях» небесных
тел может предоставить их сплюс
нутость со стороны полюсов. Ее
можно оценить по результатам
лазерной альтиметрии и радио
частотных экспериментов.
Все эти три метода позволят
нам с неплохой точностью опре
делить толщину твердой коры,
глубину скрывающегося под ней
океана, и вообще получить пред
ставление о внутренней структуре
ледяных лун вплоть до размеров
железного ядра.
Но есть еще одно интересное
связующее звено между физикой
плазмы и океанами спутников
Юпитера. Околоземные космиче
ские телескопы зарегистрировали
над определенными регионами
Ганимеда полярные сияния (ав-
▲ На с н и м к а х ю п и т е р и а н с к о го с п у т н и к а
Га ни м е д а , с д е л а н н ы х о р б и та л ь н ы м те
л е с к о п о м H u bb le в б л и ж н е м ул ь тр а ф и о
л е т о в о м д и а п а з о н е , хо р о ш о в и д н а пара
а в р о р а л ь н ы х п о я с о в , р а с п о л о ж е н н ы х н ад
о п р е д е л е н н ы м и ш и р о т а м и (п о к а з а н ы ус
л о в н ы м го л у б ы м ц в е т о м ). Ч то б ы н а гл я д
нее п р о и л л ю с т р и р о в а т ь их п о л о ж е н и е ,
с н и м к и н а л о ж е н ы на и з о б р а ж е н и я с п у т
▲ Р езультаты к о м п ь ю т е р н о го м о д ел и ро ва н ия сд в и га авр о р а л ьн ы х п о я с о в Га ни м е
да: сл ева - в сл учае сп л о ш н ы х тв е р д ы х недр, спр а в а - при нал ичии с о л е н о го п о д п о
в е р х н о с тн о го океана.
роральные кольца). Их положение,
а точнее, его изменения со време
нем, как показывают компьютер
ные модели, напрямую зависят от
состояния недр этой луны: если
они полностью твердые - сияния
должны «плясать» по широте в пре
делах 6е, а если имеют значитель
ную жидкую электропроводящую
прослойку — авроральные кольца
будут занимать строго определен
ную позицию, не отклоняясь от нее
более чем на 2°. К сожалению, с
Земли провести подобные наблю
дения пока невозможно, но для
► На это м с н и м ке зонд а Galileo, запе
чатлевш ем регио н Н икол сон а и борозду
Арбелы (N icholson Regio, Arbela Sulcus)
на п о ве рхн ости Ганимеда, зам етен ре з
ки й ко н тр а ст м е ж д у более светлой сра в
нительно р о в н о й пр о тяж е н н о й полосой
и о кр уж а ю щ и м си льн о и зреза нн ы м
те м н ы м ландш аф том. Это изображ ение
по м огае т лучш е п о ня ть м е хани зм ф ор
м и ро ва н ия подобны х борозд В ул кани
ческая м одель предполагает заполнение
те кто н и ч е ски х д епр есси й д остаточно
чистой, богатой вод ой лавой с после
д ую щ и м охл аж д е ни е м и появлением
гл а д ко й поверхности. В р а м ка х те кто
н и че ско й модели разлом и деф орм ация
более старой тем ной ко р ы в ы зы в а е т
обнаж ение отн оси тел ьн о ч и с то го св е т
лого льда. А нал из фотограф ий позволил
пр е д л о ж и ть н е о ж и д а н н ую тре тью в о з
м о ж н о сть: б ор озда Арбелы м о ж ет бы ть
похож ей на н екотор ы е п р отяж е н ны е
структур ы д р у го го с п у тн и ка Ю питера Европы. Там они в о з н и ка ю т благодаря
р а зд в и га н и ю отдельны х плит ледяной
ко р ы и за по л н е н и ю трещ ин м е ж д у ними
вод ой и з по дпо в е р хн о стн о го океана.
н и ка , п о л у ч е н н ы е з о н д о м G a lile o (NASA)
З ад аче й к о с м и ч е с к о го а п п а р а т а JUICE
будет н а б л ю д е н и е за и з м е н е н и я м и п о
л о ж е н и я эти х п о я с о в . Чем бол ее с т а
б и л ь н ы м и о н и о к а ж у т с я — тем м о щ н ее
д олж ен б ы ть подледны й океа н Ганим е
да. о т в е т с т в е н н ы й за в о з н и к н о в е н и е у
н е го с о б с т в е н н о го м а гн и т н о г о поля.
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
► Выбросы и з недр Ио, Европы и Ганимеда ф ормируют в о кр уг них экзосф еру - по
степенно рассеиваю щ ую ся разреж енную
газов ую оболочку. Д р уги м и ее и сто чн и ка
м и являю тся распы ление и сублимация
(испарение) поверхностного материала.
• • • •
▼ На сн и м ка х Европы в ультрафиолето
вом диапазоне, сделанны х орбитальны м
телескопом Hubble 17 марта 2014 г. (слева)
и 22 февраля 2016 г., хорош о заметен в ы
брос вод яного пара вы сотой д о сотни к и
лометров. В м ом енты съ ем ки сп утн и к был
ориентирован пр а кти че ски оди н аково по
отнош ению к Земле (его синтезированное
изображ ение налож ено на фотографии), и
полож ение вы броса указы ва ет на то. что
он находится над одним и тем же участком
поверхности. Ранее, в 1995-1996 гг., ко с м и
ческий аппарат Galileo зарегистрировал
пр им ерно в том ж е месте необы чное «те
плое пятно». Ученые предполагаю т, что это
м о ж ет бы ть постоянно либо периодически
извергаю щ ийся гейзер, ана ло ги чн ы й зн а
м ениты м «фонтанам» сатур ни а нского спут
н и ка Энцелада.
• • • •
► Крупном асш табны й с н и м о к Европы,
сделанны й зон д ом Galileo (NASA). Цвета
и скусств ен н о усилены. Заметна сложная
картина и зви л исты х и почти ровны х раз
л ом ов ледяной поверхности Более свеж ие
разлом ы пересекаю тся с более старыми;
н е ско л ько ш ироких тем ны х полос отм е
чаю т места, где в прош лом происходило
«раздвигание» крупны х ледяны х плит И зо
бражение та кж е сод ерж ит н е ско л ько обла
стей «рельефа хаоса», в котор ы х исходно
гладкая поверхность была разрушена тек
тон и чески м и п о д в и ж ка м и и превратилась
в скопл ение бесф орменны х бло ко в мате
риала. Изучение состава поверхностны х
пород Европы (особенно с по м ощ ью поса
д очн ы х аппаратов) представляет больш ой
интерес для ученых, по ско л ьку эти породы
м огут содерж ать вещества, растворенны е
в подледном океане. Среди них э кзо б и о
логи надею тся найти пр изнаки продуктов
ж изнедеятельности
внезем ны х
м и кр о
организм ов.
