Текст книги "Астрономия. Популярные лекции"

Автор книги: Владимир Сурдин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 16 страниц)

Самые низкие температуры наблюдаются на дне полярных кратеров, куда никогда не попадают солнечные лучи. Именно там обнаружились залежи водяного льда, которые прежде были «нащупаны» радиолокаторами с Земли, а затем подтверждены приборами космического зонда MESSENGER. Происхождение этого льда пока обсуждается. Его источниками могут быть как кометы, так и выходящие из недр планеты пары воды.

Рис 4.23. Мерурий при повышенном цветовом контрасте. Хотя поверхность планеты выглядит темно-серой, в действительности она имеет цветовые оттенки.

Цвет у Меркурия есть, хотя на глаз он выглядит темно-серым. Но если повысить цветовой контраст (как на рис. 4.23), то планета приобретает красивый и таинственный вид.

На Меркурии есть один из самых больших ударных кратеров в Солнечной системе – Равнина Жары (Caloris Basin) диаметром 1550 км. Это след от удара астероида диаметром не менее 100 км, чуть не расколовшего маленькую планету. Случилось это около 3,8 млрд лет назад, в период так называемой «поздней тяжелой бомбардировки» (Late Heavy Bombardment), когда по не до конца понятным причинам увеличилось число астероидов и комет на орбитах, пересекающих орбиты планет земной группы.

Когда в 1974 г. «Маринер-10» сфотографировал Равнину Жары, мы еще не знали, что получилось на противоположной стороне Меркурия после этого страшного удара. Ясно, что если по шару стукнули, то возбуждаются звуковые и поверхностные волны, которые распространяются симметрично, проходят через «экватор» и собираются в антиподной точке, диаметрально противоположной точке удара. Возмущение там стягивается в точку, и амплитуда сейсмических колебаний стремительно возрастает. Это похоже на то, как погонщики скота щелкают своим кнутом: энергия и импульс волны практически сохраняются, а толщина кнута стремится к нулю, поэтому скорость колебания увеличивается и становится сверхзвуковой. Ожидалось, что в области Меркурия, противоположной бассейну Caloris, будет картина невероятного разрушения. В общем, почти так и оказалось: там обнаружилась обширная холмистая область с рифленой поверхностью, хотя я ожидал, что там будет кратер-антипод. Мне представлялось, что при схлопывании сейсмической волны произойдет явление, «зеркальное» падению астероида. Мы наблюдаем это при падении капли на спокойную поверхность воды: сначала она создает маленькое углубление, а затем вода устремляется обратно и выкидывает небольшую новую каплю вверх. На Меркурии этого не случилось, и мы теперь понимаем почему: его недра оказались неоднородными, и точной фокусировки волн не произошло.

Рис 4.24. Кратер Рахманинов на Меркурии.

В целом рельеф Меркурия более гладкий, чем у Луны. Например, стенки меркурианских кратеров не такие высокие. Основная причина этого, вероятно, в большей силе тяжести и более теплых и мягких недрах Меркурия. К тому же на Меркурии более интенсивной должна быть метеоритная эрозия, поскольку пространственная плотность и скорость движения метеороидов в окрестности Меркурия существенно выше, чем вблизи Луны. В результате ударного испарения межпланетных пылинок и более крупных метеороидных частиц, непрерывно падающих на поверхность Меркурия, его крайне разреженная экзосфера постоянно пополняется газами и парами металлов.

Рис 4.25. Облачный покров атмосферы Венеры. Основой для этого синтетического изображения стали снимки «Маринера-10» (NASA), полученные в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах спектра. Оптический дал распределение цвета, а ультрафиолетовый позволил повысить контраст и более четко выделить детали. Обработка: Mattias Malmer.

