http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=0efb2c23-cc2b-4270-8f20-ea7667434cb3&print=1© 2024 Российская академия наук
Несколько столетий астрономы всего мира наблюдали и изучали ближайшего соседа Земли. И в самом начале XXI века их усилия увенчались успехом - на Марсе найдена вода! Много ли ее? Где именно она находится? Какие последствия может иметь это открытие? На вопросы нашего корреспондента отвечает заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии Института космических исследований РАН доктор физико-математических наук Игорь Митрофанов.
- Повышенный интерес к Марсу возник еще в конце XIX века, когда методами оптических наблюдений на его поверхности обнаружили так называемые каналы, сложнейшая сеть которых покрывала огромные территории, - рассказывает Игорь Георгиевич. - И многие известные ученые начала ХХ века всерьез считали, что на красной планете существует не только жизнь, но и развитая цивилизация. У меня есть вырезка из газеты New York Times того времени, где говорится, что марсиане за текущий год построили столько новых каналов, что, судя по всему, намного опережают землян в плане строительства. Я считаю, что бытовавшее в то время представление о наличии активной жизни на Марсе способствовало развитию астрономии в ХХ веке и приблизило эру космических полетов.
Следующий этап в изучении Марса начался в 1960-1970-е годы, когда к нему полетели автоматические станции. И тогда же выяснилось, что никакой разумной жизни там нет. А есть сильные пылевые бури, иногда создающие узор на поверхности, который с очень большого расстояния может напоминать сеть каналов. Тем не менее в атмосфере обнаружили небольшое количество водяного пара, а на полюсах - полярные шапки изо льда с примесью замерзшей углекислоты. Кроме того, с борта орбитальных аппаратов сфотографировали множество высохших русел. Но самое главное - благодаря последующим исследованиям красной планеты к настоящему времени установлено, что молодой Марс очень напоминал Землю. Был достаточно теплым, обладал плотной атмосферой, на его поверхности текли реки и шумели моря, и он имел собственное магнитное поле.
- На каком основании ученые пришли к такому необычному выводу?
- Собрано огромное количество разнообразных “улик”, и все они свидетельствуют об этом. Приведу только некоторые из них. Посмотрим на гигантские высохшие русла. Это ведь не эпизодические промоины, а результат длительного воздействия потоков, имеющих протяженность до тысячи километров. Часто, глядя на ландшафт в окрестности такого русла, можно в общих чертах восстановить историю его формирования, которая иногда бывает, например, такой. Сначала в древнюю реку упал огромный метеорит и, образовав гигантский ударный кратер, перегородил ее. Затем река его размыла, изменив при этом свое русло, но продолжая течь дальше. А в кратере впоследствии накопилось целое озеро. Были обнаружены береговые линии древних океанов и найдены минералы, которые могли образоваться только в присутствие воды. Это свидетельствует еще и о том, что древний Марс был достаточно теплым и имел плотную атмосферу, без которой все его водные резервуары быстро бы испарились. Кроме того, измерения намагниченности пород показали, что они сформировались в условиях существования сильного планетарного магнитного поля.
- Что же потом случилось с этим оазисом?
- На этот вопрос точного ответа пока нет. Но наиболее правдоподобной выглядит следующая версия. Примерно 3,5-4 миллиарда лет назад по какой-то причине иссяк источник энергии, заставляющий циркулировать мощные электрические токи внутри Марса, вследствие чего он лишился магнитного поля. А потеряв его, наш сосед не смог сохранить атмосферу и из-за последующего за этим изменения климата превратился в сухую холодную пустыню.
- Как магнитное поле “охраняет” планету?
- Когда солнечный ветер, состоящий из плазмы заряженных частиц, налетает с огромной скоростью на Землю, то первым делом ударяется в магнитосферу. Затем он, словно поток жидкости, обтекает ее по силовым линиям, не в силах проникнуть вглубь, где “спрятан” наш воздух. Соответственно, когда у Марса пропало магнитное поле, солнечный ветер стал постепенно “обдирать” его атмосферу, унося драгоценные молекулы в космическое пространство. Эта трагедия происходила примерно 3-3,5 миллиарда лет назад. После чего температура и давление на красной планете стали такими, что вода там уже не могла существовать в жидком виде: она либо замерзала, либо превращалась в пар. К концу ХХ века общее научное мнение было таково: реки, моря, океаны на Марсе испарились и, как результат, были потеряны вместе с остальной атмосферой. Сохранились лишь ничтожные запасы льда в виде полярных шапок. Но не все ученые разделяли это мнение. Поэтому неоднократно предпринимались попытки найти исчезнувшую воду, которая могла, замерзнув, спрятаться под поверхностью в зоне вечной мерзлоты.
- Каким образом можно ее обнаружить в глубине грунта?
