CC BY
52УДК 629.78:523.43
обзор докладов московских международных симпозиумов по исследованиям СОЛНЕЧНОЙ системы 2019-2020 ГГ.
(10M-S и 11M-S3) Часть 1. исследования марса © 2021 г. Евдокимов Р.А.
Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва (РКК «Энергия») Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070,
e-mail: [email protected]
Выполнен обзор докладов двух последних Московских международных симпозиумов по исследованиям Солнечной системы. В первой части обзора рассмотрено 43 доклада основной сессии секции «Марс». Работы ведущих специалистов в области планетологии охватывают широкий спектр научных и прикладных проблем — от изучения геологической истории и климата Марса, поиска следов жизни и подповерхностных запасов воды до новых технологий в планетных исследованиях, планирования миссий, а также мониторинга солнечной активности и радиационных условий в межпланетном пространстве, на орбите и поверхности Марса. Полученные в последние два десятилетия данные позволили существенно продвинуться в понимании природы Марса, но остаётся множество нерешённых вопросов относительно климата в раннюю эпоху, существования в прошлом марсианских океанов, биологической и геологической активности. Научные результаты, получаемые автоматическими космическими аппаратами, должны в полной мере учитываться при разработке пилотируемых программ освоения дальнего космоса.
Ключевые слова: Солнечная система, планетология, международный симпозиум, дальний космос, автоматические межпланетные станции, Марс, Луна, обзор докладов.
DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2021-4-114-136
MOSCOW INTERNATIONAL SYMPOSIA
ON SOLAR SYSTEM RESEARCH
(10M-S AND 11M-S3) REPORTS REVIEW.
Part 1. Mars exploration
Evdokimov R.A.
S.P. Korolev Rocket and Space Corporation Energia (RSC Energia) 4A Lenin str., Korolev, Moscow region, 141070, Russia, e-mail: [email protected]
A review of the reports of the last two Moscow International Symposia on Solar System Research has been completed. In the first part of the review, 43 reports of the main session of the «Mars» section are considered. The works
of leading experts in the field of planetary science cover a wide range of scientific and applied problems — from the study of the geological history and climate of Mars, the search for traces of life and subsurface water reserves, to new technologies in planetary research, mission planning, as well as monitoring solar activity and radiation conditions in the interplanetary space, orbit and the surface of Mars. The data obtained in the last two decades has made it possible to significantly advance in understanding the nature of Mars, but many unresolved questions remain regarding the climate in the early era, the existence of the Martian oceans in the past, biological and geological activity. The scientific results obtained by unmanned spacecraft should be fully taken into account in the development of manned deep space exploration programs.
Key words: Solar system, planetology, international symposium, deep space, automatic interplanetary stations, Mars, Moon, reports review
ЕВДОКИМОВ Роман Александрович — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник РКК «Энергия», e-mail: [email protected]
EVDOKIMOV Roman Aleksandrovich — Doctor of Science (Engineering), Lead research scientist at RSC Energia, e-mail: [email protected]
Евдокимов P.A.
Введение
В настоящий момент ведущие космические державы осуществляют подготовку пилотируемых экспедиций к Луне и Марсу [1-6]. Пилотируемым миссиям к телам Солнечной системы предшествует их активное изучение автоматическими космическими аппаратами (КА). В ближайшие годы в России предполагается запуск нескольких автоматических межпланетных станций (АМС) для исследований Луны, а также Марса (в рамках совместной с ESA миссии «Экзо-марс-2022»). Разрабатывается программа исследований Венеры, включая запуск АМС в конце 2020-х - начале 2030-х гг. Вслед за запуском АМС к Луне планируется реализация пилотируемой программы с перспективой развёртывания лунной базы. Программа изучения дальнего космоса должна носить комплексный характер (с взаимной увязкой автоматических и пилотируемых миссий). При разработке
предназначенных для её выполнения технических средств необходимо учитывать новые данные об объектах Солнечной системы. В связи с этим целесообразно ознакомление специалистов ракетно-космической отрасли с последними результатами планетных исследований. Одним из наиболее эффективных способов решения этой задачи является публикация обзоров по результатам крупных международных научных конференций. К числу представительных форумов с участием ведущих специалистов из России, США, Европы, Китая, Индии и Японии относится Московский международный симпозиум по исследованиям Солнечной системы (М-S3), который, начиная с 2010 г., ежегодно проводится Институтом космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН). Данный симпозиум вырос из межинститутских встреч («микросимпозиумов»), проводившихся дважды в год, начиная с 1985 г., специалистами Института геохимии и
аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ РАН) и Университета Брауна (Brown University, США). Инициаторами этих встреч стали академик В.Л. Барсуков (в то время директор ГЕОХИ РАН) и профессор James W. Head. В 2009 г. прошла пятидесятая, юбилейная встреча, после которой было принято решение об организации симпозиума М-S3.
В рамках М-S3, после короткого пленарного заседания, доклады представляются на восьми секциях, посвящённых Марсу, Венере, Луне и Меркурию, планетам-гигантам, малым телам Солнечной системы (включая межпланетную пыль), внесолнеч-ным планетам, астробиологии, а также взаимодействию солнечного ветра с планетами и малыми телами. Помимо результатов исследований Солнечной системы, вопросов её формирования и эволюции, рассматриваются также экспериментальные методы, научные приборы и подготовка к космическим миссиям. После пленарного и секционных заседаний (проводимых, как правило, в разные дни и время), часть вечернего времени уделяется постерной сессии — представлению стендовых докладов. Проводятся также круглые столы по наиболее актуальным вопросам планетных исследований и рабочие встречи специалистов по реализуемым проектам. Рабочий язык конференции — английский. По результатам симпозиума ИКИ РАН выпускает сборники трудов — тезисов докладов (на английском языке), включающие как доклады основной сессии, так и постерные. Видеоролик об истории симпозиума можно найти на сайте ИКИ РАН по адресу: https://ms2019.cosmos.ru/, как и электронную версию сборника трудов ЮМ-S3. Сборник трудов ИМ-S3 размещён на странице https://ms2020. cosmos.ru/.