24
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
А Хоть наличие вы бросов с поверхности
Европы еще не доказан о напрямую, кос
венно их зарегистрировали уже м ногими
методами и инструментами, вклю чая ор
битальны й телескоп Hubble. Если они дей
ствительно сущ ествую т - это означает, что
ледяная кора спутника имеет толщ ину все
го 15-25 км . Конечно, это все равно очень
м н ого для современны х буровых установок
(особенно пригодны х для д оставки к другой
планете), однако вероятность того, что ве
щ ество подледного океана Европы регуляр
но попадает на ее поверхность, значительно
возрастает, и оно может оказаться доступ
ны м для прям ы х научных исследований. А
начать планетологи собираются с ко см и
че ско го аппарата, которы й пролетит через
облака изверж енного пара.
JUICE они не будут представ
лять сложностей. Наконец, ино
гда подледные океаны можно
обнаружить и напрямую. Кос
мический аппарат будет обору
дован масс-спектрометром для
анализа частиц в его космиче
ском окружении и, в частности,
в экзосферах (разреженных не
стабильных газовых оболочках)
галилеевых спутников во вре
мя пролетов. Если в интервале
между пролетами на спутнике
произойдет извержение крио
вулкана, подпитываемое глу
бинным океаном, или хотя бы
небольшой выброс вещества,
аналогичный гейзерам сатурни
анского спутника Энцелада, со
став экзосферы и концентрация
в ней летучих соединений за
метно изменятся. Сильнее всего
изменения будут выражены над
местом выброса, но на самом
деле они затронут практически
все окрестности ледяной луны.
Как видите, у нас уже есть
хороший план комплексных ис
следований глубинных океанов
спутников Юпитера, и сейчас в
нашем распоряжении имеются
достаточно продвинутые техно
логии, чтобы построить самые
совершенные инструменты и
наилучший аппарат, ориентиру
ясь на дату запуска в 2022 г. Как
один из проектантов миссии,
могу заверить, что на данный мо
мент все идет согласно графику
и без существенных проблем.
Спасибо за внимание! ■
• • • •
Д о старта м иссии JUICE (Jup iter Icy M oons
Explorer) остается ещ е свы ш е четы рех
лет, од н а ко ее по д го то в ка уж е ведется
по л н ы м ходом. И спользуя первоначаль
ны й проект, пр ед ло ж енны й спе циа ли
стам и ф ирмы A irbus Defence and Space,
худ о ж н и к попы тался изобразить ко см и
ч е ски й аппарат в о кр е стн о стях Ганимеда
— е го ф инальной цели
Spacecraft: ESA/ATG medialab; Jupiter: NASA/ESA/J. Nichols (University o f Leicester), Galiyrnede: NASA/JI°L: lo: NASA/
JPL/University o f Arizona: Callisto and Europe: NASA/JPL/DLR
. 0
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
К насто
ящему
вре
мени наибольший
объем информации о
спутниках Юпитера уче
ным предоставил амери
канский межпланетный
аппарат Galileo, запущен
ный 18 октября 1989 г.
с борта многоразового
космического
корабля
Atlantis (миссия STS-34).
Впервые он был оборудо
ван системой регистра
ции изображений на ос
нове полупроводниковой
ПЗС-матрицы - главного
элемента
многочислен
ных камер, используемых
сейчас для исследования
планет Солнечной систе
мы, их спутников, комет и
астероидов.
Galileo должен
был
стать первым в истории
искусственным
спутни
ком планеты-гиганта ранее их исследовали
только с пролетных тра
екторий. Для этого на его
борту установили мощ
ный ракетный двигатель,
работавший на монометилгидразине и тетроксиде азота. Вообще этот
аппарат стал «первопро
ходцем» по многим по
казателям: впервые за
пределы марсианской ор
биты запускался такой тя
желый рукотворный объ
ект (общей массой 2562
кг), поэтому баллистикам
пришлось сильно «удли
нить» его путь, исполь
зовав технику разгона в
полях тяготения Земли (в
окрестностях которой он
осуществил два гравима
невра) и Венеры. Опятьже,
26
впер
вые
в
ходе своей
миссии автома
тический
развед
чик
сфотографировал
с близкого расстояния
двух «обитателей» Глав
ного астероидного пояса
- Гаспру (951 Gaspra) и
Иду (243 Ida), попутно от
крыв у последней полуто
ракилометровый спутник
Дактил. Наконец, во вто
рой половине июля 1994
г. Galileo стал единствен
ным непосредственным
свидетелем падения на
Юпитер двух десятков
фрагментов ядра кометы
Шумейкер-Леви 9 (D/1993
F2 Shoemaker-Levy 9).
К сожалению, научная
продуктивность миссии
оказалась сильно огра
ниченной из-за того, что
главная антенна Galileo
полностью не раскрылась
и не смогла обеспечить
полноценную
передачу
информации на Землю.
Все попытки ее раскрыть
«встряхиванием» аппара
та с помощью двигателей
ориентации закончились
безуспешно. Инженерам
и программистам при
шлось приложить мак
симум усилий, чтобы оп
тимизировать отправку
данных через вспомога
тельную малонаправлен
ную антенну, но все равно
их общий поток не достиг
даже одного процента от
проектной величины. Тем
не
м е нее,
по
оценкам
ученых,
ко
манде миссии
удалось выпол
нить почти 70% запланированных заданий. Опять
же, впервые в истории
полученная информация
выкладывалась на сайт
Galileo во всемирной сети,
где становилась доступной широкой публике.
10 июля 1995 г. отосновного аппарата отделился
небольшой
спускаемый
модуль и устремился в атмосферу Юпитера, в которую вошел 7 декабря того
же года, на протяжении
примерно часа (до момента разрушения) передавая
данные об окружающей
среде. Днем позже Galileo
также сблизился с планетой и после получасового
включения главного Дви
гателя вышел на вытянутую орбиту вокруг нее с
периодом обращения 198
суток, лежащ ую примерно в той же плоскости, в
которой движ утся крупнейшие ю питерианские
спутники.
Copyrigh тNASA ■https://saence.nas
раскрывая тайны
СОАНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
ровал состав вулканиче
ских выбросов. Оказалось,
что основным компонен
том экзосферы Ио явля
ется сернистый газ (S02).