Венера – вторая планета от Солнца и самая загадочная из планет земной группы. Неясно, каково происхождение ее очень плотной атмосферы, почти целиком состоящей из углекислого газа (96,5 %) и азота (3,5 %) и обеспечивающей мощный парниковый эффект. Непонятно, почему Венера так медленно вращается вокруг оси – в 244 раза медленнее Земли, и к тому же в противоположном направлении. При этом массивная атмосфера Венеры, а точнее ее облачный слой, за четверо земных суток облетает вокруг планеты. Это явление называют суперротацией атмосферы. При этом атмосфера трется о поверхность планеты и давно должна была бы притормозиться, ведь не может она долго двигаться вокруг планеты, твердое тело которой практически стоит на месте. Но атмосфера вращается, да еще и в направлении, противоположном вращению самой планеты. Понятно, что от трения о поверхность энергия атмосферы рассеивается, а ее момент импульса передается телу планеты. Значит, есть приток энергии (очевидно – солнечной), за счет которой работает тепловая машина. Вопрос: как реализована эта машина? Как энергия Солнца трансформируется в движение венерианской атмосферы?

Из-за медленного вращения Венеры кориолисовы силы на ней слабее, чем на Земле, поэтому атмосферные циклоны там менее компактны. По сути, их всего два: один в северном полушарии, другой в южном. Каждый из них «наматывается» от экватора на свой полюс.

Рис 4.26. Спускаемый аппарат серии «Венера»

Верхние слои венерианской атмосферы детально исследовали пролетные (в процессе гравитационного маневра) и орбитальные зонды – американские, советские, европейский и японский. Аппараты серии «Венера» в течение нескольких десятилетий запускали туда советские инженеры, и это был самый успешный наш прорыв в области исследования планет. Главной задачей было посадить на поверхность спускаемый аппарат, чтобы посмотреть, что там под облаками.

Конструкторы первых зондов, как и авторы научно-фантастических произведений тех лет, ориентировались на результаты оптических и радиоастрономических наблюдений, из которых следовало, что Венера – это более теплый аналог нашей планеты. Именно поэтому в середине XX в. все фантасты – от Беляева, Казанцева и Стругацких до Лема, Брэдбери и Хайнлайна – представляли Венеру как негостеприимный (жаркий, болотистый, с ядовитой атмосферой), но в целом подобный Земле мир. По этой же причине первые посадочные аппараты венерианских зондов делали не очень прочными, не способными сопротивляться большому давлению. И они гибли, спускаясь в атмосфере, один за другим. Затем их корпуса стали делать покрепче, с расчетом на давление в 20 атмосфер, но и этого оказалось мало. Тогда конструкторы, «закусив удила», создали титановый зонд, выдерживающий давление в 180 атм. И он благополучно сел на поверхность («Венера-7», 1970). Заметим, что далеко не каждая подводная лодка выдерживает такое давление, царящее на глубине около 2 км в океане. Выяснилось, что у поверхности Венеры давление не опускается ниже 92 атм (9,3 МПа, 93 бар), а температура составляет 464 °C.

Рис 4.27. Снимки поверхности Венеры, сделанные аппаратом «Венера-14».

С мечтой о гостеприимной Венере, похожей на Землю каменноугольного периода, было окончательно покончено именно в 1970 г. Впервые аппарат, рассчитанный на такие адские условия («Венера-8»), успешно опустился и работал на поверхности в 1972 г. С этого момента посадки на поверхность Венеры стали рутинной операцией, однако долго поработать там не удается: через 1–2 часа внутренность аппарата нагревается и электроника выходит из строя.

Первые искусственные спутники появились у Венеры в 1975 г. («Венера-9 и -10»). В целом чрезвычайно удачной оказалась работа на поверхности Венеры спускаемых аппаратов «Венера-9…-14» (1975–1981 гг.), изучивших как атмосферу, так и поверхность планеты в месте посадки, сумевших даже взять пробы грунта и определить его химический состав и механические свойства. Но наибольший эффект среди поклонников астрономии и космонавтики вызвали переданные ими фотопанорамы мест посадки, сначала черно-белые, а позже – цветные. Кстати, венерианское небо при взгляде с поверхности оранжевое. Красиво! До сих пор (2017 г.) эти снимки остаются единственными и вызывают у планетологов большой интерес. Их продолжают обрабатывать и время от времени находят на них новые детали.