В данной статье даётся обзор докладов двух последних симпозиумов. Десятый симпозиум (ЮМ-S3) прошёл с 7 по 11 октября 2019 г., а одиннадцатый (ИМ-S3) — с 5 по 9 октября 2020 г. Десятый симпозиум проводился в год пятидесятилетия полёта человека на Луну, а также шестидесятилетия первых успешных запусков
АМС к Луне («Луна-1» - «Луна-3»). В связи c этим профессор James W. Head сделал на пленарном заседании большой доклад о научных результатах программы «Аполлон» и роли космических исследований в изучении Солнечной системы. С коротким вступительным словом выступил также профессор В.Г. Довгань — член экипажей (водитель) «Луноходов-1,2». ИМ-S3 проводился частично в дистанционном (on-line) режиме. В общей сложности на двух симпозиумах было представлено 398 докладов, из них 219 — на основной сессии. В силу ограниченности объёма рассматриваются только доклады основной сессии, касающиеся Луны и планет земной группы. В первой части даётся обзор докладов по изучению Марса, во второй — Луны, Меркурия и Венеры. Доклады рассматриваются не в порядке представления на симпозиумах, а с учётом тематики.
На основных сессиях секции «Марс» ЮМ-S3 и ИМ-S3 было сделано в общей сложности 43 доклада (из них 22 российских, либо с участием российских исследователей). Также было представлено 35 постерных докладов, включая 25 российских. В данной статье рассмотрены доклады основной сессии двух конференций. Интерес исследователей направлен на поиск следов существующей либо прошлой жизни, изучение геологической истории планеты, сложной истории её атмосферы и гидросферы, а также строения недр и местных ресурсов для будущего освоения. На момент написания статьи (май 2021 г.) на орбите Марса функционируют сразу восемь АМС. На поверхности работают три марсохода и один посадочный аппарат. Китайский марсо-ход Zhurong был доставлен на равнину Утопия посадочным аппаратом миссии Tianwen-1 14 мая 2021 г. Идёт подготовка к запуску российско-европейской АМС ExoMars-2022. В таблице кратко суммированы сведения об орбитальных и посадочных КА, функционирующих в настоящий момент либо завершивших работу, но упомянутых в данной статье в контексте научных результатов [7-20].
Перечень кА, функционирующих на орбите и поверхности марса по состоянию на май 2021 г., а также завершённых миссий, результаты которых упомянуты в докладах 10М-53 и 11М-53
Название КА (полное/ сокращённое) Страна, организация Дата запуска Дата выхода на орбиту/ посадки Статус Основные решаемые задачи
орбитальные аппараты
Mars Global Surveyor (MGS) [7] США, NASA 07.11.1996 г. 11.09.1997 г. Завершил работу (05.11.2006 г. потеряна связь) Съёмка поверхности с высоким разрешением (до 1,5 м на пиксель), составление карты высот с помощью лазерного альтиметра
Mars Odyssey (ODY) [8] США, NASA 07.04.2001 г. 24.10.2001 г. Активен Поиск и изучение распределения подповерхностных запасов воды, съёмка поверхности в видимом и ИК-диапазоне, составление карт элементного и минералогического состава пород
Mars Express [9] ESA 02.06.2003 г. 25.12.2003 г. Активен Изучение с орбиты поверхности, недр и атмосферы планеты, включая съёмку поверхности с высоким разрешением и радиолокационное зондирование подповерхностных слоёв
Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) [10] США, NASA 12.08.2005 г. 10.03.2006 г. Активен Изучение поверхности и атмосферы Марса, включая съёмку отдельных районов со сверхвысоким разрешением (до 0,3 м на пиксель), исследование подповерхностных слоёв радиолокационным зондированием
Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) [11] США, NASA 18.11.2013 г. 21.09.2014 г. Активен Изучение верхней атмосферы и ионосферы планеты, их взаимодействия с солнечным ветром
Mars Orbiter Mission (MOM) Mangalyaan [12] Индия, ISRO 05.11.2013 г. 24.09.2014 г. Активен Отработка технологий для межпланетных миссий, изучение поверхности и атмосферы Марса с орбиты
Trace Gas Orbiter (TGO) [13] ESA, Роскосмос 14.03.2016 г. 19.10.2016 г. Активен Изучение атмосферы планеты, включая поиск малых составляющих, картирование распространённости водородсодержащих соединений в верхнем слое грунта с высоким разрешением (десятки км), детальная съёмка поверхности
Mars Global Remote Sensing Orbiter Tianwen-1 (орбитальный аппарат) [14, 15] Китай, CNSA 23.07.2020 г. 10.02.2021 г. Активен Получение изображений поверхности Марса (в том числе в высоком разрешении), изучение минералогии поверхности, радиолокационное зондирование подповерхностных слоёв, исследования ионосферы и магнитосферы
Emirates Mars Mission (EMM) Misbar Al-Amal (Hope probe) [16] ОАЭ, UAESA 19.07.2020 г. 09.02.2021 г. Активен Отработка технологий для межпланетных миссий, изучение атмосферы Марса (погодных явлений, суточных и сезонных циклов)
Продолжение таблицы
Посадочные аппараты и марсоходы
Mars Exploration Rover (MER-Ä) Spirit [17] США, NASA 10.06.2003 г. 04.01.2004 г. Завершил работу (последний сеанс связи — 22.03.2010 г.) Геологические исследования в кратере Гусева, включая получение панорам поверхности, изучение элементного и минералогического состава горных пород
Mars Exploration Rover (MER-B) Opportunity [17] США, NASA 07.07.2003 г. 25.01.2004 г. Завершил работу (12.06. 2018) Геологические исследования на равнине Меридиана, включая получение панорам поверхности, изучение элементного и минералогического состава горных пород
Mars Science Laboratory MSL Curiosity [18] США, NASA 26.11.2011 г. 06.08.2012 г. Активен Изучение геологии Марса в кратере Гейла, включая получение панорам поверхности, исследования элементного и минералогического состава горных пород; химический анализ атмосферы, включая поиск метана
InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) [19] США, NASA 05.05.2018 г. 26.11.2018 г. Активен Сейсмические наблюдения (на равнине Элизий), измерение внутреннего теплового потока с целью изучения строения недр планеты
Mars 2020 rover Perseverance [20] США, NASA 30.07.2020 г. 18.02.2021 г. Активен Изучение геологии Марса в кратере Езеро (панорамы поверхности, состав горных пород), поиск биомаркеров (органических соединений), отбор проб грунта для последующей доставки на Землю, отработка технологии получения кислорода из марсианской атмосферы, испытания первого на Марсе летающего дрона
Mapcoxog Zhurong [14, 15] Китай, CNSA 23.07.2020 г. 14.05.2021 г. (дата десантирования с орбиты на посадочном аппарате миссии Т1аитеи-1) Активен Получение панорам поверхности, химический анализ грунта по пути следования (равнина Утопия), зондирование подповерхностных слоёв на глубину до 100 м (с использованием георадара), измерение магнитного поля, метеонаблюдения
Примечание. В таблице не приводится полный перечень АМС, запущенных к Марсу за всю космическую эру, как и полный перечень успешно либо частично успешно выполненных миссий за всю историю изучения планеты, а также планируемых экспедиций.
