Путь «Оппортьюнити»

На фото — западная часть марсианского кратера Индевор, которая попала в объектив панорамной камеры марсохода «Оппортьюнити» летом 2015 года. На пустынной местности Марса хорошо видны следы от его колес — самые удаленные из тех, что видно на фото, находятся на расстоянии более 700 метров. 13 февраля, после очередной неудачной попытки связаться с марсоходом, NASA объявило о завершении его миссии. «Оппортьюнити» провел на Марсе больше 15 лет и успел совершить за это время немало важных открытий.

Сегодня нам известно достаточно много о геологической истории Марса. Некоторые свидетельства — например, грязевые трещины, русла рек и минералы, образующиеся в присутствии воды, — указывают на то, что когда-то в прошлом он мог быть вовсе не безжизненным враждебным миром, и что на его поверхности существовала жидкая вода. Воду, правда уже в замерзшем виде, находят на Красной планете и сейчас — это и подповерхностные озера, и холодные ловушки (см. картинку дня Лед в кратере Королёв), и полярные шапки. Однако 15 лет назад многие из этих открытий еще только предстояло совершить.

В 1996 году группа ученых сообщила, что метеорит, предположительно пришедший с Марса, содержит следы древних микробов. Находка указывала на возможность прошлой или даже настоящей жизни на планете и, само собой, подогрела интерес со стороны научного сообщества. Так как на Земле одним из главных компонентов жизни является вода, именно она стала ключом к пониманию истории Марса и именно ее поиск стал одной из основных задач последующих миссий к этой планете.

Места приземления марсоходов «Оппортьюнити» и «Спирит», а также их предшественников: «Викинга-1» и «Викинга-2» (1976 год, запад равнины Хриса и равнина Утопия), станции Mars Pathfinder и первого марсохода «Соджорнер» (1997 год, долина Арес), советского спускаемого аппарата «Марс-3» (1971 год, первая в мире мягкая посадка на Марс, кратер Птолемея), посадочного модуля «Бигль-2» (2003 год, равнина Исидис). Карта с сайта spaceodyssey.dmns.org

Марсоход «Оппортьюнити» — часть программы Mars Exploration Rover. Он и его близнец марсоход «Спирит» были отправлены к Марсу летом 2003 года («Спирит» — 10 июня, «Оппортьюнити» — 7 июля) и должны были помочь планетологам ответить сразу на несколько фундаментальных вопросов: как выглядел Марс в прошлом? существовала ли на его поверхности жидкая вода? какие процессы сформировали ландшафт планеты? В январе 2004 года оба аппарата успешно достигли поверхности Марса: «Спирит» сел в кратере Гусева, «Оппортьюнити» — на плато Меридиана. Места посадки разнесены по долготе примерно на 180 градусов — аппараты работали практически в диаметрально противоположных точках поверхности Марса.

На снимке плато Меридиана, полученном «Оппортьюнити» 28 января 2004 года, можно увидеть необычные формы рельефа, которые могут быть отложениями вулканического пепла или частицами остаточных пород, переносимыми водой или ветром. Высота этих камней составляет всего 10 сантиметров. Фото с сайта mars.nasa.gov

Предполагалось, что марсоходы-близнецы проработают на поверхности планеты всего 90 солов (так называются марсианские сутки, их продолжительность примерно 24 часа 39 минут 35,24 секунд). Однако «Спирит» продержался 2210 солов (в 21 раз дольше запланированного срока), а «Оппортьюнити» вообще стал самым долгоживущим аппаратом из работавших на Марсе.

«Оппортьюнити» проработал на поверхности Марса более 14 лет. За 5148 солов — именно столько ученые поддерживали контакт с ровером — он успел проехать 45 километров и получить больше 217 тысяч снимков. «Спирит» проработал около 6 лет, проехал почти 8 километров и передал на Землю 125 тысяч снимков. Рисунок с сайта mars.nasa.gov

Набор научных инструментов на роверах был довольно скромным: панорамная и навигационные камеры, камера для макросъемки, несколько спектрометров (MINI-TES, MIMOS II и APXS для детального анализа минералов), шлифовальный резец для получения образцов пород и магниты для сбора частиц с высоким содержанием железа. Тем не менее, это не помешало марсоходам получить огромное количество важной информации о планете. Благодаря программе Mars Exploration Rover исследователи смогли изучить климат Марса, изменения прозрачности его атмосферы, пылевые бури, геологию, а также понять, каким он был в далеком прошлом.

