Технические ограничения

Текущее состояние космических технологий, включая двигательные установки, навигацию, ресурсы и хранение данных, накладывает ограничения на развитие пилотируемых космических полётов в ближайшем будущем.

Расстояния

Астрономическая величина расстояния между Землёй и ближайшими звёздами является серьёзным препятствием для современного развития космических исследований. При текущей максимальной скорости 70,2 км/с зонд «Гелиос-2» доберётся до ближайшей звезды Проксима Центавра примерно за 18 000 лет, что намного дольше, чем продолжительность жизни человека, и поэтому требует гораздо более быстрых способов передвижения, чем те, что доступны в настоящее время. Эта максимальная скорость была достигнута благодаря эффекту Оберта, при котором космический аппарат ускорялся за счёт комбинации гравитации Солнца и собственной двигательной установки. Самая высокая скорость, с которой можно покинуть Солнечную систему, была у «Вояджера-1» — 17 км/с.

Двигательная установка и топливо

Плазменный двигатель VASIMR

С точки зрения силовой установки, основная проблема заключается в старте и начальном импульсе, поскольку в космическом вакууме нет трения. В зависимости от целей миссии, включая такие факторы, как расстояние, нагрузка и время полёта, тип силовой установки, который используется, планируется к использованию или разрабатывается, варьируется от химических топлив, таких как жидкий водород и окислитель (главный двигатель космического челнока), до плазмы или даже наночастиц. Другой двигательной установкой, которую можно использовать, является ионная двигательная установка.

Схема перспективного ядерного двигателя деления

Что касается будущих разработок, то теоретические возможности ядерных двигателей были проанализированы более 60 лет назад, такие как ядерный синтез (проект «Дедал») и ядерный импульсный двигатель (проект «Лонгшот»), но с тех пор НАСА прекратило практические исследования в этой области. Что касается более спекулятивных теорий, то теоретический двигатель Альcubierre представляет собой математическое решение для путешествий со скоростью, превышающей скорость света, но для этого потребуется масса-энергия Юпитера, не говоря уже о технических проблемах.

Человеческие ограничения

Человеческий фактор в пилотируемых космических полётах добавляет определённые физиологические и психологические проблемы и ограничения к будущим возможностям освоения космоса, наряду с проблемами хранения и жизнеобеспечения, а также массой и объёмом.

Физиологические проблемы

Перепады гравитации негативно влияют на ориентацию, координацию и равновесие. Без постоянной гравитации кости страдают от остеопороза из-за отсутствия нагрузки, и их минеральная плотность снижается в 12 раз быстрее, чем у среднестатистического пожилого человека. Без регулярных физических упражнений и питания может ухудшиться состояние сердечно-сосудистой системы и снизиться мышечная сила. Обезвоживание может привести к образованию камней в почках, а постоянный гидростатический потенциал в условиях невесомости может привести к смещению жидкостей в организме вверх и вызвать проблемы со зрением.

Кроме того, без окружающего Землю магнитного поля в качестве щита солнечное излучение оказывает гораздо более сильное воздействие на биологические организмы в космосе. Воздействие может включать в себя повреждение центральной нервной системы (нарушение когнитивных функций, снижение двигательных функций и возможные изменения в поведении), а также вероятность дегенеративных заболеваний тканей.

Психологические проблемы

Биосфера 2 – тепличная среда обитания

По данным НАСА, изоляция в космосе может оказывать пагубное влияние на психику человека. Согласно результатам социальных экспериментов НАСА, поведенческие проблемы, такие как низкий моральный дух, перепады настроения, депрессия и снижение межличностных взаимодействий, нерегулярный режим сна и усталость, возникают независимо от уровня подготовки. Самым известным из них, «Биосфера-2», был эксперимент, проводившийся в 1990-х годах в течение 2 лет с участием 8 человек, в попытке изучить потребности человека и его выживание в изолированной среде. В результате были отмечены напряжённые межличностные отношения и отстранённое поведение, в т. ч. ограничение и даже прекращение контактов между членами экипажа, а также неспособность поддерживать систему рециркуляции воздуха и запасы продовольствия.

Ресурсы и жизнеобеспечение

Учитывая возможность длительных миссий с экипажем в будущем, хранение и пополнение запасов продовольствия являются важными ограничениями. С точки зрения хранения, по оценкам НАСА, для 3-летней миссии на Марс потребуется около 24 тысяч фунтов (11 т) продовольствия, большая часть которого будет в виде предварительно приготовленных обезвоженных блюд весом около 1,5 фунтов (0,68 кг) на порцию. Свежие продукты будут доступны только в начале полёта, поскольку не будет холодильных систем. Относительно большой вес воды является ограничением, поэтому на Международной космической станции (МКС) потребление воды на человека ограничено 11 литрами (2,9 галлона США) в день по сравнению со средними 132 литрами (35 галлонами США) у американцев.

Система выращивания растений на МКС и красный салат-латук

Что касается пополнения запасов, то были предприняты усилия по переработке, повторному использованию и производству, чтобы сделать хранение более эффективным. Вода может быть получена в результате химических реакций водорода и кислорода в топливных элементах, а также разрабатываются и будут продолжать разрабатываться методы выращивания овощей в условиях микрогравитации. Салат-латук уже успешно выращивается в «системе выращивания овощей» на МКС и употребляется в пищу астронавтами, хотя крупномасштабное выращивание по-прежнему нецелесообразно из-за таких факторов, как опыление, длительные периоды роста и отсутствие эффективных посадочных подушек.

Разработка искусственного интеллекта и роботизированных космических аппаратов

Идея использования высокоуровневых автоматизированных систем для космических полетов стала желанной целью космических агентств по всему миру. Считается, что такие системы дают такие преимущества, как более низкая стоимость, меньший надзор со стороны человека и возможность исследовать более глубокие области космоса, что обычно ограничено длительной связью с людьми-контролерами. Автономность станет ключевой технологией для будущего исследования Солнечной системы, где роботизированные космические корабли часто будут находиться вне связи со своими людьми-диспетчерами.

Автономные системы

Автономность определяется тремя требованиями:

Способность самостоятельно принимать решения и выполнять их на основе информации о том, что они чувствуют в окружающем мире и в своём текущем состоянии.

Способность интерпретировать поставленную цель как список действий, которые необходимо предпринять.

Способность гибко реагировать на неудачи означает, что они могут постоянно менять свои действия в зависимости от того, что происходит в их системе и вокруг них.

В настоящее время существует множество проектов, направленных на развитие космических исследований и разработку космических аппаратов с использованием ИИ.

Автономный научный эксперимент НАСА

НАСА начало свой автономный научный эксперимент (ASE) на спутнике «Наблюдение за Землёй-1» (EO-1), который является первым спутником НАСА в рамках программы «Тысячелетие», запущенным 21 ноября 2000 г. Автономность этих спутников позволяет проводить бортовой научный анализ, перепланировать работу, обеспечить надёжное выполнение задач и диагностику на основе моделей. Снимки, полученные с помощью EO-1, анализируются на борту и передаются на Землю при возникновении изменений или интересных событий. Программное обеспечение ASE успешно предоставило более 10 000 научных изображений. Этот эксперимент стал началом многих других, разработанных НАСА для использования ИИ в будущем космических исследований.

