Исследование планет Солнечной Системы

Марс

Начиная с  конца XIX века, с тех пор как  астрономы обнаружили на поверхности  Красной планеты сеть узких темных полос, названных каналами, всё не утихают надежды найти если не братьев по разуму, то хоть какие-нибудь проявления жизни за пределами Земли.

Двигаясь  по своим орбитам с разной скоростью, небесные соседи Земля и Марс каждые два года оказываются на минимальном  расстоянии друг от друга. Эти периоды, называемые противостояниями, наиболее благоприятны для астрономических  наблюдений Марса. Поскольку орбиты обеих планет не круговые, а эллиптические, то минимальное расстояние раз от раза меняется и каждые 15 – 17 лет  оно оказывается наименьшим –  такие противостояния называют великими, обычно они происходят в августе.

Джованни  Скиапарелли, первоклассный астроном и профессор Миланского университета, наблюдал Марс осенью 1877 года, когда планета находилась очень близко от Земли. Он составил самую точную к тому времени карту поверхности Марса и даже присвоил названия деталям ландшафта, пользуясь знанием античной географии и мифологии. Дав волю своей фантазии, Скиапарелли сделал Марс пристанищем легенд и мечтаний человечества, обителью мифологии.

Созданию  ореола романтической привлекательности  Марса немало способствовали не только названия, которые присвоил Скиапарелли, но и его исследования так называемых каналов – едва заметных узких темных полос, загадка происхождения которых остается нерешенной до сих пор, уже в эпоху интенсивного изучения Марса с помощью искусственных спутников и марсоходов. Карта Марса, составленная Скиапарелли, взволновала миллионы людей. Последователь Скиапарелли американец Персиваль Лоуэлл проводил свои исследования каналов на Марсе. И он, в отличии от Скиапарелли, придерживался гипотезы об их исскуственном происхождении. Он считал «каналы» искусственными протоками, созданными разумными существами для орошения пустынной планеты талыми водами полярных шапок. В 1895 году Лоуэлл выпускает свою первую книгу о Марсе, за которой вскоре последовали еще две. Эти книги были переведены на другие языки и изданы в Европе и России, поэтому с его представлениями о Красной планете, как обители разумной жизни, познакомилось множество читателей. И Марс буквально заворожил публику, став модной темой. Этому способствовали и появившиеся вскоре первые фантастические романы о марсианах.

Если современному геологу показать первую карту Марса  с сетью прямых линий, полученную Скиапарелли в 1877 году, то он предположит, что перед ним карта разломов планетной коры. Так называемые каналы соответствуют линейным зонам тектонических нарушений, обнаруженным в том числе и на Земле, когда геологи начали изучать ее по космическим снимкам.

Первые снимки Марса с близкого расстояния передала на Землю американская автоматическая станция «Маринер-4». Она была запущена в конце 1964 года, а через семь с  половиной месяцев, 14 июля 1965-го, пролетела  в 9800 км над поверхностью Марса. В  результате было получено 22 телевизионные  изображения, которые охватывали около 1% поверхности планеты. Переданные со станции по радио черно-белые  снимки Марса прорисовывали на Земле  вручную. Вместо ожидавшихся морей  и каналов на снимках предстала  покрытая кратерами поверхность  очень похожая на лунную.

Первый перелет  с Земли на Марс состоялся в 1971 году, когда посадочный аппарат советской  автоматической станции «Марс-2»  достиг поверхности Красной планеты. Тогда же была предпринята первая попытка доставить на Марс самоходное устройство – марсоход. Вдохновленные успехом работы на Луне передвижного аппарата «Луноход», конструкторы Института транспортного машиностроения под руководством А.Л. Кемурджиана создали небольшого, размером с обувную коробку, младшего брата лунохода, которому предстояло высадиться на Марс. Задачи у этого микро-марсохода были скромные – он должен был пройти лишь небольшое расстояние, оставаясь соединенным с посадочным аппаратом кабелем длиной 15 м.Однако посадочный аппарат «Марс-2» разбился о поверхность планеты. Через несколько дней его «напарник» – «Марс-3» – совершил мягкую посадку, но радиосвязь с ним продолжалась всего лишь около 2 минут и телепанорамы получено не было. Выяснить причину потери связи так и не удалось. И до сих пор неизвестно, смог ли первый марсоход оставить свои следы на Марсе.

Климат на Марсе холодный и сухой. Вся планета  скована вечной мерзлотой, причем у полюсов слой пород, постоянно находящихся при отрицательной температуре, по расчетам, достигает 5–6 км, а на экваторе уменьшается до 1–1,5 км. Но в прошлом на Марсе бывали периоды и с еще более суровым климатом. Сегодня поверхность Марса, среднегодовая температура которой –60°, представляет собой скованную морозом каменистую пустыню.