Существенный вклад в изучение Венеры в те годы внесла и американская космонавтика. Пролетные аппараты «Маринер-5 и -10» изучали верхние слои атмосферы. «Пионер-Венера-1» (1978 г.) стал первым американским спутником Венеры и провел радиолокационные измерения. А «Пионер-Венера-2» (1978 г.) послал в атмосферу планеты 4 спускаемых аппарата: один большой (315 кг) с парашютом в экваториальную область дневного полушария и три малых (по 90 кг) без парашютов – в средние широты и на север дневного полушария, а также на ночное полушарие. Ни один из них не создавался для работы на поверхности, однако один из малых аппаратов благополучно приземлился (без парашюта!) и проработал на поверхности более часа. Этот случай позволяет почувствовать, насколько велика плотность атмосферы у поверхности Венеры. Атмосфера Венеры почти в 100 раз массивнее земной, а ее плотность у поверхности составляет 67 кг/м³, что в 55 раз плотнее земного воздуха и лишь в 15 раз уступает плотности жидкой воды.

Рис 4.28. Изображения, переданные «Венерой-13» 1 марта 1982 г. (слева) и «Венерой-14» 5 марта 1982 г. Спустя десятки лет удалось исправить искаженную перспективу и смягчить контраст. Но следует учесть, что эти изображения мозаичны: нижняя часть кадра взята из середины панорамы, а дальняя часть, где виден горизонт – с краев. Это работа Дона Митчелла (Don P. Mitchell), mentallandscape.com/V_Venus.htm.

Весьма непросто было создать прочные научные зонды, которые выдерживают давление венерианской атмосферы, такое же, как на километровой глубине в земных океанах. Но еще сложнее было заставить их противостоять окружающей температуре (+464 °C) при столь плотном воздухе. Поток тепла сквозь корпус колоссальный, поэтому даже самые надежные аппараты работали не более двух часов. Чтобы скорее опуститься на поверхность и продлить там работу, «Венеры» в ходе посадки сбрасывали парашют и продолжали спуск, тормозясь лишь небольшим щитком на своем корпусе. Удар о поверхность смягчало специальное демпфирующее устройство – посадочная опора. Конструкция оказалась настолько удачной, что «Венера-9» без проблем села на склон с наклоном 35° и нормально работала.

Рис 4.29. Схема проекта «ВеГа».

Такие панорамы Венеры (рис. 4.27) публиковались сразу после их получения. Здесь можно заметить любопытное событие. Во время спуска каждую камеру защищала полиуретановая крышка, которая после посадки отстреливалась и падала вниз. На верхнем снимке эта белая полукруглая крышка видна у посадочной опоры. А где она на нижнем снимке? Лежит левее центра. Именно в нее, распрямляясь, вонзил свой пробник прибор для измерения механических свойств грунта. Измерив ее твердость, он подтвердил, что это полиуретан. Прибор, так сказать, был испытан в полевых условиях. Вероятность этого печального события была близка к нулю, но оно произошло!

Учитывая высокое альбедо Венеры и колоссальную плотность ее атмосферы, ученые сомневались, что у поверхности будет достаточно солнечного света для фотографирования. К тому же у дна газового океана Венеры вполне мог висеть плотный туман, рассеивающий солнечный свет и не позволяющий получить контрастное изображение. Поэтому на первых посадочных аппаратах ставили галогенные ртутные лампы для освещения почвы и создания светового контраста. Но оказалось, что естественного света там вполне достаточно: на Венере светло, как в пасмурный день на Земле. И контраст при естественном освещении тоже вполне приемлемый.

Рис 4.30. Аэростат в атмосфере Венеры. Рисунок: ESA.