Советник по полетам с ИИ

Цель НАСА в рамках этого проекта – разработать систему, которая может помогать пилотам, предоставляя им экспертные советы в режиме реального времени в ситуациях, которые не рассматриваются в ходе обучения пилотов, или просто направляя мысли пилота во время полёта. Система искусственного интеллекта Flight Adviser, основанная на когнитивной вычислительной системе IBM Watson, извлекает данные из большой базы релевантной информации, такой как руководства по эксплуатации самолётов, отчёты о происшествиях и отчёты о близких к катастрофе ситуациях, чтобы давать советы пилотам. В будущем НАСА планирует внедрить эту технологию для создания полностью автономных систем, которые затем можно будет использовать для исследования космоса. В этом случае когнитивные системы будут служить основой, а автономная система будет полностью определять ход выполнения миссии даже в непредвиденных ситуациях. Однако для этого по-прежнему требуется множество вспомогательных технологий.

В будущем НАСА надеется использовать эту технологию не только в полетах на Землю, но и для будущих исследований космоса. По сути, НАСА планирует модифицировать этот AI flight Advisor для применения на больших расстояниях. В дополнение к тому, что представляет собой технология сейчас, появятся дополнительные когнитивные вычислительные системы, которые смогут принимать решения о правильном наборе действий, основываясь на непредвиденных проблемах в космосе. Однако для того, чтобы это стало возможным, по-прежнему существует множество вспомогательных технологий, которые необходимо усовершенствовать.

Стереовидение для предотвращения столкновений

В рамках этого проекта цель НАСА состоит в том, чтобы внедрить стереоскопическое зрение для предотвращения столкновений в космических системах, которые будут работать и поддерживать автономные операции в условиях полёта. Эта технология использует две камеры в своей операционной системе, которые имеют одинаковое поле зрения, но в совокупности предоставляют большой объём данных, формирующих бинокулярное изображение. Благодаря системе из двух камер исследования НАСА показывают, что эта технология может обнаруживать опасности в сельской местности и дикой природе. Благодаря этому проекту НАСА внесло значительный вклад в разработку полностью автономного БПЛА. В настоящее время Stereo Vision может сконструировать систему стереовидения, обработать визуальные данные, убедиться, что система работает должным образом, и, наконец, выполнить тесты, определяющие диапазон мешающих объектов и рельеф местности. В будущем НАСА надеется, что эта технология также сможет определять траекторию, позволяющую избежать столкновения. Ближайшая цель технологии — иметь возможность извлекать информацию из облаков точек и помещать эту информацию в исторические картографические данные. Используя эту карту, технология могла бы затем экстраполировать препятствия и особенности в стереоданных, которых нет в картографических данных. Это помогло бы в будущих космических исследованиях, когда люди не могут видеть движущиеся объекты, которые могут повредить движущийся космический корабль.

[PHOT6CENTER]

Преимущества ИИ

Автономные технологии смогут выполнять действия, выходящие за рамки заранее определённых. Они будут анализировать все возможные состояния и события, происходящие вокруг них, и предлагать безопасные решения. Кроме того, такие технологии могут снизить стоимость запуска и уменьшить участие наземных служб. Производительность также повысится. Автономность позволит быстро реагировать на непредвиденные события, особенно при исследовании дальнего космоса, когда связь с Землёй будет занимать слишком много времени. Исследование космоса может дать нам знания о нашей Вселенной, а также случайно привести к изобретениям и инновациям. Полёты на Марс и дальше могут способствовать развитию медицины, здравоохранения, увеличению продолжительности жизни, развитию транспорта и коммуникаций, которые могут найти применение на Земле.

Разработка роботизированных космических аппаратов

Энергия

Изменения в разработке космических аппаратов должны будут учитывать возросшую потребность в энергии для будущих систем. Космические аппараты, направляющиеся к центру Солнечной системы, будут оснащены усовершенствованными солнечными панелями, чтобы использовать окружающую их обильную солнечную энергию. Будущие разработки солнечных панелей направлены на повышение их эффективности при меньшем весе.

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (RTEG или RTG) – это твердотельные устройства, в которых нет движущихся частей. Они вырабатывают тепло за счет радиоактивного распада таких элементов, как плутоний, и имеют типичный срок службы более 30 лет. В будущем атомные источники энергии для космических аппаратов, будем надеяться, станут легче и прослужат дольше, чем сейчас. Они могли бы быть особенно полезны для миссий во внешнюю часть Солнечной системы, куда попадает значительно меньше солнечного света, а значит, выработка значительной мощности с помощью солнечных панелей была бы нецелесообразной.

Частный сектор и коммерциализация космического пространства

НАСА продолжает сосредотачиваться на решении более сложных проблем, связанных с освоением космоса, таких как возможности дальнего космоса и совершенствование систем жизнеобеспечения человека. С учетом сказанного, НАСА поставило задачу коммерциализации космоса перед частной космической индустрией в надежде разработать инновации, которые помогут улучшить условия жизни людей в космосе. Коммерциализация космоса в частном секторе приведет к снижению стоимости полетов, разработке новых методов поддержания жизни человека в космосе и предоставит туристам возможность совершить путешествия по низкой околоземной орбите в будущем.

Ограничения на коммерциализацию космического пространства

Для того чтобы туристы могли побывать на низкой околоземной орбите, необходимо создать условия, позволяющие людям летать или проводить время в космосе. Эти условия должны решать следующие задачи:

1. Физиологические последствия жизни в условиях микрогравитации повлияют на химический состав вашего организма и вызовут такие симптомы, как укачивание из-за потери ориентации. Долгосрочные постепенные эффекты, обусловленные временем пребывания в космосе, включают атрофию костей из-за недостаточной гравитации окружающей среды, которая ограничивает поступление минералов по всему организму.

2. Будущие обитаемые модули предназначены для эффективной транспортировки с помощью ракетных систем, что означает, что эти модули будут небольшими и тесными, что приведёт к проблемам с ограничением пространства и физиологическим изменениям в поведении, таким как клаустрофобия.

3. Пребывание на орбите Земли лишает защиты озоновый слой, который поглощает вредное излучение, исходящее от Солнца. Находясь на орбите Земли, люди подвергаются воздействию в десять раз большей радиации, чем люди, живущие на Земле. Эти радиационные воздействия могут вызывать такие симптомы, как рак кожи.

Достижения компании в области коммерциализации

Коммерциализация космического пространства

SpaceX

В 2017 г. Илон Маск объявил о разработке ракетных двигателей для перевозки людей из одного города в другой менее чем за час. Илон поставил перед компанией SpaceX задачу улучшить путешествия по всему миру с помощью многоразовых ракетных двигателей, которые будут отправлять пассажиров по суборбитальной траектории в пункт назначения.

Virgin Galactic

Компания Virgin Galactic во главе с генеральным директором сэром Ричардом Брэнсоном разрабатывает ещё один способ достижения самолётами космических высот с помощью авиационных двигателей. Космический корабль под названием SpaceshipTwo представляет собой биплан, который несёт в качестве полезной нагрузки космический корабль WhiteKnightTwo и доставляет его на крейсерскую высоту, где ракета отделяется и начинает подниматься из земной атмосферы.

Blue Origin

На веб-сайте Blue Origin рассказывается о небольшой ракете-носителе, отправляющей полезные грузы на орбиту. Цель состоит в том, чтобы снизить стоимость отправки на орбиту полезных грузов меньшего размера с будущими намерениями отправить людей в космос. Первая ступень является многоразовой, в то время как вторая ступень является расходным материалом. Ожидается, что максимальные размеры полезной нагрузки, которая будет перевезена через линию Карман, составят около 530 кубических футов.