Миссия «Оппортьюнити» началась в кратере Игл — крайне удачном, как оказалось, месте. По всему кратеру разбросаны обнаженные горные породы, а почва представляет собой смесь крупных серых и мелких красноватых зерен. Проработав там несколько месяцев, марсоход отправился к кратеру Фрам, на окраине которого обнаружил темно-серые шарики гематита, которые ученые прозвали «черникой». Эти шарики намного меньше земных ягод (их диаметр от 100 мкм до 6 мм) и состоят в основном из оксида железа.

Мессбауэровский спектрометр MIMOS II показал, что «черника» совсем не похожа на соседние камни. На Земле зерна гематита обычно образуются во влажной среде, поэтому была выдвинуто предположение, что некогда на поверхности Марса текла богатая железом кислотная вода. Другие версии объясняют появление этих «ягод» падением метеорита или извержением вулкана. Несмотря на то, что с момента открытия прошло уже почти 15 лет, единогласия в вопросе происхождения зерен гематита пока что нет.

Марсианская «черника» — небольшие зерна гематита. Этот снимок «Оппортьюнити» сделал проезжая мимо кратера Фрам на пути к кратеру Эндюранс. Большая часть гематита, наличие которого на поверхности планеты было обнаружено еще до посадки «Оппортьюнити», существует именно в такой форме. Фото с сайта planetary.org

Спустя год «Оппортьюнити» сделал еще одно значимое открытие. Завершив исследование кратера Эндюранс, где он находился с июня по декабрь 2004 года, марсоход направился к новой цели. По пути он случайно обнаружил железно-никелевый метеорит размером с баскетбольный мяч, который получил неофициальное название Heat Shield Rock. Он стал первым метеоритом, найденным на другой планете и третьим, найденным на другом небесном теле.

С помощью панорамной камеры «Оппортьюнити» на 339-й сол получил изображение метеорита Heat Shield Rock, который позже получил официальное название «метеорит Плато Меридиана». Метеорит был обнаружен совершенно случайно — он лежал вблизи остатков жаропрочного щита (который и дал первое неофициальное название метеориту), защищавшего марсоход от перегрева при прохождении сквозь атмосферу Марса. Фото с сайта photojournal.jpl.nasa.gov

Данные спектрометра альфа-частиц показали, что метеорит на 93% состоит из железа, на 7% — из никеля, а также имеет небольшие примеси германия и галлия. Его поверхность была покрыта характерными небольшими выемками, которые возникают при прохождении через атмосферу. Впоследствии «Оппортьюнити» нашел еще несколько похожих железных метеоритов (Block Island, Ireland, Mackinac, Oilean Ruaidh и Shelter Island). Интересно, что на Земле каменные метеориты (хондриты) обычно находят чаще, чем железные, однако на Марсе ситуация обратная. Ученые связывают это с тем, что последние более устойчивы к процессам эрозии, происходящим на планете (в частности, влиянию ветра и холода).

Стоит сказать, что в этой миссии не всё шло гладко. Например, почти сразу после посадки «Оппортьюнити» столкнулся с первыми трудностями. Уже на второй сол обогреватель, находящийся в суставе его роборуки (манипулятора), вышел из строя в режиме «включено», что повысило энергопотребление и было чревато риском перегрева. К счастью, проблем избежать помог встроенный предохранительный механизм, работающий по принципу термостата: когда сустав «Оппортьюнити» слишком нагревался, он автоматически распрямлял манипулятор и временно отключал обогреватель. Более серьезные проблемы настигли марсоход в 2008 году, когда двигатель, отвечающий за развертывание манипулятора, внезапно остановился. Ученые предприняли несколько попыток «распрямить» роборуку, и, хотя операция удалась, «Оппортьюнити» с тех пор стал ездить с развернутым манипулятором.