Он же время от времени
выпадает на поверхность
в виде снега, местами
формируя своеобразные
слои
«недолговечной
мерзлоты», укрытой более
поздними
тугоплавкими
отложениями. Экзосфера
активно взаимодействует
с радиационными поясами
Юпитера, фактически уча
ствуя в работе огромной
«динамо-машины».
▲ Эта глобальная м о за и ка Ио
составлена на основании с н и м
ков. сделанны х зон д ом Galileo в
1999-2001 гг. Съемка велась че
рез ф иолетовы й и зелены й све
тофильтры, а та кж е в ближ нем
инф ракрасном д иапазоне (поэ
том у ее результаты здесь пред
ставлены в условны х цветах).
Основная ча сть поверхности
имеет белый, беж евы й и желто
ваты й цвет; хорош о зам етны е
темны е детали, а та кж е крас
ные, ор анж евы е и кори чне вы е
пятна, к а к правило, связан ы с
акти вн ой деятельностью мест
ны х вулканов.
вещества, зарегистрированного
двум я месяцами ранее. Поток
достоверно
отсутствовал
на
снимках, сделанных в 1979 г. ап
паратами Voyager.
Второй и третий кад ры этой
м о за и ки (слева направо) содер
ж а т лавовы е поля и несколько
безы м янны х вулканических впа
дин, назы ваем ы х «патерами».
Темные извилисты е разломы
даю т основания считать, что
кора здесь постоянно разруша
ется. создавая трещины, по к о
торы м м агм а может подняться
на поверхность. На крайнем пра
вом кадре видны темные потоки
лавы и яркие пятна, вероятно,
п о кр ы ты е
серосодержащ ими
выбросами, скорее всего, свя
занны м и с извержением, кото
рое Galileo наблюдал в августе
2001 г, (тогда вы бросы достигли
вы соты окол о 500 км).
NASA/JPL/University of Arizona
Выйти на планетоцен
трическую орбиту аппара
ту помогло сближение с
Ио, гравитация которого
полнительно
немного
атормозила Galileo. Одна
ко научные исследования
в ходе первого пролета не
планировались и не прово
дились. Ученые уже знали,
что в этой области про
странства зонд столкнется
с мощными потоками за
ряженных частиц в радиа
ционных поясах, а также с
возможными выбросами
вулканов Ио - наиболее
вулканически
активного
тела Солнечной системы.
Всего с этим спутником
Galileo сблизился семь
раз, причем в ходе последего пролета (17 января
002г.) прошел чуть более
ем в сотне километров от
его поверхности. За полго
да до этого, 5 августа 2001
г., зонд провел магнитоме
трические исследования,
установив, что глобальное
магнитное поле у этой луны
отсутствует, и проанализи
► Л а вовы й по то к Замама в
северном полуш арии Ио, сфото
граф ированный зонд ом Galileo
16 октября 2001 г „ берет начало
в одном из двух небольших вул
кан ов на левом ниж нем изобра
ж ении Возможно, этот ж е вул
кан был источником выброса
27
► Несмотря на мощную актив
ность вулканов Ио. постоянно
разрушающих его поверхность,
на ней имеются и достаточно вы
сокие горы - такие, как хребет
Тохил (Tohil Mons). показанный
на этой мозаике, которую Galileo
отснял 16 октября 2001 г. Его
самые выдающиеся вершины
имеют высоту около 6 км от
носительно среднего уровня.
На центральном кадре виден
кратер неправильной формы
с ровным дном. На нем обяза
тельно должны были бы при
сутствовать следы обвалов с
окружающих его крутых скло
нов, однако ничего подобного
ученые не заметили. Вероят
нее всего, дно кратера залило
лавой сравнительно недавно.
Вторая интригующая возмож
ность — на самом деле это
озеро жидкости (например,
расплавленной серы), в кото
рой тонут все обломки, упав
шие со склонов.
Основная часть породы, ра
зогретой примерно до 700ЬС
(местами - до 1300°С), запол
няет полуторакилометровый
извилистый канал, рядом с
которым видны отдельные го
рячие участки: судя по всему,
канал имеет ответвления. Зна
чительную часть приведенного
снимка занимает вулканиче
ская кальдера неправильной
формы - одна из крупнейших
на Ио и вообще в Солнечной
системе. Она имеет размеры
290x100 км и образовалась
в результате обрушения по
верхностных пород в вулка
ническую полость, «освобо
дившуюся» после очередного
извержения.
NASA/JPL/University o f Arizona
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
г»/пг
▲ Фонтан лавы, замеченный на
поверхности Ио 25 ноября 1999
г., оказался настолько горячим,
что «перегрузил» чувствитель
ные элементы камеры Galileo и
отобразился на снимке в виде
протяженного яркого пятна (ин
женеры группы обработки изо
бражений называют этот эффект
«bleeding» «кровотечение»),
NASA/JPL/University o f Arizona
Т Фотографии основных вулкани
ческих центров Ио, приведенные
к одному масштабу. Высота трех
верхних изображений - 575 км.
Как правило, с вулканами связаны
наиболее яркие и примечательные
детали поверхности этого спутника.
Съемка велась через фиолетовый
и зеленый светофильтры, а также в
ближнем инфракрасном диапазоне
(на длине волны 756 мкм). Цвета
условные, искусственно усиленные.
Прометей, Куланн
У
I-
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
Ганимед
Следующим телом, с ко
торым сблизился Galileo,
стал Ганимед - самый
большой спутник Солнеч
ной системы. Это произо
шло 27 июня 1996 г. (ми
нимальное расстояние от
поверхности
составило
835 км). Сюрпризы нача
лись почти сразу: оказа
лось, что эта луна имеет
собственную достаточно
мощную
магнитосферу.
Уже на фотографиях, сде
ланных с больших рас
стояний, стали заметны
полярные шапки и два
доминирующих типа по
верхности, отличающих
ся цветом и рельефом.
Благодаря сравнительно
большой массе Ганимеда
его гравитация неодно
кратно
использовалась
для изменения орбиты
космического аппарата:
в частности, при первом
пролете его перицентр
был «поднят» за пределы
наиболее опасной вну
тренней части радиаци
онных поясов, а период
обращения уменьшился
до 72 суток. Следующий
пролет, состоявшийся 6
сентября того же года на
расстоянии всего 260 км,
NASA/JPL/Brown University
► Регион Мария и борозды
Ниппура (Marius Regio, Nippur
Sulcus) демонстрируют два ос
новных типа поверхности Гани
меда - темную сравнительно
ровную и более светлую пере
сеченную местность. Оба участ
ка сфотографированы вблизи
терминатора (границы между
освещенным и неосвещенным
полушарием) для более вырази
тельного представления релье
фа. Ровная поверхность старого.