Нью — Гленн

Компания Blue Origin, являющаяся более крупным вариантом New Shepard, стремится увеличить свои возможности по загрузке полезной нагрузки, разрабатывая ракету высотой 95 метров, способную к многоразовому полету в космос. Ожидается, что его полезной нагрузкой будут спутники или он предоставит людям возможность обозревать космос без подготовки астронавтов. Blue Origin предполагает, что многократное использование ракеты продлится 25 полетов в космос, что снизит затраты и увеличит возможность коммерческих путешествий.

Blue Moon

Лунный посадочный модуль Blue Origin спроектирован как гибкий посадочный модуль, способный доставлять на поверхность Луны как грузы, так и экипажи. Эта среда обитания обеспечит постоянное присутствие человека, предоставляя необходимые средства, такие как системы жизнеобеспечения и луноходы для раскопок и разведки окружающей лунной поверхности. Дальнейшие разработки в рамках этого проекта включают систему посадки людей, которая представляет собой съёмные жилые помещения, предназначенные для крепления и отсоединения от лунного посадочного модуля Blue Moon.

Bigelow Aerospace

Аэрокосмическая корпорация Bigelow, основанная Робертом Бигелоу, имеет штаб-квартиру в Лас-Вегасе. Научно-исследовательская компания, специализирующаяся на создании космической архитектуры, способной разместить людей и создать условия жизни, подходящие для жизни в космосе. Компания отправила два субмасштабных космических аппарата, известных как Genesis I и II, на Низкую околоземную орбиту вместе с отправкой модуля, известного как Bigelow Expandable Activity Module (BEAM), который надувается и прикрепляется к Международной космической станции. Длина модуля составляет 14 футов, и его можно надувать или сдувать для удобства транспортировки. Bigelow Aerospace работает над разработкой собственных Модулей, независимых от Международной космической станции, для отправки туристов и посетительниц.

Будущее космических исследований включает в себя как телескопические, так и физические исследования космоса с помощью космических аппаратов-роботов и пилотируемых космических полётов. Краткосрочные физические исследовательские миссии, направленные на получение новой информации о Солнечной системе, планируются и анонсируются как государственными, так и частными организациями.

Предварительные планы пилотируемых орбитальных и посадочных миссий на Луну и Марс для создания научных аванпостов позволят в дальнейшем создать постоянные и самодостаточные поселения. Дальнейшие исследования потенциально будут включать экспедиции на другие планеты и поселения на Луне, а также создание горнодобывающих и топливных аванпостов, особенно в поясе астероидов. В обозримом будущем физические исследования за пределами Солнечной системы будут проводиться с помощью роботов.

Преимущества освоения космоса

Инвестиции в освоение космоса резко изменились с 20-го века «космической гонки». Освоение космоса в конце 20-го века было обусловлено соперничеством между СССР и США за право совершить первый космический полёт. Сейчас частный сектор и национальные правительства снова инвестируют в освоение космоса. Однако на этот раз они мотивированы защитой человеческой жизни от катастрофических событий и использованием ресурсов космоса.

Космическая колонизация

Утверждается, что колонизация космоса — это способ обеспечить выживание человеческой цивилизации в случае планетарной катастрофы. Колонизация других планет позволяет рассредоточить людей и тем самым повышает вероятность выживания в случае планетарной катастрофы. Наличие дополнительных ресурсов, которые можно добывать в космосе, потенциально может расширить возможности людей и принести большую пользу обществу. Использование этих ресурсов и перенос загрязняющих окружающую среду производств в космос может сократить выбросы на Земле и в конечном итоге привести к поиску более чистых источников энергии.

Основными препятствиями для колонизации космоса являются технологические и экономические проблемы.

Многие частные компании работают над повышением эффективности космических путешествий в надежде снизить общую стоимость космических полётов и, следовательно, колонизации космоса. Компания SpaceX стала лидером в этой борьбе за эффективное освоение космоса, выпустив многоразовую ракету Falcon 9.

Космические исследования

Уникальные свойства космоса позволяют астронавтам проводить исследования, которые невозможно было бы провести на Земле, а вид Земли из космоса позволяет учёным лучше понять её природную среду. Исследования, проводимые на Международной космической станции, направлены на то, чтобы принести пользу человеческим цивилизациям на Земле и расширить знания человека о космосе и космических исследованиях. В настоящее время исследования НАСА на МКС включают биомедицинские исследования, материаловедение, развитие технологий и методы, позволяющие продолжить космические исследования.

Антигравитация и микрогравитация позволяют астронавтам проводить медицинские исследования, которые невозможно провести на Земле. Например, исследования НАСА по новым методам лечения сложных заболеваний, таких как мышечная дистрофия Дюшенна, требуют использования среды с микрогравитацией, чтобы микрочастицы в лечебном растворе оставались устойчивыми. НАСА также сообщило об инвестициях в исследования по разработке микробных вакцин и микрокапсулированию лекарств для целенаправленной и более эффективной доставки препаратов.

Беспилотные миссии

Прорывной Звездный Выстрел

Breakthrough Starshot — это научно-исследовательский и инженерный проект Breakthrough Initiatives по разработке экспериментального флота космических кораблей с солнечными парусами под названием StarChip, способных совершить путешествие к звёздной системе Альфа Центавра, находящейся на расстоянии 4,37 световых лет. Он был основан в 2016 г. Юрием Мильнером, Стивеном Хокингом и Марком Цукербергом.

Марс

Розалинда Франклин

«Розалинд Франклин», ранее известная как марсоход «ЭкзоМарс», — это планируемый роботизированный марсоход, часть международной программы «ЭкзоМарс», возглавляемой Европейским космическим агентством и российской госкорпорацией «Роскосмос».

Первоначально запуск был запланирован на июль 2020 г., но с тех пор его отложили из-за проблем с испытаниями посадочного механизма марсохода. По состоянию на май 2022 г. запуск марсохода ожидается не раньше 2028 г. из-за необходимости в новой нероссийской посадочной платформе. После безопасной посадки марсоход с солнечными батареями начнёт семимесячную (218-сол) миссию по поиску следов жизни на Марсе. Орбитальный аппарат Trace Gas Orbiter (TGO), запущенный в 2016 г., будет работать как спутник-ретранслятор данных «Розалинд Франклин»' и посадочного модуля.

Мангальян 2

Миссия «Марсианский орбитальный аппарат-2» (MOM 2), также называемая «Мангальян-2», — это вторая межпланетная миссия Индии, запланированная к запуску на Марс Индийской организацией космических исследований (ISRO). Согласно некоторым сообщениям, миссия должна была представлять собой орбитальный аппарат для Марса, запуск которого был запланирован на 2024 г. Однако в записанном в октябре 2019 г. интервью директор VSSC указал на включение посадочного модуля и марсохода. Орбитальный аппарат будет использовать аэродинамическое торможение, чтобы снизить свой начальный апоапогей и выйти на орбиту, более подходящую для наблюдений.

Астероиды

В статье, опубликованной в научном журнале Nature, предлагалось использовать астероиды в качестве отправной точки для исследования космоса, конечной целью которого является Марс. Чтобы сделать такой подход жизнеспособным, необходимо выполнить три требования: во-первых, "тщательное исследование астероидов для поиска тысяч близлежащих тел, подходящих для посещения астронавтами"; во-вторых, "увеличение продолжительности полета и дальности полета до постоянно увеличивающихся расстояний до Марса"; и, наконец, "разработка более совершенных роботизированных транспортных средств и инструментов, позволяющих астронавтам исследовать астероид независимо от его размера, формы или вращения". Кроме того, использование астероидов обеспечило бы астронавтам защиту от галактических космических лучей, а экипажи миссий смогли бы приземляться на них без большого риска радиационного облучения

Траектория космического аппарата (зелёный цвет) показана в системе отсчёта, в которой Юпитер остаётся неподвижным. Прежде чем добраться до своих троянских целей, «Люси» дважды пролетит близко от Земли. После 2033 г. «Люси» будет каждые шесть лет перемещаться между двумя троянскими облаками.