Компьютерная модель марсохода «Оппортьюнити». Спереди виден его манипулятор. Рисунок с сайта en.wikipedia.org

В 2005 году c конца апреля по июнь «Оппортьюнити» застрял в дюне сразу несколькими колесами и не мог двигаться. В NASA построили макет местности и долго тренировались на двойнике марсохода, после чего, двигая марсоход буквально по сантиметрам, его удалось освободить. В 2006 году инженеры NASA загрузили на бортовой компьютер «Оппорьюнити» программу Field D-star, которая позволила роверу планировать свои передвижения заранее, а не просто реагировать на неожиданно возникшее препятствие, отъезжая назад и пытаясь его объехать. В 2007 году после еще одного обновления программного обеспечения оба марсохода стали более самостоятельными: например, они смогли сами выбирать, какие изображения передать на Землю и в какой момент протянуть манипулятор для анализа камней.

В конце сентября 2006 года марсоход достиг кратера Виктория и начал исследование его края. Здесь «Оппортьюнити» обнаружил следы водной активности: из переданных им данных следовало, что вода неоднократно появлялась и исчезала в этом месте миллиарды лет назад. На это указали все те же «ягоды» гематита, которые обнаружились в камнях, выброшенных наружу из-за падения метеорита. Интересно, что размер гематитовых зерен на глубине был больше, чем у тех, что находили на поверхности: вероятно, активность грунтовых вод была выше в недрах планеты.

В 2011 году, когда «Оппортьюнити» добрался до кратера Индевор, он сделал еще одно знаковое открытие. Марсоход увидел светлую минеральную жилу в породе, состоящую из гипса, возможно нанесенного водой.

Эти отложения гипса (гидрата сульфата кальция), вероятно, образовались, когда вода протекала через подземные трещины в скалах, оставляя отложения кальция. Ученые предполагают, что сульфат кальция мог сформироваться в условиях более нейтральных, чем высококислотные условия, на которые указывают другие месторождения сульфатов, исследованные «Оппортьюнити». Если эта гипотеза верна, то водная среда в кратере Индевор была менее враждебна для жизни. Фото с сайта mars.nasa.gov

До этого речь шла о свидетельствах наличия на Марсе воды с высокой кислотностью. Но там же в кратере Индевор «Оппортьюнити» обнаружил и признаки существования пресной воды — это был древний камень, который мог образоваться в первый миллиард лет после формирования планеты. После того, как марсоход почистил его от пыли с помощью специальной щетки и «просветил» рентгеновским спектрометром APXS, выяснилось, что в этом камне преобладают алюминий и кремний, а кальция и железа в нем меньше, чем в других изученных породах. Его состав оказался схож с монтмориллонитом, глинистым минералом, относящимся к подклассу слоистых силикатов, а на Земле такие минералы формируются в присутствии воды с низкой кислотностью.

За 15 лет работы «Оппортьюнити» изучил более сотни ударных кратеров разных размеров. Благодаря этим данным ученые смогли понять, как они формируются и меняются под влиянием эрозии.

24 марта 2015 года на 3 968 сол своего пребывания на Марсе «Оппортьюнити» преодолел марафонскую дистанцию, побив рекорд дальности перемещения по поверхности внеземных тел, установленный советским «Луноходом-2» за 42 года до этого. Район, где находился марсоход в тот момент, назвали Марафонской долиной. Фото с сайта jpl.nasa.gov

В мае 2017 года «Оппортьюнити» достиг долины Настойчивости и начал исследовать ее происхождение. Спустя год марсоход, находившийся всё в том же районе, попал в пылевую бурю, которая вскоре охватила всю планету. Прозрачность марсианской атмосферы резко упала и космический аппарат, получающий питание от солнечных батарей, автоматически перешел в режим энергосбережения. Марсоход перестал контактировать с Землей 10 июня 2018 года. Периодически он должен был пробуждаться, чтобы проверить, не начали ли его батареи снова вырабатывать достаточное количество энергии, но видимо, их слишком сильно занесло пылью. Возможно также, что из-за низких температур и отсутствия обогрева из строя вышли аккумуляторы марсохода.

Селфи, сделанное «Оппортьюнити» в 2012 году. Видно, что уже тогда на солнечных батареях скопилось много пыли. Фото с сайта mars.nasa.gov

Как бы то ни было, последняя попытка связаться с «Оппортьюнити» была предпринята 13 февраля 2019 года. В общей сложности ему было отправлено 835 пакетов команд в попытках перезагрузить компьютер и восстановить его работоспособность. Потерпев очередную неудачу, специалисты NASA решили, что вероятность получения сигнала от «Оппортьюнити» слишком мала и объявили о завершении этой миссии.

Фото с сайта mars.nasa.gov.

Кристина Уласович