м Глобальная м озаика
хв остов ого полуш ария
Ганимеда
(постоянно
повернутого в сторону,
проти во пол ож ную на
правлению
орбиталь
ного д виж ения), соста в
ленная на основании
зонда Galileo.
Цвета
искусственно
Светло-фиоле
товы е полярны е ш апки
состоят и з то н ко го слоя
инея, представляю щ его
собой, к а к и на Земле,
м елкие кристаллы за
мерзш ей воды Их рас
пределение, ло-видимому. связан о с наличием
у спутн и ка собственно
го м а гн и тн о го поля. М е
стам и иней простирает
ся д о 25* ш ироты.
предоставил
информа
цию о внутреннем стро
ении спутника - теперь
ученые могли утверждать,
что его недра дифферен
цированы (в центре име
ется каменное либо желе
зистое ядро, окруженное
мантией из плотного льда,
между которой и внешней
ледяной корой, по-ви
димому, имеется океан
жидкой соленой воды).
Остальные четыре проле
та Ганимеда прошли на
расстоянии свыше тыся
чи километров.
▲ Еще один регион на поверхно
сти Ганимеда получил имя Галилея
(Gafcleo Regio). Он покрыт сеткой
разнонаправленных темных тре
щин. которые могут быть следами
древних тектонических процессов
На снимке видна полоса более свет
лого «свежего» льда, пересекаю
щая этот регион. Кольцевая структу
ра в верхнем правом углу - остатки
очень старого, почти разрушенного
ударного кратера.
■« В Регионе Н и ко л со н а об
н ар уж ен о
м н о го
кратеров,
д и а м е тр к о т о р ы х пр евы ш ае т
10 км . Здесь п о ка за н од и н из
них, ин те ре сны й тем, что через
н его прош ел те кто н и ч е с ки й
разлом , си л ьн о и с ка з и в ш и й
о кр у гл ы е очерта ни я ударной
с тр у кту р ы . Еще д ва мень-
ших п р о д о л го в а ты х кратера
в и д н ы спр а в а внизу. Они об
р а зо в а л и сь пр и па де ни и гр а
в и та ц и о н н о с в я з а н н о й пары
асте рои д ов или ра спав ш егося
к о м е тн о го ядра Их в ы тянутая
ф орма го в о р и т о том, что па
д е н и е пр о и зо ш л о по д неболь
ш им угл о м к по ве рхн ости .
сильно кратерированного темного
региона Мария местами наруша
ется мелким бороздами, по всей
видимости, возникшими в резуль
тате древних метеоритных ударов.
Светлые участки значительно м о
ложе - они содержат множество
глубоких параллельных трещин и
сформировались благодаря текто
ническим процессам, возможно, в
сочетании с криовулканизмом.
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
▼ Сравнительно яркая полоса
Борозд Арбелы (Afbela Sulcus),
с севера на ю г пересекаю щ ая
Регион Н иколсона (N icholson
Regio), имеет зам етно м еньш ий
возраст, чем последний - это
м о ж но определить по ее более
ВО
сл ож н о м у рельефу и не столь
сильной
кратерированности.
На востоке (справа) находится
сам ы й стары й ландшафт в этой
области, содерж ащ ий зам етно
больш е ударны х кратеров На
западе располож ен сильно де
ф орм ированны й участок про
м е ж уточного возраста. З де сь
Р еги он Н и ко л с о н а п о д в е р гся
в оздействию
текто нических
сил. в ы з в а в ш и х е го р а с т я ж е
ние и п о я в л е н и е р а зл о м о в .
С олнце о св е щ а е т м е с т н о с т ь с
за па д а , п р и б л и зи т е л ь н ы е к о
о р д и н а т ы ц ен тра и зо б р а ж е н и я
- 1 5 е ю .ш ., 3 4 7 е д о л го т ы (о т
с ч и т ы в а е м о й к в о с т о к у от ус
л о в н о й « п о д ъ ю п и те р и а н ско й »
т о ч к и ), е го р а зм е р ы п р и м е р н о
р а в н ы 8 9 x2 6 км .
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
Каллисто
Следующим
объек
том, с которым сблизил
ся космический аппарат,
стал Каллисто — наибо
лее далекий от Юпитера
крупный спутник (второй
по величине в системе
газового гиганта). Пер
вый из восьми пролетов
состоялся 4 ноября 1996
г. на расстоянии 1135 км
от поверхности. В данном
случае обошлось без осо
бых сюрпризов: картина,
которую увидели ученые,
оказалась близкой к тому,
чего они ожидали.
Очень старая, практи
чески не тронутая текто
никой поверхность Кал
листо покрытаогромным
количеством
ударных
кратеров,
«накопивших
ся» там за миллиарды лет.
Среди этих кратеров обна
ружились огромные мно
гокольцевые
бассейны
- крупнейшие сохранив
шиеся импактные структу
ры в Солнечной системе.
Европа
Самый большой из них по
лучил название «Вальхал
ла» (Valhalla); его диаметр
превышает 1900 км.
Гравиметрические экс
перименты показали, что
Каллисто примерно на
40% состоит из водяного
льда и на 60% - из ска
листых пород, а его вну
тренняя структура почти
недифференцированная.
► Единственны й
глобальный
вид Каллисто, сф отограф иро
ванны й аппаратом Galileo в
мае 2001 г. Этот спутн и к пл от
но и пр а кти че ски равномерно
п о кр ы т ударны ми кратерами,
од нако н екоторы е регионы его
поверхности и м ею т н езначи
тельные цветовы е отличия, при
рода которы х не совсем ясна.
т Сравнение наиболее типич
ны х видов поверхности трех
внешних галилеевых спутников
- Европы (слева), Ганимеда (в
центре) и Каллисто. Изобра
ж ения приведены к одному
масштабу порядка 150 м на
пиксель. Хорош о заметно, что в
формировании рельефа перво
го из них больш ую роль играю т
тектонические процессы: его
поверхность постоянно обнов
ляется, поэтому кратеры на ней
надолго «не задерживаются».
Самый внеш ний спутник, нао
борот, характеризуется почти
исклю чительно
им пактны м и
поверхностны ми структурами.
Ганимел
В случае Ганимеда наблюдается
сочетание обоих типов рельефа.
Считается, что крупнейшие ю пи
терианские луны имею т пример
но одинаковый возраст (около 4,5
млрд лет), поэтому очевидно, что
различия в их эволюции связаны
исключительно с разным рассто
янием от планеты-гиганта
Каллисто
31
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
Европа
Самый маленький из га
лилеевых спутников (един
ственный из них, который
меньше нашей Луны) об
ращается вокруг Юпитера
между Ио и Ганимедом,
находясь с каждым из них
в орбитальном резонансе.