Газовые Гиганты

Прорыв на Энцеладе

Breakthrough Enceladus — это концепция космического зонда астробиологов, целью которой является изучение возможности существования жизни на спутнике Сатурна Энцеладе. В сентябре 2018 г. НАСА подписало соглашение о сотрудничестве с Breakthrough для совместного создания концепции миссии. Эта миссия станет первой частной миссией в дальний космос. Он изучил бы состав шлейфов, выбрасываемых из тёплого океана Энцелада через его южную ледяную кору. Считается, что толщина ледяной коры Энцелада составляет от двух до пяти километров, и зонд мог бы использовать радар, проникающий сквозь лёд, чтобы определить её структуру.

Космические телескопы

ПЛАТОН

«Планетарные транзиты и колебания звёзд» (PLATO) — это космический телескоп, разрабатываемый Европейским космическим агентством для запуска в 2026 г. Цели миссии – поиск планетарных транзитов у миллиона звёзд, а также обнаружение и характеристика каменистых экзопланет вокруг жёлтых карликов (таких как Солнце), субгигантов и красных карликов. Основное внимание в миссии уделяется планетам, похожим на Землю, в обитаемой зоне вокруг звёзд, похожих на Солнце, где вода может находиться в жидком состоянии. Это третья миссия среднего класса в рамках программы ESA «Космическое видение», названная в честь влиятельного греческого философа Платона, основоположника западной философии, науки и математики. Второстепенной целью миссии является изучение звёздных колебаний или сейсмической активности звёзд для измерения их массы и эволюции, а также для точной характеристики звезды-хозяина планеты, включая её возраст.

Миссии с экипажем

Космический корабль SpaceX

SpaceX Starship планируется использовать в качестве космического корабля, запускаемого в качестве второй ступени многоразовой ракеты-носителя. Эта концепция разрабатывается компанией SpaceX в рамках проекта частных космических полётов. Он разрабатывается как космический корабль для перевозки грузов и пассажиров на длительные расстояния. Хотя изначально он будет тестироваться самостоятельно, он будет использоваться для орбитальных запусков с дополнительной ступенью ускорителя, Super Heavy, где Starship будет служить второй ступенью двухступенчатой ракеты-носителя. Сочетание космического корабля и ускорителя также называется Starship.

Boeing Starliner 1

Полет Boeing Starliner 1 станет первым оперативным полетом Boeing Starliner с экипажем и первой миссией по повторному использованию космического корабля Starliner. Ожидалось, что миссия стартует не ранее декабря 2021 г. с использованием ракеты Atlas V с экипажем из четырех астронавтов, трех астронавтов НАСА и, вероятно, одного международного партнера-астронавта из Японии, Канады или Европейского космического агентства. Эта миссия станет четвертым космическим полетом США с женщиной-командиром.

Гаганьяан

Будущая миссия ISRO «Гаганьян», которая является первой индийской программой пилотируемых космических полётов, включает в себя модуль экипажа, представляющий собой полностью автономный космический корабль массой 5,3 тонны (12 000 фунтов), предназначенный для вывода на орбиту экипажа из трёх человек и безопасного возвращения на Землю после миссии продолжительностью до семи дней. Его служебный модуль массой 2,9 тонны (6400 фунтов) оснащён двигателями на жидком топливе. Его планировали запустить с помощью ракеты-носителя GSLV Mk III не ранее 2022 г. Примерно через 16 минут после старта из Космического центра имени Сатиша Дхавана (SDSC), Шрихарикота, ракета выведет космический аппарат на орбиту на высоте 300-400 км (190-250 миль) над Землёй. Перед посадкой служебный модуль и солнечные батареи будут отделены. Капсула должна была вернуться для приземления на парашюте в Бенгальском заливе.

Хотя невозможно подтвердить источник обнаруженных молекул, их обнаружение воодушевляет научную команду Curiosity по нескольким причинам.

Ранее учёные с помощью Curiosity обнаружили на Марсе небольшие простые органические молекулы, но обнаружение этих более крупных соединений стало первым доказательством того, что органическая химия достигла уровня сложности, необходимого для зарождения жизни на Марсе.

На изображении показан марсоход с роботизированной рукой и различными инструментами, видимыми на каменистой красновато-коричневой поверхности. На заднем плане — бесплодный ландшафт с разбросанными камнями и холмами под туманным небом. Слева на изображении наложена полупрозрачная панель с заголовком «Крупные органические соединения на Марсе», написанным жирным чёрным шрифтом. Под заголовком показаны три молекулярные цепи, состоящие из чёрных сфер, представляющих атомы углерода, и белых сфер, представляющих атомы водорода. Надписи указывают на «углерод» как на чёрные сферы и на «водород» как на белые сферы. На фоне панели появляется слабое круглое размытие.

На этом рисунке показаны органические молекулы с длинной цепью декан, ундекан и додекан. Это самые крупные органические молекулы, обнаруженные на Марсе на сегодняшний день. Они были обнаружены в пробуренном образце породы под названием “Камберленд”, который был проанализирован в лаборатории анализа образцов Mars lab в брюхе марсохода Curiosity НАСА. Марсоход, селфи которого находится в правой части изображения, исследует кратер Гейл с 2012 г. На фоне молекулярных цепочек едва различимо изображение скважины Камберленд.

Новое исследование также повышает вероятность того, что крупные органические молекулы, которые могут образовываться только в присутствии жизни и известны как «биосигнатуры», могут сохраниться на Марсе, что развеивает опасения, что такие соединения разрушаются после десятков миллионов лет воздействия интенсивной радиации и окисления.

По словам учёных, это открытие открывает перспективы для планов по доставке образцов с Марса на Землю для их анализа с помощью самых современных инструментов, доступных здесь.

«Наше исследование доказывает, что даже сегодня, анализируя образцы с Марса, мы могли бы обнаружить химические следы прошлой жизни, если она когда-либо существовала на Марсе», — сказала Каролин Фрейсине, ведущий автор исследования и научный сотрудник Французского национального центра научных исследований в Лаборатории атмосферы и космических наблюдений в Гианкуре, Франция.

В 2015 г. Фрейссине возглавил команду, которая впервые убедительно идентифицировала марсианские органические молекулы в том же образце, который использовался в текущем исследовании. Образец под названием «Камберленд» неоднократно анализировался с помощью SAM с использованием различных методов.

Марсоход «Кьюриосити» НАСА пробурил скалу «Камберленд» в 279-й марсианский день, или сол, работы марсохода на Марсе (19 мая 2013 г.) и собрал порошкообразный образец материала из недр скалы. С помощью камеры Mars Hand Lens Imager (MAHLI), установленной на манипуляторе марсохода, «Кьюриосити» сделал этот снимок отверстия в Камберленде в тот же день, когда оно было просверлено. Диаметр отверстия составляет около 0,6 дюйма (1,6 см). Глубина отверстия составляет около 2,6 дюйма (6,6 см).