- Уже в 1970-1980-е годы ученые понимали, что для исследования химического состава поверхностей Меркурия, Луны и Марса необходимо направить к ним ядерные детекторы - приемники нейтронов и гамма-излучения. Вот вкратце суть этого метода. Вся Солнечная система буквально пронизана космическими лучами, состоящими, в основном, из высокоэнергичных протонов, прилетающих к нам со всех сторон из самых отдаленных уголков космического пространства. Если на планете нет атмосферы или она очень разреженная, то эти частицы на высокой скорости врезаются в ее поверхность и, встретив на своем пути ядро какого-нибудь атома, раскалывают его на части. При этом образуется большое число так называемых вторичных нейтронов, которые начинают двигаться внутри грунта, постепенно теряя свою энергию. Дальнейшая судьба их - разная. Некоторые, блуждая, уходят в глубь планеты и там распадаются. Другие после многократных столкновений с атомными ядрами возвращаются обратно на поверхность и улетают в открытый космос. Во время столкновения нейтрон может возбудить ядро какого-нибудь атома, передав ему часть своей энергии. Возбужденное ядро возвращается затем в свое основное состояние, испуская при этом гамма-квант - частичку света, подобную видимому, но только в миллионы раз более мощную. Исследовав с космического аппарата, летающего вокруг Марса, спектральный состав нейтронов и гамма-лучей, испускаемых его поверхностью, мы словно по отпечаткам пальцев можем определить процентное содержание всех химических элементов, находящихся на глубине один-два метра. Сейчас этот метод успешно применяется, и можно говорить о возникновении новой космической науки - ядерной планетологии.
- Когда начались поиски воды?
- В конце 1990-х годов американцы решили выполнить большую программу по исследованию Марса, предварительно распределив объем работ на три небольших аппарата и предложив нам принять участие в проекте. Нашей лабораторией специально для этого был разработан, создан и испытан прибор HEND - детектор нейтронов высокой энергии. Это целиком российское изделие, сделанное на российские деньги от имени Федерального российского космического агентства в рамках сотрудничества с NASA. В 2001 году наш прибор был установлен на аппарате “Марс-Одиссей” и в апреле того же года отправился в путь к красной планете. На “Одиссее” также находились детектор нейтронов Лос-Аламосской национальной лаборатории, который исследовал их спектральный состав в другом диапазоне энергий, чем HEND, и германиевый гамма-спектрометр, сделанный в Университете штата Аризона в Тусане. Все эти три прибора взаимопроверяли и взаимодополняли друг друга.
- Где и в каком количестве они обнаружили воду?
- По результатам исследований, которые мы начали весной 2002 года и продолжаем до настоящего времени, было выяснено, что в метровом слое вещества всей поверхности Марса выше 60о северной и южной широты присутствует большое количество водяного льда (от 20% до 50% по массе). Более того, из проделанных расчетов следует, что и по всей остальной территории, только на большей глубине, также может находиться замерзшая вода. Получается, что Марс, потеряв магнитное поле и атмосферу, все-таки сохранил свои громадные запасы воды, спрятав их под холодной поверхностью. Поэтому можно предположить, что на большой глубине, там, где вечная мерзлота прогрета теплом, идущим от недр планеты, может присутствовать вода в жидком виде.
- Игорь Георгиевич, какое значение имеет это открытие?
- Во-первых, оно поможет нам воссоздать историю Марса и таким образом лучше понять эволюцию планет земной группы Солнечной системы. В частности, решить проблему происхождения Земли. Во-вторых, как я уже говорил, ранний Марс был очень похож по климатическим условиям на раннюю Землю, на которой в то далекое время уже зародилась примитивная жизнь. Поэтому с большой долей вероятности можно предположить, что и на красной планете четыре миллиарда лет назад существовали живые организмы. В дальнейшем они могли, постепенно приспосабливаясь к изменяющимся условиям, дожить даже до наших дней, сохранившись глубоко под поверхностью, там, где есть жидкая вода. Открытие внеземной формы жизни, безусловно, начнет новую эпоху в развитии естествознания. Конечно, найти что-либо живое на красной планете представляется маловероятным, но уже огромным успехом было бы обнаружение следов древней жизни.
- Расскажите о ваших планах на будущее.
- В 2009 году американцы планируют доставить на красную планету марсоход “Марсианская научная лаборатория” размером с небольшой автомобиль. На нем установят наш прибор DAN для нейтронно-активационного анализа водорода в грунте. Сейчас он изготавливается в нашем институте по заказу Федерального космического агентства. В состав этого прибора входит нейтронный генератор, разработанный во Всероссийском институте автоматики им. Н.Л.Духова, который генерирует поток нейтронов в импульсном режиме - 10 миллионов частиц за две-три микросекунды. Зондируя ими грунт, мы сможем определить содержание водорода в нем (в виде воды или гидроксила) и оценить глубину залегания водосодержащих минералов. Запуск космического корабля “Марсианская научная лаборатория” планируется в октябре 2009 года с мыса Канаверал. Этот проект, в котором примут участие российские ученые, начнет новый, очень интересный этап в исследованиях Марса - подготовку к доставке на Землю образцов марсианского грунта.