Первое сближение с ним
состоялось 19 декабря
1996 г., а всего их было 12,
причем во время самого
близкого пролета расстоя
ние до поверхности Евро
пы составило 196 км.
Чем же так заинтере
совало ученых это непри
мечательное на первый
взгляд небесное тело?
Во-первых, оказалось, что
его форма почти не отлича
ется от правильной сферы
(максимальное
отклоне
ние не превысило пары
сотен метров). Во-вторых,
его поверхность проде
монстрировала признаки
исключительной молодо
сти - очень малое коли
чество ударных кратеров
и следов взаимодействия
с космической радиаци
ей. А это, в свою очередь,
проще всего объяснялось
тем, что вся поверхность
Европы представляет со
бой тонкую - толщиной
не более нескольких де
сятков километров - ле
дяную кору, укрывающую
глубокий глобальный водя
ной океан. Благодаря при
ливному воздействию со
стороны Юпитера и других
его спутников в европеанских недрах вырабаты
вается достаточно тепла
для обеспечения энергией
тектонических процессов,
а возможно - и прими
тивных форм внеземной
жизни.
▲ Глобальный сним ок хвостово
го полушария Европы, сделанный
зондом Galileo 7 сентября 1996 г.
с расстояния 677 тыс. км. Съемка
велась через фиолетовый, зеле
ны й и инфракрасный фильтры
для улучшения цветовых раз
личий достаточно однородной
поверхности этого спутника. Тем
но-коричневые области представ
ляют собой скалисты й материал,
по-видимому, поднятый из недр
луны, принесенный метеоритами
или же происходящий из обоих
этих источников. Сравнительно
яркие равнины в полярных реги
онах (сверху и снизу) показаны в
синеватых тонах, позволяющих
отличить темно-синий крупно
зернистый лед от более светлого
мелкозернистого инея. Д линные
коричневы е линии - трещины в
коре Европы. Некоторые из них
имею т
протяженность свыше
3000 км. Самое яркое пятно с
темны м вклю чением в центре,
видимое в нижней правой части
изображения — молодой ударный
кратер диаметром около 50 км.
получивший название «Пуилл»
(Pwyll) в честь кельтского бога
подземного царства.
◄ Черно-белый
сн и м о к
уча стка поверхности Евро
пы, окра ш е нн ы й по резуль
татам съ е м ки с цветны м и
светоф ильтрами и м ень
шей разреш аю щ ей спо соб
н остью (цвета усиленные,
б л и зкие к естественны м ).
Голубовато-белые
л анд
шафты представляю т с о
бой относительно чисты й
водяной лед. в красн о ва
тых областях он содержит
значительное
количество
ги дратированны х солей вероятно, сульфата магния.
В основном окраш енны й
материал связан с ш ирокой
полосой в центре изобра
жения, а т а кж е с н екоторы
ми более то н ки м и полоса
ми, гребням и и трещинами.
Считается, что эти детали
рельефа д о л ж н ы бы ть при
зн акам и наличия глобаль
н ого
подповерхностного
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
NASA/JPL/University o f Arizona
ч Тира и Фракия - два загадоч
ных темных региона посреди бо
лее старых ледяных равнин ю пи
терианского спутника Европы.
Тира (слева, западнее) имеет раз
меры около 85x70 км и лежит не
много ниже уровня окружающей
местности. Неровные разломы
вдоль ее границ позволяют пред
положить. что ее формирование
было связано с коллапсом под
ледной полости. Фракия (справа)
заметно длиннее, ее поверхность
более изрезана и, похоже, рас
положена чуть выше светлых
равнин Она примыкает к серой
Полосе Ливии (Libya Linea) на юге
Одна из моделей формирования
этих и других похожих структур на
Европе включает в себя полный
прорыв внешней ледяной обо
лочки водами залегающего под
ней океана.
▼ Эта мозаика региона в север
ном полушарии Европы отобра
жает многие особенности, харак
терные для ледяной поверхности
спутника. Двойные коричневые
протяженные хребты заметны
на всем изображении. Они м о
гут быть замерзшими остатками
криовулканической
активности,
когда вода или ее смесь с разд
робленным льдом извергались
на поверхность, почти мгновенно
замерзая в условиях чрезвычай
но низких температур. По поверх
ности разбросаны также темные
пятна диаметром в несколько
километров. Более старые и глад
кие ландшафты, показанные голу
боватым цветом, лежат в основе
системы хребтов. Синие участки
состоят из почти чистого водяного
льда; состав темных коричнева
тых пятен и протяженных струк
тур пока не определен. Возможно,
они содержат минералы-эвапориты (водорастворимые минераль
ные соли) в матрице с высоким
содержанием воды.
ных при этом сближении,
оказалась потеряна изза сбоя записывающего
устройства. Наконец, 4 но
ября 2002 г. зонд прошел в
160 км от небольшой луны
Амальтеи, обращающейся
внутри орбиты Ио недале
ко от внешнего края тон
ких колец Юпитера.
Амальтея — послед
ний
спутник
планеты
Солнечной системы, от
крытый визуально (все
последующие подобные
объекты
открывались
фотографически либо с
помощью
космических
аппаратов). Она оказалась
каменистым телом крас
но-коричневого оттенка и
неправильной формы раз
мером 250x146x128 км.
Вероятнее всего, это быв
ший астероид захваченный
полем тяготения Юпитера и
«переброшенный» гравита
ционными возмущениями
со стороны его крупных
спутников на нынешнюю
сравнительно стабильную
орбиту. Красный цвет по
верхности Амальтеи объяс
няется выпадением на нее
соединений серы, выбра
сываемых вулканами со-
него Ио.
Наконец, 21 сентя
бря 2003 г., завершив свой
35-й виток вокруг Юпитера,
Galileo вошел в его атмосфе
ру с невообразимой ско
ростью 173,7 тыс. км/час
(48,3 км/с). Первый искус
ственный спутник плане
ты-гиганта прекратил свое
существование. Общая сто
имость миссии составила
1,4 млрд долларов США.
Амальтея.
Финал миссии
Чтобы не допустить по
падания земных микроор
ганизмов, которые могли
остаться на борту Galileo,
на какой-либо из юпитери
анских спутников, рабочая
группа миссии приняла ре
шение направить космиче
ский аппарат в атмосферу
газового гиганта. Для этого
17 января 2002 г. был пред
принят финальный грави
маневр в окрестностях Ио
(минимальное расстояние
до которого составило все
го 102 км). К сожалению,
большая часть ценных
научных данных, получен
33
Проблемы миссии
Europe Clipper
В следующем десятилетии NASA планирует запу
стить космический аппарат Europa Clipper. Его целью
станет Европа - спутник Юпитера, под ледяной по
верхностью которого скрывается глобальный океан.