В мае 2013 г. марсоход «Кьюриосити» пробурил образец «Камберленд» в районе «Йеллоунайф-Бей» в кратере Гейл на Марсе. Ученые были настолько заинтригованы «Йеллоунайф-Бей», которая выглядела как дно древнего озера, что отправили туда марсоход, прежде чем направиться в противоположную сторону к своей основной цели — горе Шарп, которая возвышается над дном кратера.

Обход стоил того: оказалось, что Камберленд изобилует интригующими химическими подсказками о 3,7-миллиардном прошлом кратера Гейл. Ранее учёные обнаружили, что образец богат глинистыми минералами, которые образуются в воде. В нём много серы, которая может способствовать сохранению органических молекул. В Камберленде также много нитратов, которые на Земле необходимы для здоровья растений и животных, и метана, образующегося из углерода, который на Земле связан с биологическими процессами.

Пожалуй, самое важное, что учёные установили: в заливе Йеллоунайф действительно находилось древнее озеро, в котором могли концентрироваться органические молекулы и сохраняться в мелкозернистых осадочных породах, называемых аргиллитами.

«Есть свидетельства того, что жидкая вода существовала в кратере Гейл в течение миллионов лет и, вероятно, гораздо дольше, а это значит, что в этих условиях в кратере-озере на Марсе было достаточно времени для химических процессов, необходимых для зарождения жизни», — сказал Дэниел Глэйвин, старший научный сотрудник по возвращению образцов в Центр космических полётов Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и соавтор исследования.

Недавнее открытие органических соединений стало побочным эффектом не связанного с этим эксперимента по поиску в Камберленде признаков аминокислот, которые являются строительными блоками белков. После двукратного нагревания образца в печи SAM и последующего измерения массы высвободившихся молекул команда не обнаружила признаков аминокислот. Но они заметили, что образец высвободил небольшое количество декана, ундеканона и додекана.

Поскольку эти соединения могли отделиться от более крупных молекул во время нагревания, учёные пошли от обратного, чтобы выяснить, из каких структур они могли образоваться. Они предположили, что эти молекулы были остатками жирных кислот: ундекановой, додекановой и тридекановой соответственно.

Ученые проверили свое предположение в лаборатории, смешав ундекановую кислоту с глиной, похожей на марсианскую, и проведя эксперимент, похожий на SAM. После нагревания ундекановая кислота, как и предполагалось, выделила декан. Затем исследователи обратились к экспериментам, уже опубликованным другими учеными, чтобы показать, что ундекан мог отделиться от додекановой кислоты, а додекан – от тридекановой кислоты.

Авторы обнаружили в своём исследовании ещё одну интригующую деталь, связанную с количеством атомов углерода, из которых состоят предполагаемые жирные кислоты в образце. Основой каждой жирной кислоты является длинная прямая цепь из 11-13 атомов углерода, в зависимости от молекулы. Примечательно, что в результате небиологических процессов обычно образуются более короткие жирные кислоты, содержащие менее 12 атомов углерода.

По словам учёных, возможно, что в образце из Камберленда содержатся жирные кислоты с более длинными цепями, но SAM не предназначен для обнаружения более длинных цепочек.

По словам учёных, в конечном счёте существует предел того, что они могут узнать с помощью инструментов для поиска молекул, которые можно отправить на Марс. «Мы готовы сделать следующий большой шаг и привезти образцы с Марса в наши лаборатории, чтобы разрешить спор о жизни на Марсе», — сказал Глэйвин.

Это исследование финансировалось Программой исследования Марса НАСА. Миссией научной лаборатории Curiosity на Марсе руководит Лаборатория реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии; JPL управляется Калифорнийским технологическим институтом для НАСА. SAM (Sample Analysis at Mars) был построен и протестирован в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. CNES (Французское космическое агентство) профинансировало и предоставило подсистему газового хроматографа на SAM. Чарльз Малеспин – главный исследователь СЭМА.

«Кьюриосити», участвовавший в миссии «Марсианская научная лаборатория» НАСА, был самым большим и функциональным марсоходом, когда-либо отправленным на Марс. Он был запущен в 2011 г. «Кьюриосити» должен был ответить на вопрос: существовали ли на Марсе когда-либо подходящие условия для жизни мелких форм жизни, называемых микробами? В начале своей миссии научные инструменты «Кьюриосити» обнаружили химические и минеральные свидетельства того, что в прошлом на Марсе была пригодная для жизни среда. Он продолжает изучать горные породы, образовавшиеся в то время, когда на Марсе могла существовать микробная жизнь.

Запуск / Посадка 26 ноября 2011 / 6 августа 2012

Цель: Определить, был ли Марс когда- либо способен поддерживать микробную жизнь

Место посадки: Кратер Гейл

«Кьюриосити» исследует кратер Гейла и берёт образцы горных пород, почвы и воздуха для анализа на борту. Марсоход размером с автомобиль по высоте примерно соответствует баскетболисту и использует руку длиной 2,1 метра, чтобы подносить инструменты к камням, выбранным для изучения. Большой размер «Кьюриосити» позволяет ему перевозить усовершенствованный набор из 10 научных инструментов. В его арсенале 17 камер, лазер для испарения и изучения небольших участков камней на расстоянии, а также дрель для сбора порошкообразных образцов горных пород. Он охотится за особыми камнями, которые образовались в воде и/или имеют признаки органического происхождения.

Марсоход NASA «Кьюриосити» собрал 42 образца измельчённой породы с помощью бура на конце своей роботизированной руки. На этой сетке показаны все 42 отверстия, сделанные буром при сборе образцов.

Наука

С помощью научных инструментов Curiosity были обнаружены химические и минеральные свидетельства того, что в прошлом на Марсе была пригодная для жизни среда. Он продолжает изучать горные породы того времени, когда на Марсе могла существовать микробная жизнь.

Обзор

Посадившись в кратере Гейл, научная лаборатория Mars Science Laboratory оценивает, существовала ли на Марсе когда-либо среда, способная поддерживать микробную жизнь. Определение того, была ли Красная планета пригодной для жизни в прошлом, позволяет НАСА и научному сообществу лучше понять, могла ли жизнь существовать на Красной планете, и если могла, то где её искать в будущем.

Марсоход Curiosity, принадлежащий НАСА, использовал свои чёрно-белые навигационные камеры для съёмки панорамы этой сцены в два разных времени суток. К комбинации обеих панорамы были добавлены синий, оранжевый и зелёный цвета для художественной интерпретации сцены.

Цели

Чтобы внести свой вклад в достижение четырёх научных целей исследования Марса и выполнить свою конкретную задачу по определению пригодности Марса для жизни, «Любопытство» преследует следующие научные цели:

Биологические цели

Геологические и геохимические задачи

Цели планетарного процесса

Цель поверхностного излучения

Биологические цели

1. Определить природу и количество органических соединений углерода

2. Определить количество химических элементов, из которых состоит жизнь (углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера)

3. Определить признаки, которые могут указывать на воздействие биологических процессов

Примерно через год после начала миссии на поверхности Марса, когда стало ясно, что древний Марс мог быть пригоден для жизни микроорганизмов, цели миссии MSL изменились и стали включать разработку прогностических моделей процесса сохранения органических соединений и биомолекул. Эта область палеонтологии называется тафономией. Регион, который он должен исследовать, сравнивают с регионом Четырех углов на западе Северной Америки.