Для удобства восприятия материала статьи на рис.1 и 2 представлена гипсометрическая карта Марса [21]. Данная карта была составлена по результатам измерений лазерного альтиметра MOLA АМС Mars Global Surveyor. Поверхность отсчёта высот на Марсе до запуска MGS определялась гравитационным полем в сочетании с поверхностью, на которой среднее атмосферное давление составляло 6,1 мбар. Новые высотные отметки отсчитывают-ся от эквипотенциальной поверхности трехосного эллипсоида с параметрами:
длина осей эллипсоида — A = 3 398 627 м (1,0 N1 72,4 Е); B = 3 393 760 м (0,0 N1 342,4 Е); C = 3 376 200 м (89,0 N 252,4 Е); сжатие 1/169,8; средний радиус — 3 389 508 м; средний экваториальный радиус 3 396 200 м; северный полярный радиус — 3 376 189 м; южный полярный радиус — 3 382 580 м (рис. 1). В итоге, по сравнению с картами, составленными ранее на основе данных АМС «Маринер-9» и «Викинг-1,2», самая высокая гора Олимп стала на 6 км ниже — 21,2 км вместо 27, а Равнина Эллады — на 3 км глубже (8,2 км).
Рис. 1. Гипсометрическая карта Марса (западное полушарие), созданная по данным высокоточного лазерного альтиметра MOLA АМС Mars Global Surveyor. ГАИШ МГУ, 2004 г. [21]
На рис. 1 и 2 отчётливо заметна разница между северным и южным полушариями планеты. Для северного полушария характерны низменные равнины, расположенные в основном ниже нулевого уровня высот. Вероятно, в начале геологической истории планеты часть этих равнин была занята древними океанами. Южное полушарие занято
относительно высокими плоскогорьями. В западном полушарии наиболее заметными формами рельефа являются плато Фарсида с четырьмя наиболее высокими щитовыми вулканами (горы Олимп, Арсия, Аскрийская и Павлина), а также гигантская система разломов — долины Маринера. Кроме того, обращает на себя внимание ударный бассейн — равнина Аргир.
Рис. 2. Гипсометрическая карта Марса (восточное полушарие), созданная по данным высокоточного лазерного альтиметра MOLA АМС Mars Global Surveyor. ГАИШ МГУ, 2004 г. [21]
В восточном полушарии выделяется плато Элизий (с одноимённой горой — древним вулканом), а также наиболее глубокая депрессия на поверхности планеты — равнина Эллада. Также заметной деталью рельефа является равнина Исиды. Необходимо отметить, что такие детали рельефа, как гигантские речные русла — Узбой,
Ниргал, Маадим и т. д., на представленной карте неразличимы, несмотря на протяжённость до тысяч километров и ширину до десятков километров. Не показаны также явным образом контуры полярных шапок планеты.
Также на рис. 3 приведена современная периодизация геологической истории планеты [21].
Рис. 3. Основные эпохи геологической истории Марса и активность различных геологических процессов в зависимости от времени по данным работы [22]. По вертикальной оси указаны временные границы геологических периодов (в прошедших миллиардах лет). Ширина геометрических фигур показывает зависимость относительной интенсивности геологических процессов от времени, знаки вопроса — неполноту либо отсутствие данных
изучение атмосферы марса, поиск её малых составляющих, климат
Одной из наиболее интригующих загадок Марса, непосредственно связанных с его возможной биологической и/или геологической активностью, является проблема марсианского метана. В докладах [23, 24] представлены результаты наиболее точных измерений концентрации этого газа в марсианской атмосфере, выполненных с борта АМС Trace Gas Orbiter (TGO), запущенной в рамках реализации первой фазы совместной программы ЕSA и Роскосмоса ExoMars. Измерения концентрации СН4 проводились наряду с поиском других малых составляющих атмосферы (С2Н2, С2Н4, С2Н6, СН2О, H2S и др.) трёх-канальным ИК-спектрометром высокого разрешения ACS. Три канала прибора
покрывают спектральный диапазон 0,7...17,0 мкм. Спектральное разрешение центрального канала MIR прибора ACS', предназначенного для проведения измерений в диапазоне 2,3.4,5 мкм, достигает 10 000. Ведётся поиск линий поглощения в спектре солнечного излучения, проходящего через марсианскую атмосферу при закатах и восходах Солнца над планетой, наблюдаемых АМС TGO с орбиты. На текущий момент метан не обнаружен, установлен новый верхний предел на его содержание — 0,05 ppbv (0,05 частей на миллиард). Результаты измерений ACS противоречат результатам ряда наземных телескопов и АМС Mars Express (10 ppbv). Противоречат они и прямой регистрации комплексом приборов SAM на борту марсохода Curiosity местных выбросов метана с концентрацией вплоть до
21 ppbv и сезонных вариаций в пределах 0,2-0,6 ppbv (получены в течение пяти лет наблюдений). Кратковременный выброс метана, зарегистрированный Curiosity 15 июня 2013 г., был независимо зафиксирован с орбиты АМС Mars Express. Наличие подобных выбросов, вероятно, несовместимо с данными TGO для существующих оценок времени жизни СН4 в атмосфере планеты (300-500 лет). В докладах [24, 25] предложен новый механизм быстрого разрушения метана в атмосфере Марса космическими лучами, позволяющий устранить наблюдаемое противоречие. Потоки космических лучей ионизуют атмосферные газы, а дальнейшая цепочка ионно-молекулярных реакций приводит к в десятки раз более быстрому разрушению СН4 по сравнению с известным фотохимическим механизмом (рис. 4). В итоге и время жизни метана, и его средняя концентрация в атмосфере резко снижаются. Данный механизм приводит также к сезонным вариациям концентрации метана в атмосфере за счёт его разрушения над полярными регионами в зимний период. Подповерхностные «газовые ловушки» также могут быть источниками его сезонного поступления в атмосферу и выбросов.