По классификации агентства эта миссия относится
к категории флагманских, что делает ее приоритет
ной. Но, несмотря на всю ее важность, два ключевых
аспекта миссии до сих пор неясны: год запуска и ра
кета-носитель.
Согласно недавно предложенному американской
администрацией проекту бюджета NASA, в 2019 г.
Europa Clipper будет профинансирован на сумму 265
млн долларов. В 2020 г. проект получит 200 млн, а
затем по 360 млн в промежутке с 2021 по 2023 г. По
словам Джима Грина, директора Отдела по изучению
планет (Jim Green, NASA Planetary Science Division),
указанный уровень финансирования обеспечит за
пуск зонда в 2025 г. - на год раньше, чем предусма
тривал прошлогодний проект бюджета агентства от
администрации США.
Однако названная дата противоречит требованию
принятого Конгрессом билля, согласно которому в
этом году миссия должна получить 495 млн долларов
(существенно больше, чем запрашивал Белый дом).
Условием выделения этих средств является запуск
аппарата Europa Clipper в 2022 г. с использованием
новой тяжелой ракеты SLS. Также билль предусма
тривает отправку отдельного спускаемого аппарата
к Европе в 2024 г.
Использование SLS даст возможность направить
зонд к Юпитеру по траектории прямого перелета,
благодаря чему он достигнет своей цели всего за три
года. Для сравнения: при использовании ракеты Atlas
V полет займет более шести лет и потребует проведе
ния нескольких гравитационных маневров у Венеры
и Земли. Кроме того, визит к Венере означает, что
Europa Clipper придется оснастить дополнительной
теплозащитой. А любой лишний килограмм веса кон
струкции аппарата в итоге обернется снижением по
лезной нагрузки.
В своей бюджетной заявке на следующий год NASA
запросила значительно большую сумму, нежели го
тов предложить Белый дом. Согласно документу, в
34
2020 г. на программу должно быть выделено 594 млн
долларов. Такой уровень финансирования обеспечит
выполнение требований Конгресса по дате запуска
зонда.
В то же время не секрет, что многие представители
NASA сомневаются как в реальности этого срока, так
и в возможности использования для запуска ракеты
SLS. Тому есть несколько причин. Во-первых - цена:
в агентстве предпочли бы более дешевый носитель,
а сэкономленные средства потратили бы на сам ап
парат и его научную «начинку». В бюджетной заявке
NASA прямо говорится о том, что дополнительные
расходы, неизбежные при использовании SLS, пере
вешивают потенциальные выгоды от сокращения
времени перелета.
Во-вторых, вызывает сомнения доступность носи
теля SLS. Согласно действующей директиве, основ
ным приоритетом пилотируемой программы США в
следующем десятилетии должна стать Луна. Поэтому
новую ракету в первую очередь задействуют в лун
ных миссиях. По некоторым оценкам, «свободная»
SLS, которую можно будет использовать для иссле
дований дальнего космоса, появится в распоряжении
агентства не ранее 2024 г.
Известно, что американское космическое ведом
ство рассматривает альтернативные возможности
отправки зонда к Европе, в числе которых, в частно
сти, значится обращение к услугам коммерческих
«перевозчиков». В первую очередь под ними подраз
умевается SpaceX с ее тяжелой ракетой Falcon Heavy:
даже в полностью одноразовой конфигурации ее
старт будет стоить чуть ли не на порядок дешевле,
чем SLS. Но дело в том, что для запуска миссий NASA
ракета должна пройти сертификацию. А этот процесс
займет как минимум несколько лет.
Официально в NASA пока не исключают никаких
вариантов. У агентства есть еще примерно полтора
года, чтобы определиться с планом полета. Решение
о выборе носителя для миссии должно быть приня
то к концу 2019 г., когда состоится окончательное
утверждение дизайна зонда Europa Clipper. Стоит от
метить, что на состоявшемся 21 февраля заседании
группы OPAG (Outer Planets Assessment Group) участ
ники проекта заявили о том, что работают по графику,
предполагающему запуск аппарата в июне 2022 г. с
использованием ракеты SLS.
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
Что скрывает
океан
Эннедала?
Еще недавно ледяные спутники планет-гигантов
рассматривались большинством астрономов как
статичные мертвые миры без заметной внутренней
активности, где нет ничего особенно интересного.
Однако за последние годы это мнение серьезно
изменилось. Данные, собранные миссиями Galileo
и Cassini, говорят о том, что под поверхностью как
минимум нескольких крупных лун Юпитера и Сатур
на имеются глобальные океаны. Не исключено, что
это справедливо также для некоторых спутников
Урана и Нептуна.
Одним из наиболее перспективных для исследо
ваний с этой точки зрения считается сатурнианский
спутник Энцелад. Тому есть несколько причин.
Во-первых, в его окрестностях достаточно спокой
ная радиационная обстановка - в отличие, напри
мер, от Европы, орбита которой проходит вблизи
одного из радиационных поясов Юпитера, что соз
дает значительные сложности при проектировании
посадочного аппарата. Во-вторых, на южном полю
се Энцелада находится целый ряд гейзеров, актив
но выбрасывающих воду из его подповерхностного
океана, то есть для изучения этого океана даже не
обязательно сажать на поверхность спутника спу
скаемый модуль - достаточно оснастить исследо
вательский зонд химической мини-лабораторией и
направить его сквозь водяные выбросы.
За годы пребывания на орбите вокруг Сатурна
аппарат Cassini совершил несколько таких проле
тов. Конечно, его создатели не предполагали, что
будут использовать свое «детище» подобным об
разом - инструменты Cassini не предназначались
для детального химического анализа. Но даже с
учетом технических ограничений зонду удалось
собрать множество данных, позволивших отчасти
приоткрыть завесу тайны над океаном Энцелада.
Согласно этим данным, выбросы примерно на
98% состоят из водяного пара, на 1% - из водорода,
и еще около процента приходится на смесь других
веществ - в частности, углекислого газа, метана
и аммиака. Также были обнаружены следы мине
ральных солей, некоторых органических соедине
ний и небольшие частички кремнезема (диоксида
кремния). Лабораторные опыты показали, что по
добные частички формируются в воде, разогретой
до температуры 90°С. В целом в океане Энцелада,
согласно подсчетам, содержание поваренной соли
примерно такое же, как и в земных океанах. Кро
ме того, в нем растворено много соды, благодаря
чему он имеет высокий уровень щелочности (по
казатель pH достигает 12).