В октябре 1975 г. посадочные аппараты «Венера-9 и -10» через свои орбитальные блоки передали на Землю первые в истории снимки поверхности другой планеты (если не брать в расчет Луну). На первый взгляд перспектива на этих панорамах выглядят странно искаженной: причиной служит поворот направления съемки. Эти снимки получены телефотометром (оптико-механическим сканером), «взгляд» которого медленно перемещался от горизонта под «ноги» посадочного аппарата и затем к другому горизонту: получалась развертка на 180°. Два телефотометра на противоположных бортах аппарата должны были дать полную панораму. Но крышки на объективах открывались не всегда. Например, на «Венере-11 и -12» не открылась ни одна из четырех.

Рис 4.31.Радиокарта Венеры («Магеллан», NASA). Голубым показаны низменности, зеленовато-желтым – средний уровень, красное и (особенно) белое – горы.

Один из наиболее красивых экспериментов по исследованию Венеры был проделан с помощью зондов «ВеГа-1 и -2» (1985 г.). Их название расшифровывается как «Венера—Галлей», поскольку после отделения спускаемых аппаратов, направленных к поверхности Венеры, полетные части зондов ушли исследовать ядро кометы Галлея и впервые успешно это сделали. Посадочные аппараты были тоже не совсем обычными: главная часть аппарата садилась на поверхность, а при спуске от нее отделялся аэростат, изготовленный французскими инженерами, который около двух суток летал в атмосфере Венеры на высоте 53–55 км, передавая на Землю данные о температуре, давлении, освещенности и видимости в облаках. Благодаря мощному ветру, дующему на этой высоте со скоростью 250 км/ч, аэростаты успели облететь значительную часть планеты.

Рис 4.32.На этом участке радиокарты Венеры виден вулкан.

На фотографиях с мест посадки видны лишь небольшие участки венерианской поверхности. А можно ли увидеть всю Венеру сквозь облака? Можно! Радиолокатор видит сквозь облака. К Венере летали два советских спутника с радиолокаторами бокового обзора и один американский. По их наблюдениям составлены радиокарты Венеры с весьма высоким разрешением. На общей карте его трудно продемонстрировать, но на отдельных фрагментах карты оно ясно видно. Цветом на радиокартах показаны уровни: голубой и синий – это низменности; будь на Венере вода, это были бы океаны. Но жидкая вода на Венере существовать не может, да и газообразной воды там практически нет. Зеленоватые и желтоватые области – это континенты (назовем их так). Красное и белое – самые высокие точки на Венере, это венерианский «Тибет» – самое высокое плато. Высочайшая вершина на нем – гора Максвелл – возвышается на 11 км.

Рис 4.33. Строение Венеры. Над поверхностью планеты простирается плотная облачная атмосфера, верхняя граница облаков проходит на высоте 65—70 км. Внешняя видимая с Земли «поверхность» атмосферы характеризуется наиболее резкими температурными колебаниями.

Рис 4.34. Строение Земли. Конвективные потоки в расплавленном веществе мантии обеспечивают магнитное поле планеты.

Венера вулканически активна, активнее, чем сегодняшняя Земля. Это не совсем понятно. В Новосибирске работает известный геолог, академик Николай Леонтьевич Добрецов, у него имеется интересная теория по поводу эволюции Земли и Венеры (https://scfh.ru/papers/venera-vozmozhnoe-budushchee-zemli/).

О недрах Венеры, о ее внутреннем строении надежных фактов нет, поскольку сейсмические исследования там до сих пор не проводились. К тому же медленное вращение планеты не позволяет измерить ее момент инерции, который мог бы рассказать о распределении плотности с глубиной. Пока теоретические представления базируются на сходстве Венеры с Землей, а видимое отсутствие тектоники плит на Венере объясняется отсутствием на ней воды, которая на Земле служит «смазкой», позволяя плитам скользить и подныривать друг под друга. Вкупе с высокой температурой поверхности это приводит к замедлению или даже полному отсутствию конвекции в теле Венеры, снижает скорость охлаждения ее недр и может объяснить отсутствие у нее магнитного поля. Все это выглядит логично, но требует экспериментальной проверки.