Рис. 4. Зависимость концентрации метана в атмосфере Марса от времени [24] (начальная концентрация — 0,6 ррЬ, стрелкой указано характерное время жизни метана при фотохимическом механизме разрушения): 1 — кривая, соответствующая фотохимическому механизму разрушения; 2, 3, 4 — кривые, соответствующие предложенному в докладе [25] ионно-молекулярному механизму для различных плотностей потоков заряженных частиц
В докладе [26] сообщалось о первом обнаружении в атмосфере Марса соляной кислоты (HCl) c помощью прибора ACS при наблюдениях в спектральном диапазоне 3,2.3,8 мкм. Впервые была измерена концентрация этого вещества (1-4 ppbv), которая оказалась в 20 раз выше установленных ранее верхних пределов. Присутствие соляной кислоты может указывать либо на продолжающуюся вулканическую активность на планете, либо на реакции с участием окислов хлора, содержащихся в грунте. Концентрация HCl возрастала во время пылевой бури 2018 г. и снижалась после её завершения, будучи сопоставимой в максимуме с её содержанием в верхней атмосфере Земли. Переменность концентрации указывает на неизвестный и весьма эффективный процесс разрушения HCl в нижней атмосфере и у поверхности, возможно, фотохимической природы. Фотохимические процессы, ведущие к образованию и разрушению HCl в атмосфере Марса, рассмотрены в докладе [27].
Предложенная модель хорошо соответствует данным наблюдений. Хлор обнаружен в марсианских породах и пыли с помощью гамма- и инфракрасной спектроскопии, а также рентгеновского спектрометра альфа-частиц и при анализе проб посадочными аппаратами в составе перхлоратов (в частности, Ca(ClO4)2) и хлоридов (NaCl, MgCl2, CaCl2, FeCl2, FeCl3). Вероятным источником HCl является фотохимическая реакция FeCl3 с атомарным водородом (продуктом диссоциации воды). Падение концентрации HCl может быть связано с её поглощением частицами водяного льда. Корреляция сезонных колебаний концентрации HCl с содержанием пыли в атмосфере указывает на пылинки как на её источник.
В докладе [28] были представлены вертикальные профили содержания молекулярного кислорода в атмосфере Марса по результатам измерений прибора ACS на борту АМС TGO за первый год наблюдений в сравнении с данными, полученными ранее рядом наземных обсерваторий, космической обсерваторией Herschel и марсоходом Curiosity. Эти исследования важны для уточнения моделей циркуляции атмосферы Марса и её сезонных изменений.
В докладе [29] был рассмотрен процесс убегания из атмосферы Марса атомов кислорода с энергиями свыше 2 кэВ, образующихся при высыпании в верхнюю атмосферу атомов водорода и протонов солнечного ветра высоких энергий. Во время солнечных вспышек поток атомов кислорода, обусловленный этим механизмом, может превышать поток, связанный с фотохимическими процессами. ACS получены новые данные о пространственном и временном распределении пыли и ледяных частиц в атмосфере Марса [30]. Аэрозоли играют большую роль в циркуляции атмосферы, тепловом режиме и формировании климата планеты. Пыль влияет на динамику атмосферы, а ледяные частицы во многом определяют фотохимические процессы и транспорт летучих соединений. Важно, что основная научная программа АМС TGO стартовала перед началом на Марсе глобальной пылевой бури 2018 г.
Доклад [31] касался измерений содержания воды в мезосфере Марса (выше 120 км), проводимых ACS в спектральном диапазоне 2,65.2,70 мкм наряду с измерениями температуры и содержания СО2. Эти наблюдения важны для изучения процесса потери Марсом воды, так как молекулы Н2О в верхних слоях атмосферы подвергаются фотодиссоциации. Максимальное содержание воды (20-40 ppbv) наблюдалось на высотах 110-120 км, когда планета находилась вблизи перигелия.
Работа [32] посвящена точному измерению массы отложений замёрзшей углекислоты на полярных шапках Марса в зимний период, что требуется для уточнения климатической модели. Отложения CO2 на поверхности северной полярной
шапки полностью субли- Рис. 5. Сезонный бюджет (прибыль и убыль) углекислоты в полярных шапках
и атмосфере Марса [32]: единица измерения по вертикальной оси — 1015 кг.