Основные научные моменты

За более чем десять лет исследований «Кьюриосити» нашёл ответы на некоторые из самых сложных вопросов науки о Марсе. Это:

Свидетельства стойкого присутствия жидкой воды в прошлом

Марс – подходящий дом для Жизни

Органический углерод, обнаруженный в породах Марса

Присутствующий и активный метан в атмосфере Марса

Радиация может представлять опасность для здоровья людей

Более плотная атмосфера и больше воды в прошлом на Марсе

Исследовательские работы Curiosity

Curiosity находит свидетельства существования постоянной жидкой воды в прошлом

Сразу после посадки «Кьюриосити» обнаружил гладкие округлые камешки, которые, вероятно, катились вниз по течению по крайней мере несколько миль в реке, глубина которой составляла от лодыжек до бёдер. Когда «Кьюриосити» достиг горы Шарп, команда обнаружила, что более 300 метров скальной породы изначально образовались из ила на дне нескольких неглубоких озёр. Реки и озёра существовали в кратере Гейла, возможно, миллион лет или даже больше.

Марс – подходящий дом для Жизни

Марсоход «Кьюриосити» обнаружил, что химический состав древнего Марса был подходящим для поддержания жизни микробов. «Кьюриосити» обнаружил серу, азот, кислород, фосфор и углерод – ключевые ингредиенты, необходимые для жизни, – в образце породы, взятом из «Овечьего загона» в заливе Йеллоунайф. В образце также обнаружены глинистые минералы и не слишком много соли, что говорит о том, что когда-то там текла пресная, возможно, пригодная для питья вода.

Органический углерод, обнаруженный в породах Марса

Органические молекулы – это строительные блоки жизни, и они были обнаружены на Марсе после долгих поисков с помощью прибора Sample Analysis at Mars (SAM) в нескольких образцах, взятых с горы Шарп и окружающих равнин. Это открытие не обязательно означает, что на Марсе когда-то или сейчас есть жизнь, но оно показывает, что в какой-то момент там существовали необходимые для зарождения жизни вещества. Это также означает, что древние органические материалы могут сохраниться, чтобы мы могли распознать и изучить их сегодня.

Присутствующий и активный метан в атмосфере Марса

Перестраиваемый лазерный спектрометр в составе прибора SAM обнаружил сезонное изменение фонового уровня атмосферного метана и зафиксировал десятикратное увеличение концентрации метана в течение двух месяцев. Обнаружение метана вызывает интерес, поскольку он может вырабатываться живыми организмами или в результате химических реакций между породой и водой, например. Какой процесс вырабатывает метан на Марсе? Что вызвало кратковременное и внезапное увеличение концентрации?

Радиация может представлять опасность для здоровья людей

Во время своего путешествия на Марс Curiosity столкнулась с уровнями радиации, которые превысили бы установленный НАСА лимит для карьеры астронавтов, если бы их не экранировали. Прибор для оценки радиации (RAD) Curiosity обнаружил, что две формы излучения представляют потенциальный риск для здоровья астронавтов в глубоком космосе. Один из них – галактические космические лучи (GCRs), частицы, вызванные взрывами сверхновых и другими высокоэнергетическими событиями за пределами Солнечной системы. Другой – частицы солнечной энергии (SEP), связанные с солнечными вспышками и выбросами корональной массы с солнца. NASA будет использовать данные Curiosity для разработки миссий, которые будут безопасными для исследователей-людей.

Более плотная атмосфера и больше воды в прошлом на Марсе

Набор инструментов SAM обнаружил, что нынешняя атмосфера Марса обогащена более тяжёлыми формами (изотопами) водорода, углерода и аргона. Эти измерения показывают, что Марс потерял большую часть своей первоначальной атмосферы и запасов воды. Эта потеря произошла из-за выхода в космос через верхние слои атмосферы – процесс, который в настоящее время наблюдает орбитальный аппарат MAVEN.

***

С учетом инфляции стоимость жизненного цикла Curiosity в долларах 2020 г. составляет $3,2 млрд. Для сравнения, стоимость жизненного цикла марсохода Perseverance 2021 г. составляет $2,9 млрд.

***

Компьютеры: Два идентичных бортовых компьютера Rover, называемых Rover Compute Element (RCE), содержат защищенную от радиации память, которая выдерживает экстремальное излучение из космоса и защищает от циклов отключения питания. Компьютеры работают под управлением операционной системы реального времени VxWorks (RTOS). Память каждого компьютера включает 256 килобайт (КБ) EEPROM, 256 мегабайт (МБ) динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) и 2 гигабайта (ГБ) флэш-памяти. Для сравнения, марсоходы использовали 3 МБ EEPROM, 128 МБ DRAM и 256 МБ флэш-памяти.

***

CheMin – это прибор для рентгеновской дифракции порошка и флуоресцентной спектроскопии в области химии и минералогии. CheMin – один из четырёх спектрометров. Он может определять и количественно оценивать содержание минералов на Марсе. Он был разработан Дэвидом Блейком в Исследовательском центре Эймса НАСА и Лаборатории реактивного движения и в 2013 г. получил награду «Лучшее изобретение года» от правительства НАСА.

Марсоход может брать образцы горных пород, и полученный мелкий порошок засыпается в прибор через трубку для образцов, расположенную в верхней части аппарата. Затем на порошок направляется пучок рентгеновских лучей, и кристаллическая структура минералов отклоняет его под характерными углами, что позволяет учёным идентифицировать анализируемые минералы.

17 октября 2012 г. в «Рокнесте» был проведен первый рентгеноструктурный анализ марсианского реголита. Результаты выявили присутствие нескольких минералов, включая полевой шпат, пироксены и оливин, и предположили, что марсианский реголит в образце был похож на "выветрившиеся базальтовые почвы" гавайских вулканов. Образцовая тефра из гавайского шлакового конуса была добыта для создания имитатора марсианского реголита, который исследователи могут использовать с 1998 г.

***

Набор инструментов SAM анализирует органические вещества и газы как в атмосфере, так и в твёрдых образцах. Эти приборы выполняют точные измерения соотношения кислорода и углерода изотопов в углекислом газе (CO2) и метане (CH4) в атмосфере, чтобы определить их геохимическое или биологическое происхождение.

***

Марсоход оснащен роботизированной рукой длиной 2,1 м (6 футов 11 дюймов) с крестообразной турелью, вмещающей пять устройств, которые могут вращаться с диапазоном поворота 350 °. Рука использует три сустава, чтобы вытягивать ее вперед и снова укладывать во время движения. Его масса составляет 30 кг (66 фунтов), а диаметр, включая установленные на нём инструменты, — около 60 см (24 дюйма).

***

13 августа 2012 г. президент США Барак Обама, звоня с борта номер один, чтобы поздравить команду Curiosity, сказал: «Вы, ребята, являетесь примером американского ноу-хау и изобретательности. Это действительно потрясающее достижение».

***

6 августа 2013 г. «Кьюриосити» впервые на другой планете исполнил песню «С днём рождения тебя» в честь первого года с момента посадки на Марс. Это также был первый случай передачи музыки между двумя планетами.

***

24 июня 2014 г. «Кьюриосити» завершил марсианский год – 687 земных дней – после того, как обнаружил, что на Марсе когда-то были условия окружающей среды, благоприятные для микробной жизни. «Кьюриосити» послужил основой для разработки марсохода «Персеверанс» для миссии «Марс-2020». Некоторые запасные части, использованные при сборке и наземных испытаниях Curiosity, применяются в новом аппарате, но он будет оснащён другим набором инструментов.