Кстати, о Земле. Подробно обсуждать третью от Солнца планету не буду, поскольку я не геолог. К тому же каждый из нас имеет общее представление о Земле даже на основе школьных знаний. Но в связи с изучением других планет замечу, что и недра своей планеты нам понятны не до конца. Почти каждый год происходят крупные открытия в геологии, порой обнаруживают даже новые слои в недрах Земли, однако мы до сих пор точно не знаем температуру в ядре своей планеты. Посмотрите свежие обзоры: некоторые авторы считают, что температура на границе внутреннего ядра около 5000 K, а другие – что более 6300 K. Это результаты теоретических расчетов, в которых фигурируют не вполне надежные параметры, описывающие свойства вещества при температуре в тысячи кельвинов и давлении в миллионы бар. Пока эти свойства не будут надежно изучены в лаборатории, точных знаний о недрах Земли мы не получим.

Уникальность Земли среди подобных ей планет состоит в наличии магнитного поля и жидкой воды на поверхности, причем второе, по-видимому, является следствием первого: магнитосфера Земли защищает от потоков солнечного ветра нашу атмосферу и, опосредованно, гидросферу. Для генерации магнитного поля, как сейчас представляется, в недрах планеты должны быть жидкий электропроводящий слой, охваченный конвективным движением, и быстрое суточное вращение, обеспечивающее кориолисову силу. Только при этих условиях включается динамо-механизм, усиливающий магнитное поле. Венера практически не вращается, поэтому у нее нет магнитного поля. Железное ядро у маленького Марса давно остыло и отвердело, поэтому он также лишен магнитного поля. Меркурий, казалось бы, очень медленно вращается и должен был остыть раньше Марса, но вполне ощутимое дипольное магнитное поле с напряженностью раз в 100 слабее земного у него есть. Парадокс! Ответственным за поддержание железного ядра Меркурия в расплавленном состоянии сейчас считается приливное влияние Солнца. Пройдут миллиарды лет, остынет и затвердеет железное ядро Земли, лишив нашу планету магнитной защиты от солнечного ветра. И единственной твердой планетой с магнитным полем останется, как это ни странно, Меркурий.

Рис 4.35. Марс. Фото космического телескопа «Хаббл», февраль 1996 г.

А теперь обратимся к Марсу. Его внешний вид сразу же привлекает нас по двум причинам: даже на фотографиях, полученных издалека, видны белые полярные шапки и полупрозрачная атмосфера. Это роднит Марс с Землей: полярные шапки рождают мысль о наличии воды, а атмосфера – о возможности дыхания. И хотя на Марсе с водой и воздухом не всё так благополучно, как кажется на первый взгляд, эта планета давно привлекает исследователей.

Рис 4.36. Противостояния Марса.

Раньше астрономы изучали Марс в телескоп и поэтому с нетерпением ожидали моментов, называемых противостояниями Марса. Что же чему в эти моменты противостоит?

Рис 4.37. Рисунок Марса при наблюдении в телескоп с Земли.

С точки зрения земного наблюдателя в момент противостояния Марс оказывается по одну сторону от Земли, а Солнце – по другую. Понятно, что именно в эти моменты Земля и Марс сближаются на минимальное расстояние, Марс виден на небе всю ночь и хорошо освещен Солнцем. Земля делает свой оборот вокруг Солнца за год, а Марс – за 1,88 года, поэтому средний промежуток времени между противостояниями занимает немногим более двух лет. Последнее противостояние Марса наблюдалось в 2016 г., правда, оно было не особенно близким. Орбита у Марса заметно эллиптическая, поэтому максимальные сближения с ним Земли случаются, когда Марс находится в районе перигелия своей орбиты. На Земле (в нашу эпоху) это конец августа. Поэтому августовские и сентябрьские противостояния называют «великими»; в эти моменты, наступающие раз в 15–17 лет, наши планеты сближаются менее чем на 60 млн км. Такое было в 2018 г. А супертесное противостояние состоялось в 2003 г.: тогда до Марса было всего 55,8 млн км. В связи с этим родился новый термин – «величайшие противостояния Марса»: такими теперь считают сближения менее чем на 56 млн км. Они происходят 1–2 раза в столетие, однако в нынешнем веке их будет даже три – ждите 2050 и 2082 гг.