мируют в летний период, За нулевой уровень принято максимальное содержание CO2 в атмосфере
переходя в атм°сферу планеты. По горизонтальной оси — солнечная долгота Ls в течение марсианс-
а затем конденсируются кого года, Ls = 0° в точке зимнего солнцестояния (начала весны) в северном
на поверхности южной полушарии. Данные по полярным шапкам получены с помощью АМС MGS и Mars
„ Odyssey (ODY). Красные точки с интервалами ошибок — результаты изме-
полярной шапки, где на- рений через каждые 5 дней; — лучшая аппроксимация сезонных вариаций;
ступает зима. Этот процесс — — — предсказание глобальной модели циркуляции (GCM)
сопровождается изменением атмосферного давления, сезонные вариации которого точно измерены посадочными аппаратами. Процесс перехода СО2 в сезонные отложения полярных шапок и обратно описан моделью глобальной атмосферной циркуляции (GCM). Для её проверки были сделаны непосредственные оценки массы отложений CO2 двумя методами — по вариациям гравитационного поля Марса, и по вариациям нейтронного потока. Вариации гравитационного поля, связанные с эволюцией полярных шапок, получены обработкой траекторных измерений для искусственных спутников Марса на близких к полярным орбитах (АМС Mars Odyssey и MRO). Нейтронный поток от поверхности планеты формируется при взаимодействии нейтронов высоких энергий космических лучей с грунтом. Он ослабляется отложениями, что позволяет оценить их мощность. Измерения выполнялись нейтронным детектором HEND на АМС Mars Odyssey. Результаты оценок хорошо соответствуют предсказаниям модели (рис. 5), но имеются некоторые отклонения, близкие к величинам инструментальной погрешности.
Отклонения могут быть связаны либо с низким пространственным разрешением описанных методов, либо с неверной оценкой ряда параметров ОСЫ. Предложено повысить точность гравитационных измерений, включив в обработку данные ТОО, находящегося на орбите с наклонением 74°, а также заново выполнить калибровку данных НВЫБ.
В докладе [33] обсуждались суточная и сезонная эволюции вертикального и широтного температурных профилей атмосферы Марса. Карты распределения температур получены с помощью ИК-спектрометра Т1ЯУ1Ы с борта АМС ТОО в период с 13 марта по 15 июля 2018 г. Наблюдения позволили проследить изменения, связанные с возникновением и развитием пылевой бури на планете, характерной для периодов великих противостояний.
Подповерхностные запасы воды
Большое значение для понимания истории воды на Марсе, поиска жизни и ресурсов для будущего освоения планеты имеют исследования запасов подповерхностного льда и/или связанной воды методом нейтронной спектроскопии как с орбиты, так и с посадочных аппаратов. Российские учёные в этой области занимают лидирующие позиции. Последние результаты были представлены в докладах [34-38] группы И.Г. Митрофанова (ИКИ РАН). Доклады [34, 38] посвящены первым результатам работы детектора эпи-тепловых нейтронов высокого разрешения (РЯБЫи) на борту ТОО. Получены глобальные карты распределения запасов воды (глубина залегания — до 1 м) с беспрецедентно высоким для данного типа приборов разрешением (60 км/пиксель). Ранее разрешение не превышало 550 км/пиксель. Представлены последние данные об обнаружении в приэкваториальных районах Марса небольших, но богатых водой «оазисов». Поскольку температурные условия на экваторе не позволяют устойчиво существовать водяному льду на небольших глубинах, требуются специальные условия для формирования «оазисов». Они могут содержать остатки прошлой жизни либо указывать на влажные области
под поверхностью, где жизнь существует до сих пор. «Оазисы» представляют интерес как источник ресурсов для будущих миссий. В докладах [35, 36] обсуждались результаты исследований содержания воды в подповерхностном слое марсианского грунта (на глубинах до G,6 м) по пути следования марсохода Curiosity с помощью нейтронного спектрометра DAN (Dynamic Albedo of Neutrons). DAN — российский прибор, первый нейтронный спектрометр, установленный на планетоходе NASA. Прибор фиксирует вариации естественного нейтронного потока от поверхности Марса в различных энергетических диапазонах. Вариации обусловлены рассеянием нейтронов (со смещением спектра в тепловую область) на лёгких атомных ядрах, прежде всего водорода. Атомы водорода в основном входят в состав молекул воды, которая может присутствовать в грунте в различных формах. Спектрометр DAN работает в кратере Гейл более семи лет, за которые преодолено свыше 2G км пути. Содержание воды в подповерхностном слое грунта вдоль трассы колеблется в пределах G,5_7,G%. В докладе [36] рассматривалась корреляция между содержанием воды в грунте по результатам измерений DAN и наличием гидратированных минералов, обнаруженных в кратере Гейл с орбиты, в частности, с помощью спектрометра CRIS, установленного на борту АМС MRO.
Работа приборов FREND и DAN успешно продолжается.
Статус миссии Mars Express
Более 16 лет на орбите Марса функционирует европейская АМС Mars Express. В докладах [39, 4G] было рассказано о состоянии АМС, последних научных результатах и планах на будущее (миссия продлена до конца 2G22 г., рассматривается продление до 2G25 г.). Съёмка камерой высокого разрешения HRSC, а также спектрометром OMEGA позволила обнаружить геологические свидетельства существования системы грунтовых вод планетарного масштаба и формирования отложений глин в относительно тёплый и влажный период на преимущественно холодном древнем Марсе.
С помощью HRSC составлена карта высот части поверхности, включая южную полярную шапку, с разрешением 50 м/пиксель. Найдены следы эпизодической геологической активности, а также больших резервуаров жидкой воды в нескольких провинциях (Эридания, земля Киммерия) в ранний и средний Амазонийский периоды (последние 3 млрд лет истории Марса с преобладанием сухого и холодного климата — прим. автора). Планетным фурье-спектрометром PFS 16 июня 2013 г. был надёжно зафиксирован выброс метана над кратером Гейл (через день после прямых измерений марсохо-да Curiosity). Концентрация газа 15,5±2,5 ppbv. В 2019 г. PFS также подтвердил выброс, зафиксированный марсоходом. Но недавние, почти одновременные наблюдения расходятся, т. е. загадка марсианского метана остаётся. Спектрометр SPICAM, приборы PFS, OMEGA, HRSC и VMC позволили на протяжении полутора десятилетий вести непрерывный мониторинг температуры атмосферы Марса, концентрации пыли, водяного пара и озона, распределения водяных и углекис-лотных облаков. Было найдено, что темпа убегания ионов из верхней атмосферы Марса при взаимодействии с солнечным ветром достаточно, чтобы обеспечить потерю 10 мбар атмосферы за всю историю. Это означает, что должны существовать более эффективные механизмы её потерь. Радар MARSIS позволил изучить строение верхнего слоя коры Марса на глубинах 2.10 км (особо интересно обнаружение озёр жидкой воды под отложениями южной полярной шапки).