Наличие водорода и частичек кремнезема
указы вает на то, что на дне океана Энцелада
протекаю т активны е гидротермальные процес
сы. В горячих источниках на дне земны х водо
емов одноклеточны е м икроорганизм ы исполь
зую т водород и углекислы й газ для получения
энергии; в качестве продукта жизнедеятельности
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
► На этой схеме показано, к а к
научны е
сотрудники
миссии
Cassini представляю т себе вза
имодействие воды и скальны х
пород в недрах Энцелада, в ре
зультате которого выделяется
газообразны й водород ( К ) , об
наруженны й в составе вы бро
сов гейзеров у ю ж н о го полюса
этого сатурнианского спутника.
Последнее, сам ое глубокое по
гружение в них косм ический
аппарат осущ ествил 28 октября
2015 г.
Ка к предполагаю т ученые,
внутри спутника есть частич
но пористое кам енистое ядро,
скв о з ь
которое
циркулирует
вода, нагреваясь и взаимодей
ствуя со скал ьны м и породами.
Позже, насы тивш ись минерала
м и и растворенны м и газами, эта
вода кон в екти в н ы м и потоками
поднимается к ледяной коре и
участвует в образовании гейзе
ров, извергаю щ ихся скв о зь тре
щины.
О ткры тие водорода в вы бро
сах гейзеров Энцелада стало
подтверж дением того, что в не
драх этого спутника протекаю т
о к и с л и т е л ь н о -в о с с т а н о в и т е л ь
ны е реакции, которы е вполне
м огут служ ить и сточником хими
ческой энергии для потенциаль
но обитаю щ их там ж и вы х орга
низм ов.
при этом выделяется метан. Указанные газы при
сутствуют и в выбросах гейзеров Энцелада. А это
значит, что в его подповерхностном океане есть
все условия для зарождения жизни и ее суще
ствования на протяжении длительного времени.
Возникает резонный вопрос: что же может быть
«движущей силой» столь высокой активности спут
ника? Энцелад часто сравнивают с еще одним са
турнианским спутником Мимасом. Оба они имеют
близкие размеры и орбитальные характеристики,
однако лишь одна из лун демонстрирует эндоген
ную активность. Что же стало причиной такого раз
личия?
По оценкам ученых, энергия распада радиоак
тивных элементов в ядре Энцелада может дать не
более 1% тепла, необходимого для поддержания
воды в его недрах в жидком состоянии. Конечно,
его ледяная кора подвергается мощному гравита
ционному воздействию со стороны Сатурна, однако
и этой энергии также оказывается недостаточно.
Как показывают расчеты, подледный океан должен
был бы полностью замерзнуть всего за 30 млн лет.
Это значит, что нынешнее состояние спутника впол
не может оказаться лишь небольшим эпизодом его
эволюции. В таком случае на всех надеждах найти
там жизнь следовало бы поставить крест.
Группа планетологов из США и Европы попыта
лась найти ответ на этот вопрос. Согласно резуль
36
татам их исследований, опубликованным в конце
прошлого года в журнале Nature Astronomy, суще
ствование океана Энцелада объясняется особенно
стями его ядра. Ученые создали компьютерную мо
дель внутреннего строения спутника, показавшую,
что если ядро имеет пористую структуру с пустота
ми, занимающими 20-30% его внутреннего объема,
под влиянием гравитации Сатурна в нем должны
происходить деформации, которые вызывают тре
ние каменных блоков, приводящее к генерации теп
ла. Вода попадает в поры, нагревается и затем вы
брасывается обратно в подледный океан, по пути
взаимодействуя с окружающими породами. В такой
модели требуется от 25 до 250 млн лет на то, чтобы
вся вода в недрах Энцелада прошла через его ядро.
Этого оказалось достаточно, чтобы обеспечить су
ществование океана спутника в течение миллиар
дов лет - а значит, шансы на то, что в нем могла
зародиться примитивная жизнь, остаются вполне
существенными.
Результаты другого недавно проведенного экспе
римента показали, что некоторые земные микробы
вполне могли бы выжить в гидротермальных источ
никах на дне океана Энцелада. Группа ученых из
Австрии и Германии поместила три вида архей (при
митивных микроорганизмов) в условия, близкие к
существующим в недрах спутника. В качестве внеш
него газового окружения использовалась смесь во-
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМ А
дорода, углекислого и угарного газа, метана, азота и в
некоторых случаях этилена
Давление варьиро
валось от 2 до 90 бар, а температура —от 65 до 80°С.
Выяснилось, что как минимум один из видов архей может расти и производить метан даже в присут
ствии веществ, которые подавляют развитие других
организмов - в частности, формальдегида, амми
ака и угарного газа. Микробы оказались способны
выжить при давлении 50 бар (в 50 раз больше, чем у
поверхности Земли). Все это делает Энцелад одним
из наиболее перспективных мест для поиска жизни в
Солнечной системе.
К сожалению, после завершения работы зонда
Cassini в распоряжении исследователей еще долго не
будет действующих аппаратов в окрестностях Сатур
на. Специалисты NASA и ESA разработали несколько
концептов специализированной миссии для изуче
ния Энцелада и его океана, но ни один из них пока
официально не одобрен.
Не исключено, что в этом вопросе ученым смогут
помочь частные компании. Уже известно, что воз
можность отправки аппарата к Энцеладу изучает
руководство программы Breakthrough Initiatives. Для
оценки выполнимости подобного проекта создана
рабочая группа. Она рассматривает множество ва
риантов миссии. Предпочтение пока отдается зонду,
который, подобно Cassini, несколько раз посетил бы
( C
2H
J .
окрестности луны и прошел через струи выброшен
ного из ее недр вещества. Если какой-то из концеп
тов будет соответствовать всем предъявляемым
техническим и стоимостным критериям, экспеди
ция к Энцеладу может быть утверждена руковод
ством Breakthrough Initiatives уже в этом году.
Но даже если планы негосударственных организа
ций останутся на бумаге, ученые все равно продол
жат изучать спутник дистанционными методами.
Недавно в ходе серии наблюдений Сатурна, выпол
ненных при помощи 30-метрового радиотелескопа
Института радиоастрономии миллиметровых волн
(Institute for Radio Astronomy in the Millimeter range IRAM), исследователи из Кардиффского университе
та обнаружили в кольце Е, которое «подпитывается»
гейзерами Энцелада, высокое содержание метанола
СН3ОН - простейшего органического спирта. Эта на
ходка стала первой прямой идентификацией хими
ческого вещества в шлейфе спутника с помощью
наземных радиотелескопов. Она доказала принци
пиальную возможность поиска различных сложных
соединений (в том числе и органики) в выбросах Эн
целада с использованием средств наблюдений, на
ходящихся на поверхности Земли.