В конце 2003 года космическим кораблям, прибывавшим  один за другим с Земли на Марс, было немного тесно на его орбите. Вокруг Красной планеты к этому времени  уже вращались два запущенных ранее американских спутника – «2001 Марс Одиссей» и «Марс глобал сервейер». Японская межпланетная станция «Нозоми» («Надежда») первой из новичков приблизилась к Марсу, но выйти на его орбиту так и не смогла, а, пролетев на расстоянии 1 000 км от планеты, ушла навсегда в глубины космоса. Вслед за несбывшейся японской надеждой потерпел неудачу и британский спускаемый модуль «Бигль-2», радиосигнала от него так и не поступило. Космический «Бигль» не смог повторить успех своего тезки – корабля, на котором в свое время совершил кругосветное плавание Чарльз Дарвин. Однако основная станция «Марс-экспресс» Европейского космического агентства, доставившая посадочный аппарат, успешно вышла на орбиту и стала первым европейским спутником Марса.

Следующими  к Красной планете приблизились запущенные НАСА два аппарата-близнеца с марсоходами «Спирит» и «Оппортьюнити» ("Дух" и "Возможность") на борту. Обе станции с небольшим разрывом во времени совершили эффектную и благополучную посадку в разных регионах планеты. Так началась марсианская одиссея двух роботов-вездеходов, прибывших с Земли, чтобы искать ответ на давний вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?»

Предшественникам  марсоходов – двум неподвижным станциям «Викинг», прилетевшим на Красную планету еще в 1976 году, – не удалось найти следов жизни с помощью биологических анализаторов. Поэтому перед марсоходами была поставлена иная задача – поиск следов жидкой воды, оставшихся в геологических формациях. Сейчас условия на поверхности Марса таковы, что вода в жидком виде там существовать не может – она замерзнет и быстро испарится в холодной и чрезвычайно разреженной атмосфере. Но на поверхности планеты по снимкам с искусственных спутников обнаружены многочисленные речные русла – с притоками, островами, рукавами и заводями. Это означает, что в прошлом климат здесь был иной, и жидкая вода текла по поверхности планеты. Однако, чтобы «прорезать» речное русло, достаточно и кратковременного выброса большой водной массы. А для зарождения жизни требуется весьма продолжительное существование влажного климата. Поэтому марсоходы должны были искать такие геологические образования, для формирования которых требуются долгоживущие водоемы. Обнаружение таких следов может свидетельствовать о том, что когда-то необходимые условия для зарождения жизни на Марсе имелись.

Ещё одним  аппаратом для изучения Марса  стал посадочный модуль НАСА "Феникс", работавший в 2008 году. На его борту  находился комплекс приборов, позволяющих  изучать геологическую историю  воды, а также исследовать среду, с целью выявления условий, благоприятных  для жизни микроорганизмов. "Фениксом" проект был назван потому, что являлся  прямым наследником двух неудачных  американских марсианских миссий 1999 года. Однако он стал шестым аппаратом, полностью успешно севшим на поверхность  Марса. Также «Феникс» стал первым аппаратом, успешно совершившим посадку  в полярном регионе Марса. Запуск аппарата состоялся 4 августа 2007 года, успешная посадка произошла 25 мая 2008 года. На текущий момент специалисты NASA окончательно потеряли связь с  аппаратом "Феникс". Первоначально  предполагалось, что аппарат проработает  на Красной планете только три  месяца, однако он оставался функциональным более пяти. Миссия "Феникса" была в любом случае обречена на краткосрочность, поскольку он работал в районе марсианского северного полюса, где  с приходом зимы ощущается слишком  серьезный недостаток солнечного света, питающего солнечные батареи  этого аппарата. Как предполагают в NASA, смерть "Феникса" приблизила и пылевая буря, которая окончательно заслонила его батареи от солнца. Хотя ученые потеряли надежду получить новые сведения от "Феникса", у них все же остается немало работы по изучению тех данных, которые аппарат уже успел передать на Землю. В числе прочего это и 25 тысяч снимков Марса в высоком разрешении - от панорамных фотографий поверхности до результатов исследования под микроскопом мельчайших частиц марсианской пыли. В конце сентября стало известно, что "Феникс" сумел зарегистрировать даже марсианский снегопад. А самым важным достижением "Феникса" стало изучение льда, который был обнаружен всего в нескольких сантиметрах под поверхностным слоем планеты. При помощи камер, установленных на аппарате, ученые даже видели, как этот лед испаряется. 

Исследование  планет-гигантов Солнечной Системы  и их спутников

Миссия Кассини-Гюйгенс

Космический зонд "Кассини-Гюйгенс" был запущен в космос NASA 15 октября 1997 с военно-воздушной базы на мысе Канаверал, штат Флорида.

Учитывая огромные расстояния между Землей и Сатурн, было бы неразумно  отправить космический аппарат  только для нескольких исследований. Таким образом, орбитальный аппарат "Кассини" и зонд "Гюйгенс" были оснащены множеством сложнейших приборов и фотокамер, которые способны получать изображения в различных диапазонах видимости: видимого и инфракрасного.