климат планеты в раннюю эпоху и его эволюция: геологические свидетельства
Острая дискуссия между специалистами разворачивается вокруг вопроса о климате Марса в раннюю эпоху: Нойский и Гесперийский периоды в истории планеты [41]. Нойский период (~4,1-3,7 млрд лет назад), по существующим представлениям, характеризуется более плотной, чем современная, атмосферой и относительно тёплым и влажным климатом. Геспе-рийский период является переходным между Нойским и Амазонийским, для
которого характерны современные условия — разрежённая атмосфера, низкие среднегодовые температуры и отсутствие на поверхности жидкой воды в устойчивом состоянии. Существуют две гипотезы относительно климата в Нойский период:
1) гипотеза «тёплого и влажного» Марса, предполагающая существование нойского климатического оптимума, когда на поверхности планеты сформировалась сеть речных долин, существовали открытые и закрытые водоёмы (озёра), а также океан на месте низменных северных равнин;
2) гипотеза «холодного и ледяного» Марса, подразумевающая среднегодовые температуры ~225 К, формирование нойских ледниковых возвышенностей, а также колебания климата, вызывающие таяние ледников и возникновение речных долин. В докладе [41] приведены аргументы в пользу второй гипотезы. С точки зрения автора доклада, первичная атмосфера Марса, состоящая в основном из СО2, без заметной примеси других парниковых газов, и вряд ли имевшая давление свыше 1 бар, не способна в условиях «тусклого молодого» Солнца (его светимость более 3 млрд лет назад была ниже современной примерно на 30% — прим. автора) обеспечить на Марсе среднегодовые температуры выше точки замерзания воды. В этом случае марсианские возвышенности должны были играть роль холодных ловушек, где скапливались бы запасы воды в виде льда и снега, формируя ледники. Многочисленные следы существования жидкой воды интерпретируются как результат эпизодического таяния льда, связанного с колебаниями климата, включая сезонные явления, а также вулканическими извержениями. В отличие от модели тёплого и влажного климата, предполагающей регулярное выпадение осадков в виде дождей, важную роль в гидрологическом цикле подземных вод и существование Северного океана, модель холодного и ледяного Марса предсказывает существование толстой глобальной крио-сферы, где большая часть воды сосредоточена в ледниках и снежниках, расположенных выше 1 км над нулевым уровнем марсианской поверхности. Любой океанический бассейн формируется
в результате утечки грунтовых вод, существует короткое время, быстро замерзает, а его запасы воды снова переносятся в холодные ловушки. Рассматриваются различные механизмы кратковременного плавления льда — короткопериодические колебания климата, связанные с изменениями эксцентриситета орбиты Марса и наклона плоскости его экватора к плоскости орбиты, вулканические извержения, падения астероидов. С точки зрения автора, кратковременные изменения климата (на шкале от одного года до миллиона лет) либо мощный локальный нагрев могут объяснить появление речных систем различных типов.
Большой доклад международного коллектива авторов [42] касался современного понимания геологической и климатической истории Марса. Было отмечено, что за два десятилетия, предшествующие 2010-м годам, собран огромный массив данных, в результате чего сформировалось представление о Марсе как о сложном, динамичном мире, в истории которого существовал достаточно длительный период относительно тёплого и влажного климата (в поздний Нойский и Гесперийский периоды). Были разработаны усовершенствованные модели аккумуляции планет земного типа, показано, что Марс изначально сформировался аномально небольшим. Сценарий океана магмы на молодой поверхности Луны был распространён и на формирование марсианской коры, обнаружены области остаточной намагниченности коры планеты, а также определена её толщина из глобальных гравиметрических данных. Показано, что в разные эпохи на планете формировались различные осадочные породы в зависимости от климатических условий (филлосили-каты — в Нойский период, сульфаты — в Гесперийский, безводные окислы железа — в Амазонийский). Изображения с высоким разрешением выявили детали, подтверждающие существование океанов в Нойский и ранний Геспе-рийский периоды. Геоморфологические и минералогические данные, а также данные об изотопных соотношениях подтвердили обилие воды в Нойский период, широко распространённые
следы водной эрозии, связанной с дождями, потоками воды и озёрами. Построены детальные модели гидрологического цикла в разные эпохи. Каналы (гигантские русла) интерпретированы как результат катастрофических наводнений при прорыве огромных масс грунтовых вод из-под криосферы планеты. Глобальная дихотомия планеты (различие между низменными равнинами северного полушария планеты и высокими плоскогорьями южного — прим. автора) была объяснена гигантским скользящим соударением. Геологические и геофизические данные подтвердили, что вулканические и тектонические провинции плато Фарсида сформировались в средний Нойский период. Выявлена роль изменения наклона оси вращения планеты, а также её орбитальной эволюции в климатических изменениях, включая периоды оледенений, не связанных с полюсами. Новые находки в марсианских метеоритах дали толчок развитию астробиологии. Однако, по мнению авторов, ещё более детальные сведения о топографии, геологии и минералогии планеты, полученные в период 2010...2019 гг., уточнили описанную выше картину, сместив её в сторону более холодного и сухого Марса. Возможно, период относительно влажного и тёплого Марса ограничивается поздним Нойским - ранним Геспе-рийским периодами. Большую часть времени планета оставалась сухой и холодной даже в ранний период своей истории. Предлагаются альтернативные механизмы формирования филлосиликатов — на начальных, высокотемпературных стадиях аккумуляции планеты, а также в гидротермальных процессах с участием грунтовых вод. Рассматриваются дальнейшие направления исследований для прояснения картины эволюции планеты, включая поиск следов прошлой либо существующей жизни, которая должна была развиваться в этом случае в условиях, подобных Антарктическим, либо под поверхностью планеты.