Рис 4.38. Большой экваториал Вашингтонской обсерватории, с помощью которого были открыты спутники Марса, и рисунок из книги Асафа Холла (1877).

Но даже в моменты великих противостояний в телескоп с Земли на Марсе мало что видно. Вот (рис. 4.37) рисунок астронома, который смотрит на Марс в телескоп. Неподготовленный человек посмотрит и разочаруется – вообще ничего не увидит, лишь маленькую розовую «капельку», но опытный глаз астронома в тот же самый телескоп видит больше. Полярную шапку астрономы заметили давно, еще столетия назад. А также – темные и светлые области. Темные по традиции назвали морями, а светлые – континентами.

Рис 4.39. Джованни Скиапарелли.

Рис 4.40. Зарисовки каналов на Марсе, выполненные Дж. Скиапарелли.

Повышенный интерес к Марсу возник в эпоху великого противостояния 1877 г.: к тому времени уже были построены хорошие телескопы и астрономы сделали несколько важных открытий. Американский астроном Асаф Холл обнаружил спутники Марса Фобос и Деймос, а итальянский астроном Джованни Скиапарелли зарисовал загадочные линии на поверхности планеты – марсианские каналы. Конечно, Скиапарелли не был первым, кто увидел каналы: некоторые из них замечали и до него (например, Анджело Секки). Но после Скиапарелли эта тема на многие годы стала доминирующей в изучении Марса.

Рис 4.41. Персиваль Ловелл, американкий бизнесмен, дипломат, путешественник и журналист, вдохновленный идеей о марсианских каналах, построил первоклассную обсерваторию для изучения Марса.

Наблюдения деталей поверхности Марса, таких как «каналы» и «моря», положили начало новому этапу в изучении этой планеты. Скиапарелли считал, что «моря» Марса действительно могут быть водоемами. Поскольку соединяющим их линиям нужно было дать название, Скиапарелли назвал их «каналами» (canali), подразумевая под этим морские проливы, а отнюдь не рукотворные сооружения. Он полагал, что по этим каналам в приполярных областях в период таяния полярных шапок действительно течет вода. После открытия на Марсе «каналов» некоторые ученые высказали предположение об их искусственной природе, что послужило основанием для гипотез о существовании на Марсе разумных существ. Но сам Скиапарелли не считал эту гипотезу научно обоснованной, хотя и не исключал наличия на Марсе жизни, возможно, даже разумной.

Рис 4.42. Карта Марса с каналами (по Фламмариону и Антониади) из энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона (1910-е гг.).

Рис 4.43. Полярные шапки Марса, 1905 г. Рисунки из книги П. Ловелла «Марс как прибежище жизни» (P. Lowell, «Mars as the abode of life», 1908).

Рис 4.44. Глобус Марса, сделанный на основе карт ХХ в, и современные снимки тех же полушарий планеты (космический телескоп «Хаббл»)

Однако мысль об искусственной системе оросительных каналов на Марсе стала укрепляться в других странах. Отчасти этому способствовало то, что итальянское canali было представлено на английском как canal (рукотворная водная магистраль), а не как channel (природный морской пролив). Да и на русском слово «канал» подразумевает искусственное сооружение. Идея о марсианах увлекла тогда многих, и не только писателей (вспомним Герберта Уэллса с его «Войной миров», 1897), но и исследователей. Самым известным из них стал Персиваль Ловелл. Этот американец получил прекрасное образование в Гарварде, в равной степени овладев математикой, астрономией и гуманитарными предметами. Но, как отпрыск родовитого семейства, он скорее стал бы дипломатом, писателем или путешественником, чем астрономом. Однако, прочитав работы Скиапарелли о каналах, он увлекся Марсом и поверил в существование жизни и цивилизации на нем. В общем, он забросил все прочие дела и занялся изучением Красной планеты.