NASA/JPL-Caltech
у «Морщинистая» поверхность
сатурнианского спутника Энце
лада, на которой отобразилась
сложная
история
взаимодей
ствия приливны х сил и в о зм о ж
ных источников тепла в его не
драх. Яркий белый цвет и малое
количество ударных кратеров
ука зы ва ю т на постоянное обнов
ление поверхностного слоя.
Разлом «Багдад» - одна из тре
щин на поверхности Энцелада, из
которой происходят выбросы пара
и ледяных частиц.
Глубокие разломы в ледяной
коре Энцелада.
4
с
Землю участников пило
тируемой
марсианской
экспедиции. Она, в свою
очередь, начнется в 2024
г., и если этот срок удастся
выдержать - уже в 2025 г.
первый человек ступит
на поверхность другой
планеты. ■
носители
Г *
нГи
я
я
Space
S h u ttle
New
G lenn
я
F a lcon
H eavy
■
Н-1
■
Ш
S
S a tu rn V
BFR
■
"Э н е р ги я "
SLS
ITS
Заявленная полезная нагрузка
1 2 6 /2 7 ,5 *
45
64
90
100
130
140**
250
*- общ ий вес, вы во д и м ы й на орбиту / полезная нагрузка в грузовом отсеке шаттла
реально вы водим ая н агрузка по програ м м е Apollo
Транспортная система S p a c e
S h u ttle
могла эксплуатиро
ваться только с м ногоразовы м и
косм и че ски м и кораблями, с о
ставлявш им и (вместе с топли
вом для бортовых двигателей
челнока) порядка 80% массы,
которая вы водилась на орбиту,
т е . из 123-126 тонн реальная
полезная нагрузка не превы ш а
ла 27,5 тонн. С 1981 по 2011 г.
бы ло произведено 135 пусков
шаттлов, и з них один закончился
аварией с гибелью всех членов
экипаж а; еще один «челнок» по
терпел катастрофу при посадке.
Стоимость одиночного запуска
иногда превыш ала миллиард
долларов.
N e w G le n n - носитель, раз
рабаты ваемы й частной ком па
нией Blue Origin. Пока известны
только размеры ракеты: высота
в двухступенчатом варианте 82 м (на обеих ступенях долж ны
использоваться новы е двигате
ли, работающ ие на ж и д ко м мета
не и ж и д ко м кислороде), в трех
ступенчатом - 95 м, диаметр - 7
м Заявленная полезная нагруз
ка - 45 тонн. В сентябре 2017 г.
были заклю чены кон тракты с
ком паниям и Eutelsat и таиланд
ской корпорацией Mu Space на
вы ведение спутни ко в связи на
геостационарную орбиту после
2021 г. с пом ощ ью двухступен
чатой версии носителя.
F a lc o n H e a v y - сам ы й
мощ ны й носитель из суще
ствую щ их в настоящее время.
При стартовой массе 1420 тонн
способен вы вести на н и зкую
окол озем ную орбиту д о 64 тонн
груза. Первая тяжелая ракета,
созданная частной компанией.
Стоимость одного запуска - 90130 млн долларов (самая низкая
цена д остав ки в ко см о с едини
цы массы груза).
Н -1 - советский сверхтяже
лы й носитель для д остав ки к о с
монавтов на Луну. Его разработ
ка началась под руководством
Сергея Королева. С февраля
1969 г. по ноябрь 1972 г. (после
смерти Генерального кон струк
тора) состоялось 4 пуска ракеты,
все аварийные. Стартовая масса
— 2735 тонн, проектная полез
ная нагрузка, доставляемая на
н и зкую орбиту - 90 тонн.
В СССР для запуска много
разовы х кораблей была разра
ботана
многоцелевая
тяжелая
ракета-носитель
« Э н е р ги я »
со стартовой массой 2400 тонн.
В 1987-88 гг. состоялось два
успеш ных ее запуска: с 80-тон
ны м эксперим ентальны м аппа
ратом «Полюс» (не вы ш едш им
на орбиту из-за отказа бортовых
систем) и косм опланом «Буран»,
которы й совершил два витка
вокруг Земли в беспилотном
режиме и приземлился на кос
модроме Байконур. Заявленная
полезная нагрузка долж на была
достигать 100 тонн.
Тяжелая ракета S L S (Space
Launch System) разрабатыва
ется NASA с 2011 г. На рисунке
показана грузовая версия Block
1В. М аксимальная полезная на
грузка на н и зкую орбиту - 130
тонн при стартовой массе свы ш е
2200 тонн. Первый полет с но
вы м кораблем Orion в беспилот
ном реж им е запланирован на
конец 2019 г.
S a tu rn V - наиболее мощ
ная ракета-носитель и з со з
данны х к настоящему времени
(доставляла на н и зкую око л о
зем ную орбиту полезную нагруз
ку массой д о 140 тонн). М акси
мальная стартовая масса 2940
тонн. Использовалась в амери
кан ской пилотируемой лунной
програм м е и для запуска орби
тальной станции Skylab. Из 13
пусков этого носителя все были
успеш ны ми.
B F R (Big Falcon Rocket) еще один носитель, разрабаты
ваемы й ком панией SpaceX для
пилотируемы х межпланетны х
перелетов. П роектная полезная
нагрузка - 250 тонн (это будет
первая ракета, которая по д ан
ному показателю превзойдет
Saturn V) Конструирование пер
вого экзем пляра BFR началось
в феврале 2018 г . после успеш
ного полета Falcon Heavy. И спы
тания новы х метаново-кисло
родны х двигателей Raptor для
нее ведутся с 2016 г. Тестовый
полет запланирован на 2022 г.
Параллельно в SpaceX ведут
ся работы над ITS (Interplanetary
Transport System) для д оставки
колонистов на Марс. С ее п о м о
щ ью туда см о гут одновременно
перелететь до сотни человек.
Высота носителя предполож и
тельно составит 122 м, старто
вая масса - 13 тыс. тонн.
Генеральные спонсоры:
EARTH
O B S E R V IN G
SYSTEM
Listening To The Pulse Of The Planet
AUTO
Standard
^
О К л **» > f
W |
Издается при п о д д е р ж ке :
Главная
астрономическая
обсерватория
НАН Украины
Национальная
академия
наук Украины
Информационно
аналитический
центр
«Спейс-Информ»
Государственный
астрономический
институт им. П. К. Штернберга
Московского
государственного
университета
Аэрокосмическое
общество
г
Украины
Украинская
астрономическая
ассоциация
*
Международное
Евразийское
астрономическое
общество