Возможное влияние вулканов (рис. 6) на локальные и кратковременные изменения климата раннего Марса посредством выбросов Б02 рассматривается в докладе [43]. Отмечается, что как
минимум 30% марсианской поверхности было затронуто базальтовым вулканизмом в конце Нойского - начале Гесперийского периода. Содержащиеся в вулканических выбросах Б02 и Н2Б являются мощными парниковыми газами, при этом марсианские магмы в большей степени обогащены серой, чем земные.
В ряде ранее выполненных работ было показано, что вулканические выбросы не способны существенно повлиять на среднегодовые температуры планеты и привести к формированию речных долин. Однако не рассматривался детально локальный эффект — нагрев, обусловленный концентрацией изверженных газов вблизи источника. Среди земных аналогов можно упомянуть извержение вулкана Пина-тубо в 2001 г. Авторы работы [43] выполнили 3.0-моделирование влияния вулканических выбросов на локальный, региональный и глобальный климат Марса в Нойский период в предположении о холодном и ледяном Марсе. Моделирование показало, что, хотя выброс Б02 (в количестве 10 ррт при общем атмосферном давлении 1 бар) и приводит к кратковременному локальному росту температуры на 15 К, плавление льда возможно только в течение 10 сут после выброса, если извержение произошло в начале марсианского лета. Вместе с тем, учитывая множественность подобных эпизодов, нельзя исключить заметного вклада данного эффекта в формирование речных русел.
Ключом к проверке гипотезы существования в Нойский период океана на территории северных равнин Марса, по мнению авторов доклада [44],
Рис. 6. Расположение на поверхности Марса крупнейших древних вулканов [43]
являются особенности геологического строения Ацидалийского плато. Оно расположено ниже предполагаемой линии побережья, но возвышается над окружающими равнинами (и является по многим признакам древней возвышенностью вулканического происхождения). Если бы выяснилось, что Ацидалийское плато всегда отличалось субаэральным (наземным) рельефом поверхности, то это стало бы сильным ударом по океанической гипотезе. Но анализ топографических данных, полученных лазерным высотомером MOLA (с борта АМС Mars Global Serveyor), а также снимков поверхности среднего и высокого (вплоть до 5 м/пиксель) разрешения показал, что Ацидалийское плато подвергалось множественным эпизодам водной эрозии, причём не локальной, а на большой площади, что согласуется с существованием океана.
В докладе [45] рассмотрена крайне интересная гипотеза о происхождении относительно молодых оврагов на крутых склонах кратеров Марса. Овраги, похожие на те, которые на Земле прорезает жидкая вода, были обнаружены на Марсе ещё на снимках АМС Mars Global Serveyor (рис. 7). Однако большинство этих образований расположены в средних и высоких широтах возвышенного южного полушария планеты (между 25 и 50° ю. ш.), где уровень атмосферного давления ниже тройной точки воды (612 Па). В связи с этим появилась гипотеза, что овраги возникают при сублимации замерзшей углекислоты, выпадающей на мёрзлый грунт в зимний период. Весной в результате сублимации образуется газовый поток, который ослабляет верхний слой грунта, и происходит оползень. Обнажается расположенный на глубине водяной лёд, который также сублимирует, углубляя овраг. Но длительные (более шести лет) наблюдения показали, что 98,3% оврагов не претерпевает практически никаких изменений, что не согласуется с этим предположением. В докладе предлагается гипотеза,
существовать исчезают на
Авторы полагают, что особенности рельефа, выявленные при анализе снимков высокого разрешения, и характер осадочных пород на дне кратера (крупные размеры частиц, определяемые по величине тепловой инерции грунта), указывают не на речные потоки, а на таяние ледника с формированием бессточного озера.
В докладе [47] рассматриваются последствия столкновений Марса с крупными телами (астероидами диаметром до 100 км) в Нойский период, когда были сформированы такие крупные ударные бассейны как Эллада, Исида и Аргир. С помощью 3-О-моделирования на примере бассейна Аргир показано, что в результате столкновения происходит резкое повышение температуры атмосферы и поверхности, а также насыщение атмосферы как парами силикатных горных пород, так и водяным паром.
что овраги были прорезаны потоками талой воды, которые образовались в период с иным климатом, когда атмосферное давление вдвое превышало современное. Такой период был на Марсе всего 630 тысяч лет назад, когда наклон оси вращения, периодически изменяющийся со временем, составлял ~35° (в настоящую эпоху ~25° — прим. автора). При этом сильнее прогревались полярные шапки, и большие постоянные запасы сухого льда переходили в атмосферу. В средних широтах образовывались мощные ледяные отложения, которые частично таяли в летнее время, формируя овраги. С помощью климатической модели авторы показали, что большая часть оврагов находится в области, где хотя бы в течение 13% времени года могла жидкая вода. Овраги высотах более 4 500 м, что согласуется с новой гипотезой, но не находит объяснения в углекислотной.