На деньги своего богатого семейства Ловелл построил обсерваторию и начал рисовать каналы. Заметим, что фотография тогда была в зачаточном состоянии, а глаз опытного наблюдателя способен заметить мельчайшие детали в условиях атмосферной турбулентности, искажающей изображения далеких объектов. Карты марсианских каналов, созданные в Ловелловской обсерватории, были самыми детальными. К тому же, будучи хорошим литератором, Ловелл написал несколько занимательнейших книг – «Mars and its canals» (1906), «Mars as the abode of life» (1908) и др. Только одна из них была переведена на русский язык еще до революции: «Марс и жизнь на нем» (Одесса: Матезис, 1912). Эти книги увлекли целое поколение надеждой встретить марсиан. Зима – полярная шапка огромная, а каналов не видно. Лето – шапка растаяла, вода потекла, каналы появились. Они стали видны издалека, поскольку по берегам каналов зазеленели растения. Убедительно?

Следует признать, что история с марсианскими каналами так и не получила исчерпывающего объяснения. Есть старые рисунки с каналами и современные фотографии – без них (рис. 4.44). Где каналы?

Что это было? Заговор астрономов? Массовое помешательсто? Самовнушение? Трудно упрекнуть в этом ученых, отдавших жизнь науке. Возможно, разгадка этой истории ждет нас впереди.

А сегодня мы изучаем Марс, как правило, не в телескоп, а при помощи межпланетных зондов (хотя и телескопы до сих пор используются для этого и порой приносят важные результаты). Полет зондов к Марсу осуществляется по самой энергетически выгодной полуэллиптической траектории (см. рис. 3.7). С помощью третьего закона Кеплера легко вычислить длительность такого перелета. Из-за большого эксцентриситета марсианской орбиты время перелета зависит от сезона запуска. В среднем полет с Земли на Марс длится 8–9 месяцев.

Можно ли отправить пилотируемую экспедицию на Марс? Это большая и интересная тема. Казалось бы, для этого нужны лишь мощная ракета-носитель и удобный космический корабль. Достаточно мощных носителей пока ни у кого нет, но над ними работают американские, российские и китайские инженеры. Можно не сомневаться, что такая ракета в ближайшие годы будет создана государственными предприятиями (например, наша новая ракета «Ангара» в своем самом мощном варианте) или частными компаниями (Илон Маск – почему бы и нет).

А существует ли корабль, в котором космонавты проведут многие месяцы по пути к Марсу? Пока такого нет. Все существующие («Союз», «Шэньчжоу») и даже проходящие испытания (Dragon V2, CST-100, Orion) – очень тесные и пригодны лишь для полета на Луну, куда всего три дня пути. Правда, есть идея после взлета надувать дополнительные помещения. Осенью 2016 г. надувной модуль был испытан на МКС и неплохо себя показал.

Рис 4.45. Годовые дозы облучения (в бэр), которые получит человек на различном расстоянии от Земли.

Таким образом, техническая возможность перелета на Марс скоро появится. Так в чем же проблема? В человеке! На рис. 4.45 указана годовая доза облучения человека фоновой радиацией в разных местах – на уровне моря, в стратосфере, на околоземной орбите и в открытом космосе. Единица измерения – бэр (биологический эквивалент рентгена). Мы постоянно подвергаемся облучению естественной радиоактивностью земных пород, потоками космических частиц или искусственно созданной радиоактивностью. У поверхности Земли фон слаб: нас защищают, прикрывая нижнюю полусферу, магнитосфера и атмосфера планеты, а также ее тело. На низкой околоземной орбите, где работают космонавты МКС, атмосфера уже не помогает, поэтому радиационный фон возрастает в сотни раз. В открытом космосе он еще в несколько раз выше. Это существенно ограничивает длительность безопасного пребывания человека в космосе. Отметим, что работникам атомной промышленности запрещается в год получать больше 5 бэр – это почти безопасно для здоровья. Космонавтам в год разрешают получать до 10 бэр (приемлемый уровень опасности), что и ограничивает длительность их работы на МКС одним годом. А полет на Марс с возвращением на Землю в лучшем случае (если не произойдет мощных вспышек на Солнце) приведет к дозе в 80 бэр, что обусловит большую вероятность онкологического заболевания. Именно это и есть главное препятствие для полета человека на Марс.