Для разгона аппарат провел несколько гравитационных маневров. "Кассини" два раза пролетел рядом с Венерой - в 1998 и 1999, затем, в августе 1999 со скоростью 69 тыс. км/час прошёл около Земли, зимой 2000 пролетел мимо Юпитера, передав на Землю его фотографии.

После семи лет полета, "Кассини" вышел на орбиту Сатурна в июле 2004 года. Тогда началась четырехлетняя программа изучения Сатурна, которая включает более 70 оборотов вокруг планеты и ее спутников. В течение этих семи лет работала только электроника "Кассини"; электроника Гюйгенса же все эта время "спала" и была включена только тогда, когда аппарат достиг цели.

Используя различные инструменты, "Кассини" собирает подробные данные о системе Сатурна, его кольцах и спутниках, вращающихся вокруг этого газового гиганта. Полученные данные помогут ученым понять процессы, происходящие в этом необычной районе нашей Солнечной системы. Было поставлено несколько научных задач: измерение огромной магнитосферы Сатурна, изучение колец Сатурна, анализ состава атмосферы газового гиганта.

Как только записывающее устройство на борту аппарата полностью заполняется  данными, происходит передача данных на землю, которые принимаются при  помощи одно и нескольких 70 метровых антенн "Дальней космической связи". Каждый день Кассини передает несколько гигабайт информации, которая затем обрабатывается 250 учеными из разных стран.

При помощи специальной аппаратуры Кассини может снимать поверхность Титана, самого большого спутника Сатурна. Предыдущие миссии не смогли выполнить эту задачу из-за плотной атмосферы Титана, которая не позволила обычным фотокамерам заснять его поверхность.

В декабре 2004 года от "Кассини" отстыковался космических спускаемый аппарат Гюйгенс. После 20 дневного приближения зонд вошел в атмосферу Титана. При этом раскрылось 3 парашюта, которые позволили ученым получить данные об атмосфере, ветрах, температуре, составе и поверхности спутника.

Через два часа двадцать семь минут после входа в атмосферу  Титана зонд совершил посадку неподалеку от экватора спутника. Гюйгенс пережил  приземление на замороженную поверхность  Титана и передавал данные еще  несколько минут после посадки.

Космический модуль "Кассини" до сих пор вращается вокруг Сатурна и передает на Землю различные данные о газовом гиганте, его кольцах и спутниках.

Нептун

С момента открытия восьмой  планеты – Нептуна – еще  не прошло и года, но это если считать  время по нептунскому календарю. Ведь один оборот вокруг Солнца – нептунский год – длится целых 165 лет, а со времени обнаружения Нептуна пронеслось только 162 года. Несложное арифметическое действие говорит о том, что через три года этот небесный тихоход вновь окажется в той же точке своей орбиты, где его впервые увидел в телескоп астроном Берлинской обсерватории Иоганн Галле.

Расположенный в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, Нептун не виден  невооруженным глазом, поэтому он долгое время и оставался неизвестным. С его открытием наука получила очень важное звено для понимания  того, как сформировались планеты  Солнечной системы. В сравнительной  планетологии, науке о геологическом  строении планет, Нептун, как и его  «близнец» Уран, занимает промежуточное  положение между планетами земной группы и газовыми гигантами –  Юпитером и Сатурном, которые иногда даже называют несформировавшимися  звездами. При образовании Солнечной  системы наименее летучие химические элементы остались в нагретых окрестностях Солнца, и из них создались Меркурий, Венера, Земля, Луна и Марс – планетные  тела с большой плотностью, среди  которых есть даже имеющие железное ядро. Летучие, легкие химические элементы были вынесены во внешнюю область  Солнечной системы, где из них  возникли газовые планеты-гиганты  – Юпитер и Сатурн. А на наиболее холодной окраине сконденсировались  газово-ледяные Уран и Нептун, которые  тоже называют планетами-гигантами, хотя они по диаметру в 2–3 раза меньше Юпитера  и Сатурна, но все-таки в 4 раза больше Земли.

Смена времен года на Нептуне, как и на Земле, происходит по мере движения планеты вдоль орбиты, потому как ось вращения Нептуна отклонена  от вертикального положения на 30°, что напоминает наклон земной оси (23,5°). Только вот продолжительность каждогосезона там гораздо длиннее – 41 год. Лето в южном полушарии Нептуна началось в 2005 году и продлится до 2046 года. В этот период вокруг северного полюса Нептуна будет царить полярная ночь. С приходом лета в южное полушарие изменились и атмосферные процессы на Нептуне – возникло несколько крупных вихрей, которые меняют свою форму и даже исчезают совсем. Эти изменения наблюдаются с помощью космического телескопа «Хаббл», расположенного на орбите вокруг Земли, поскольку в обычные телескопы атмосферные образования на Нептуне разглядеть трудно. Сутки на планете длятся всего лишь 16 часов 7 минут. Поэтому за свой год Нептун успевает сделать 89 630 оборотов вокруг оси. Таким образом, каждый из сезонов длится примерно по 22 400 нептунских суток.