Мстислав Князев

На Земле всем формам жизни для выживания необходима вода. Если жизнь когда-либо развивалась на Марсе, то, скорее всего, это происходило в условиях длительного наличия воды. Именно поэтому наши поиски свидетельств жизни на Марсе сосредоточены на областях, где жидкая вода когда-то была стабильной, под поверхностью, где она всё ещё может существовать, или в современных «горячих точках», где гидротермальные бассейны (например, в Йеллоустоне) могут быть пригодны для жизни. Данные, полученные в ходе нескольких миссий НАСА на Марс, свидетельствуют о наличии жидкой воды непосредственно под поверхностью в редких местах, а также на водяном льду на марсианских полюсах. Миссии на Марс также ищут источники энергии, помимо солнечного света, поскольку жизнь на поверхности Марса маловероятна, поскольку «перекиси» разрушают органические (углеродные) молекулы, на которых основана жизнь. На Земле мы находим жизнь во многих местах, где нет солнечного света: в тёмных глубинах океана, внутри горных пород и глубоко под поверхностью. Химическая и геотермальная энергия, например, также являются источниками энергии для форм жизни на Земле. Возможно, крошечные микроорганизмы, обитающие под поверхностью Марса, тоже могут использовать такие источники энергии.

В поисках признаков жизни

Отличить жизнь от неживого – непростая задача, где бы она ни находилась. На Земле мы знаем, какие маркеры, или биосигнатуры, нужно искать, но жизнь на другой планете может сильно отличаться по химическому составу, структуре и другим характеристикам. Разрабатываемые технологии обнаружения жизни помогут нам определить жизнь в неземных терминах, чтобы обнаруживать её во всех формах, которые она может принимать.

Тем временем миссии НАСА на Марсе ищут характерные биосигнатуры текущей и прошлой жизни. Если бы мы знали, где на Марсе находится углерод, который является основой жизни, это многое бы нам рассказало о том, где могла зародиться жизнь. Современная атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа. Любое обнаружение карбонатных минералов, образовавшихся на поверхности Марса в результате химических реакций между водой и атмосферой, стало бы подсказкой о том, что вода присутствовала там долгое время – возможно, достаточно долго для зарождения жизни. Изучая окаменелости в осадочных породах на Земле, которые являются свидетельством прошлой жизни, мы знаем, что только в определённых условиях и типах отложений окаменелости хорошо сохраняются. Мы ищем на Марсе озёра и реки, которые могли оставить после себя подобные отложения.

Такие изображения, как это, полученные камерой HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) на марсианском орбитальном аппарате NASA Mars Reconnaissance Orbiter, показывают участки марсианской поверхности с беспрецедентной детализацией. На этом снимке видно множество каналов шириной от 1 до 10 метров (примерно от 3 до 33 футов) на уступе в ударном бассейне Эллада.

На снимках, сделанных камерой HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) на марсианском орбитальном аппарате NASA Mars Reconnaissance Orbiter, видно множество каналов шириной от 3 до 33 футов (от 1 до 10 метров) на уступе в ударном бассейне Эллада.

Климат Марса

Какой сегодня климат на Марсе?

Современный климат Марса регулируется сезонными изменениями ледяных шапок из углекислого газа, перемещением большого количества пыли в атмосфере и обменом водяного пара между поверхностью и атмосферой. Одной из самых динамичных погодных явлений на Марсе являются пылевые бури, которые обычно случаются весной и летом на юге. Эти бури могут охватывать всю планету. Понимание того, как развиваются и растут эти бури, является одной из научных целей.

Эти два снимка, сделанные марсоходом НАСА Curiosity специально для измерения количества пыли внутри кратера Гейл, показывают, что за три дня количество пыли увеличилось из-за сильной марсианской пыльной бури.

Что нынешний климат на Марсе может рассказать о прошлом?

Более глубокое понимание современного климата Марса помогает учёным более эффективно моделировать его поведение в прошлом. Для этого им нужны карты погоды на Марсе и информация о количестве пыли и водяного пара в атмосфере. Наблюдение за планетой в течение одного полного марсианского года (687 земных дней) и в течение нескольких лет подряд помогает нам понять, как Марс ведёт себя в течение сезонного цикла, и приблизиться к пониманию того, как планета меняется на протяжении миллионов лет. Слоистый рельеф полярных регионов Марса также даёт представление о прошлом планеты, подобно тому, как годичные кольца деревьев отражают их историю. Когда и как образовались эти полярные слои? Был ли климат Марса когда-нибудь таким же, как на Земле? И если да, то что произошло, чтобы превратить планету в сухую, холодную, бесплодную пустыню, которой она является сегодня? [Некоторые фантасты спекулировали, что цивилизация Марса была уничтожена ядерной войной. Похоже, это произвело впечатление: в НАСА тоже думают о причинах – МК.] Наши нынешние миссии направлены на то, чтобы ответить на эти важные вопросы.

Геология Марса

Как Марс стал той планетой, которую мы видим сегодня? Чем объясняются различия и сходства между Землёй и Марсом? Изучение геологии Марса помогает ответить на эти вопросы. Мы работаем над тем, чтобы понять относительную роль ветра, воды, вулканизма, тектоники, образования кратеров и других процессов в формировании и изменении поверхности Марса. Например, на Марсе есть невероятно большие вулканы, которые могут быть в 10–100 раз больше, чем на Земле. Одна из причин такой разницы в том, что марсианская кора не движется так, как на Земле, поэтому весь объём лавы скапливается в одном очень большом вулкане.

Эта равномерно слоистая порода, сфотографированная камерой Mast Camera (Mastcam) марсохода Curiosity НАСА, демонстрирует структуру, типичную для осадочных отложений на дне озера недалеко от того места, где в озеро поступала проточная вода.

Магнитные свойства Марса дают представление о внутреннем строении планеты и многом другом.

Обнаружение на Марсе обширных участков с магнитными материалами указывает на то, что когда-то у планеты было магнитное поле, как и у Земли сегодня. Поскольку магнитные поля в целом защищают планеты от многих видов космического излучения, это открытие имеет важное значение для поиска свидетельств прошлой жизни на поверхности Марса. Изучение древнего магнитного поля также даёт важную информацию о внутреннем строении, температуре и составе Марса в прошлом. Наличие магнитных полей также говорит о том, что когда-то Марс был более динамичной планетой, похожей на Землю, чем сегодня.

Камни на Марсе могут рассказать нам об истории планеты и её потенциале для поддержания жизни.

Фундаментальное значение имеют возраст и состав различных типов горных пород на поверхности Марса. Геологи используют возраст горных пород, чтобы определить последовательность событий в истории планеты. Информация о составе горных пород позволяет им понять, что происходило с течением времени. Особенно важно определить породы и минералы, образовавшиеся в присутствии воды. Благодаря постоянно действующим марсианским орбитальным аппаратам, посадочным модулям и марсоходам, оснащенным всё более совершенными инструментами, мы помогаем ответить на многочисленные вопросы, например, какие еще материалы могут находиться в породе и содержать информацию об истории Марса, а также как различные типы горных пород распределены по поверхности.

В поисках признаков жизни в древних марсианских породах

Марсоход NASA «Персеверанс» собирает образцы горных пород для будущей миссии по их сбору и возвращению на Землю. Для заместителя руководителя проекта «Марс-2020» в NASA-JPL Кэти Стэк Морган изучение горных пород важно не только для поиска следов древней жизни, но и в качестве хобби.

Факты о Марсе [сайт НАСА]

Марс – четвёртая планета от Солнца – это пыльный, холодный, пустынный мир с очень разреженной атмосферой. На этой динамичной планете есть времена года, полярные ледяные шапки, потухшие вулканы, каньоны и погода.