Рис 4.46. Возможно, так будет выглядеть корабль для полета на Марс (проект «Inspiration Mars»).

Можно ли защитить астронавтов от радиации? Теоретически – можно. На Земле нас защищает атмосфера, толщина которой по количеству вещества на 1 см² эквивалентна 10-метровому слою воды. Легкие атомы лучше рассеивают энергию космических частиц, поэтому защитный слой космического корабля может иметь толщину 5 метров. Но даже в тесном корабле масса этой защиты будет измеряться сотнями тонн. Отправить такой корабль к Марсу не под силу современной и даже перспективной ракете.

Ну хорошо, допустим, нашлись добровольцы, готовые рискнуть своим здоровьем и отправиться на Марс в одну сторону без радиационной защиты. Смогут ли они после посадки там работать? Можно ли рассчитывать, что они выполнят задание? Вспомните, как космонавты, проведя полгода на МКС, чувствуют себя сразу после посадки на землю: их выносят на руках, кладут на носилки, и две-три недели они реабилитируются, восстанавливая крепость костей и силу мышц. А на Марсе их никто на руках не вынесет. Там нужно будет самостоятельно выходить и работать в тяжелых пустотных скафандрах, как на Луне: ведь давление атмосферы на Марсе практически нулевое. Скафандр очень тяжелый. На Луне двигаться в нем было относительно легко, поскольку сила тяжести там составляет 1∕6 земной, а за три дня полета к Луне мышцы не успевают ослабнуть. На Марс же космонавты прибудут, проведя многие месяцы в условиях невесомости и радиации, а сила тяжести на Марсе в 2,5 раза больше лунной. К тому же и на самой поверхности Марса радиация почти такая же, как в открытом космосе: магнитного поля у Марса нет, и атмосфера у него слишком разреженная, чтобы служить защитой. Так что кинофильм «Марсианин» – это фантастика, очень красивая, но нереальная.

Как мы себе раньше представляли марсианскую базу? Прилетели, поставили на поверхности лабораторные модули, живем в них и работаем. А теперь вот как: прилетели, окопались, соорудили убежища на глубине минимум 2–3 метра (это достаточно надежная защита от радиации) и стараемся пореже и ненадолго выходить на поверхность. В основном сидим под грунтом и управляем работой марсоходов. Ну так ведь ими и с Земли можно управлять, даже еще эффективнее, дешевле и без риска для здоровья. Что и делается уже несколько десятилетий.

О том, что узнали о Марсе роботы, – в следующей лекции.

5. История открытий на Марсе

Запуски космических аппаратов к Марсу начались с 1962 г. Но лишь в 1965 г. мы увидели первые фотоснимки марсианской поверхности с близкого расстояния, переданные аппаратом «Mariner-4» (NASA), пролетевшим мимо. И тех, кто ожидал, что Марс – благоприятное для жизни место, эти изображения «немного» разочаровали: поверхность на первый взгляд напоминает лунную и не обещает никаких перспектив. Метеоритных кратеров на Марсе оказалось много по двум причинам. Одна из них – слабая эрозия, потому что дождей там последний миллиард лет не было, ветер не особенно сильный, так что кратеры сохраняются долго. Да и метеориты падают чаще, потому что Марс находится на внутреннем краю Главного пояса астероидов.