Введение

Марс – одно из наиболее изученных тел в нашей Солнечной системе, и это единственная планета, на которую мы отправили марсоходы, чтобы они исследовали инопланетный ландшафт. Миссии НАСА обнаружили множество свидетельств того, что миллиарды лет назад на Марсе было гораздо влажнее и теплее, а атмосфера была более плотной.

Марс был назван римлянами в честь их бога войны, потому что его красноватый цвет напоминал кровь. Египтяне называли его «Хер Дешер», что означает «красный».

Даже сегодня её часто называют «Красной планетой», потому что минералы железа в марсианской почве окисляются, или ржавеют, из-за чего поверхность выглядит красной.

Потенциал для жизни

Ученые не ожидают, что на Марсе в настоящее время есть живые организмы. Вместо этого они ищут признаки жизни, которая существовала давным-давно, когда Марс был теплее и покрыт водой.

Размер и расстояние

Имея радиус 2106 миль (3390 км), Марс примерно в два раза меньше Земли. Если бы Земля была размером с монету в пять центов, Марс был бы размером с малину.

Марс находится на среднем расстоянии 142 миллиона миль (228 миллионов км) от Солнца, то есть на расстоянии 1,5 астрономических единиц. Одна астрономическая единица (сокращённо – а.е.) – это расстояние от Солнца до Земли. С такого расстояния свету требуется 13 минут, чтобы добраться от Солнца до Марса.

Орбита и Вращение

Поскольку Марс вращается вокруг Солнца, он совершает один оборот за 24,6 часа, что очень похоже на один земной день (23,9 часа). Марсианские сутки называются солами – сокращение от «солнечный день». Год на Марсе длится 669,6 сола, что соответствует 687 земным дням.

Ось вращения Марса наклонена на 25 градусов по отношению к плоскости его орбиты вокруг Солнца. Это ещё одно сходство с Землёй, у которой наклон оси составляет 23,4 градуса. Как и на Земле, на Марсе есть чёткие времена года, но они длятся дольше, чем на Земле, поскольку Марсу требуется больше времени, чтобы совершить оборот вокруг Солнца (потому что он находится дальше). И в то время как здесь, на Земле, времена года равномерно распределены в течение года и длятся по 3 месяца (или четверть года), на Марсе времена года различаются по продолжительности из-за эллиптической, яйцевидной орбиты Марса вокруг Солнца.

Весна в северном полушарии (осень в южном) – самый продолжительный сезон, длящийся 194 дня. Осень в северном полушарии (весна в южном) – самый короткий сезон, длящийся 142 дня. Северная зима/южное лето длятся 154 дня, а северное лето/южная зима – 178 дней.

Луны

У Марса есть два маленьких спутника, Фобос и Деймос, которые, возможно, являются захваченными астероидами. Они имеют форму картофелин, потому что их масса слишком мала, чтобы гравитация могла придать им сферическую форму.

Названия лун происходят от имён лошадей, которые везли колесницу греческого бога войны Ареса.

Фобос, самый близкий и крупный спутник, покрыт множеством кратеров и глубоких борозд. Он медленно приближается к Марсу и примерно через 50 миллионов лет врежется в планету или расколется.

Деймос примерно в два раза меньше Фобоса и вращается вокруг Марса в два с половиной раза дальше. Деймос необычной формы покрыт рыхлой грязью, которая часто заполняет кратеры на его поверхности, из-за чего он кажется более гладким, чем покрытый оспинами Фобос.

Кольца

У Марса нет колец. Однако через 50 миллионов лет, когда Фобос столкнётся с Марсом или распадётся на части, он может создать пылевое кольцо вокруг Красной планеты.

Формирование

Когда Солнечная система сформировалась в нынешнем виде около 4,5 миллиардов лет назад, Марс образовался, когда гравитация притянула вращающиеся газ и пыль и они стали четвёртой планетой от Солнца. Марс примерно в два раза меньше Земли, и, как и другие планеты земной группы, он имеет центральное ядро, каменистую мантию и твёрдую кору.

Структура

В центре Марса находится плотное ядро радиусом от 930 до 1300 миль (от 1500 до 2100 км). Оно состоит из железа, никеля и серы. Ядро окружено каменистой мантией толщиной от 770 до 1170 миль (от 1240 до 1880 километров), а над ней находится кора, состоящая из железа, магния, алюминия, кальция и калия. Толщина этой коры составляет от 6 до 30 миль (от 10 до 50 км).

Поверхность

На самом деле Красная планета имеет множество оттенков. На поверхности мы видим такие цвета, как коричневый, золотой и бежевый. Марс выглядит красноватым из-за окисления – или ржавления – железа в горных породах, реголите (марсианской «почве») и марсианской пыли. Эта пыль поднимается в атмосферу и издалека делает планету в основном красной.

Интересно, что, хотя диаметр Марса примерно в два раза меньше диаметра Земли, площадь его поверхности почти такая же, как площадь суши на Земле. Вулканы, ударные кратеры, движения земной коры и атмосферные явления, такие как пылевые бури, на протяжении многих лет изменяли ландшафт Марса, создавая одни из самых интересных топографических особенностей Солнечной системы.

Большая система каньонов под названием Valles Marineris простирается от Калифорнии до Нью-Йорка – более чем на 3000 миль (4800 км). Этот марсианский каньон имеет ширину 200 миль (320 км) и глубину 4,3 мили (7 км). Он примерно в 10 раз больше Большого каньона на Земле.

На Марсе находится самый большой вулкан в Солнечной системе – Олимп. Он в три раза выше Эвереста на Земле, а его основание размером с штат Нью-Мексико.

Судя по всему, в прошлом Марс был покрыт водой: на его поверхности есть древние речные долины, дельты и озёра, а также породы и минералы, которые могли образоваться только в жидкой воде. Некоторые особенности указывают на то, что около 3,5 миллиардов лет назад на Марсе происходили масштабные наводнения.

Сегодня на Марсе есть вода, но марсианская атмосфера слишком разрежена, чтобы жидкая вода могла долго существовать на поверхности. Сегодня вода на Марсе находится в виде водяного льда непосредственно под поверхностью в полярных регионах, а также в соленой воде, которая сезонно стекает по склонам некоторых холмов и стенкам кратеров.

Атмосфера

У Марса разреженная атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа, азота и аргона. Для наших глаз небо было бы туманным и красным из-за взвешенной в воздухе пыли, а не привычным голубым, как на Земле. Разреженная атмосфера Марса не обеспечивает особой защиты от столкновений с такими объектами, как метеориты, астероиды и кометы.

Температура на Марсе может достигать 70 градусов по Фаренгейту (20 градусов по Цельсию) или опускаться примерно до -225 градусов по Фаренгейту (-153 градуса по Цельсию). А поскольку атмосфера очень разреженная, тепло от Солнца легко покидает эту планету. Если бы вы стояли на поверхности Марса на экваторе в полдень, у ваших ног была бы весна (75 градусов по Фаренгейту или 24 градуса по Цельсию), а в голове – зима (32 градуса по Фаренгейту или 0 градусов по Цельсию).

Иногда ветры на Марсе бывают достаточно сильными, чтобы вызывать пылевые бури, которые покрывают большую часть планеты. После таких бурь могут пройти месяцы, прежде чем пыль осядет.

Магнитосфера

Сегодня у Марса нет глобального магнитного поля, но участки марсианской коры в южном полушарии сильно намагничены, что указывает на следы магнитного поля, существовавшего 4 миллиарда лет назад.