В настоящий момент Марс отличается крайне холодным и сухим климатом. Однако следы древних водных потоков и озёр указывают на гораздо более тёплый и влажный климат в Нойский период, когда дожди могли питать сточные системы и водоёмы десятки миллионов лет. Авторы доклада [46], будучи сторонниками гипотезы холодного раннего Марса, полагают, что эта картина несовместима с моделями климата, указывающими на низкие температуры в ту эпоху. Они ищут доказательства высокогорных оледенений и формирования бессточных бассейнов при таянии ледников. В докладе рассматривается морфология Рис. 7. Овраги на крутых склонах марсианских кратеров [45]: A — изображение безымянного кратера диа- камеры HIRISE (область Terra Sirenum), на котором видны изменения одного из оврагов К/, тлч ,,„,„„„т " (образование нового канала показано на врезке); B — стрелки показывают участок
метром 54 км, который,
Г Г поверхности до образования нового канала; C — вновь образовавшийся канал;
как считалось ранее, d — изображение камеры HiRISE (координаты центра снимка — 176,52° E, 37,40° S), подвергся водной эрозии. на котором также видна разветвлённая система оврагов
В результате последующего охлаждения и конденсации продуктов испарения на поверхность планеты оседает слой ударных силикатных сферул (который в случае с бассейном Аргир может иметь мощность до 34 м). Кроме того, наступает длительный (до нескольких десятилетий!) период дождей, причём количество выпадающих осадков достигает 2,6 м/год, а температура воды близка к точке кипения. В результате подобного потопа возможна мощная эрозия валов кратеров и других возвышенных форм рельефа, а также образование осадочных толщ. Данное явление необходимо отличать от водной эрозии, возникающей в период обычного, стабильного климата.
В докладе [48] рассмотрены топографические характеристики и хронология формирования флювиальной (образованной течением воды — прим. автора) системы долин Узбой - Ладон. Долины Узбой и Ладон представляют собой гигантские древние речные русла. По одной из гипотез вместе с ещё несколькими каналами они составляют единую систему стока (самую длинную долину в Солнечной системе), образовавшуюся в результате катастрофического наводнения при прорыве огромного озера, заполнявшего древний ударный бассейн Аргир. Однако авторы доклада, опираясь на топографическую карту, составленную с помощью альтиметра MOLA, а также снимки, полученные с помощью спектрометра THEMIS и камеры CTX высокого разрешения (до 6 м/пиксель), выполнили детальный анализ геологического строения района и пришли к выводу, что долины Узбой и Ладон не связаны друг с другом и ударным бассейном Аргир. Кроме того, если долины Ладон действительно могли сформироваться в результате единичного катастрофического наводнения, то долина Уз-бой формировалась постепенно, множеством потоков, появившихся в разное время.
В докладе [49] представлены новые данные об обнаружении с помощью спектрометра CRISM (на АМС MRO) полевошпатных горных пород при наблюдении стен восточной области каньона Копрат, входящего в систему долин Маринера.
В докладе [50] предложена модель формирования богатых сульфатами осадочных толщ в долине Маринера. Сульфаты широко распространены на Марсе, в т. ч. в виде мощных осадочных отложений, встречающихся, например, на плато Меридиана (где работал марсоход NASA Opportunity), в долине Маринера, в полярных районах (гипсовые отложения). Считается, что слоистые отложения плато Меридиана сформировались в эпоху переходного климата на Марсе (поздний Нойский - ранний Гесперийс-кий периоды) при высыхании мелких водоёмов, питаемых грунтовыми водами с высокой кислотностью. Авторы считают неверным распространять данный механизм на все богатые серой осадочные толщи, предлагая альтернативу — вулканическую гипотезу. Предполагается, что в специфических марсианских условиях (разрежённая атмосфера и низкая гравитация) могли происходить эксплозивные (взрывные) вулканические извержения с выбросом большого количества мелких частиц пепла, богатых сульфатами. При выпадении их на поверхность (на большой площади) могло происходить растворение сульфатов в воде, возникающей в результате таяния льда (также из-за вулканической активности). В дальнейшем в этой среде происходило формирование слоистых отложений.
В докладах [51, 52] представлены интересные результаты моделирования распространения ударных волн в атмосфере Марса при падении метеоритов, оставляющих следы на поверхности благодаря перемещению пыли. Приведено сопоставление результатов моделирования с реальными деталями поверхности вокруг свежих кратеров небольшого диаметра — тёмными «гало», дугами, параболами и т. п. (рис. 8).
В отличие от Земли, даже в нижних слоях разрежённой марсианской атмосферы перенос тепла от поверхности осуществляется не конвекцией, а тепловым излучением. Моделирование радиационного транспорта, без которого невозможно построение моделей атмосферы и климата, для разрежённой и запылённой атмосферы Марса является сложной задачей, особенностям
которой (связанным с нарушением локального термодинамического равновесия) был посвящён доклад [53]. В докладе [54] сообщалось об уточнённых моделях поглощения солнечного излучения аэрозолями в атмосфере Марса, что важно для понимания механизма пыльных бурь.
Рис. 8. Группа молодых кратеров с окружающими их деталями, образованными ударными волнами при падении метеоритов [51]: 1 и 2 — кратеры диаметром ~4,0 и 2,5 м (образовались в период между получением двух последовательных снимков данного участка поверхности в декабре 2002 и марте 2008 гг., т. е. имеют возраст 6±3 года); АА — параболическая деталь поверхности, образованная перемещением пыли в пределах 100 м от кратера; ВВ и СС — дугообразные детали, прослеживаемые от «родительских» кратеров
история изучения планеты
Было сделано два доклада, освещающих историю изучения Марса. Доклад [55] касался истории получения одних из первых серий изображений поверхности Марса с пролётной траектории зондами «Маринер-6,7» (1969 г.), в частности, трудностей баллистического
обеспечения этих экспериментов в условиях дефицита информации о красной планете. Были представлены некоторые из полученных изображений в современной обработке. В докладе [56] рассказывалось об обнаружении остаточной намагниченности марсианской коры АМС «Марс-3» за 25 лет до официального открытия этого явления по результатам измерений АМС Mars Global Surveyor. Орбитальный модуль АМС «Марс-3» впервые в истории зафиксировал 21 января 1972 г. (вскоре после выхода на орбиту Марса) сильное и регулярное магнитное поле на расстоянии ~1 500 км от поверхности планеты на её дневной стороне.
научная аппаратура и методики проведения экспериментов, новые технологии в космических исследованиях
В рамках планируемой в настоящий момент на 2022 г. российско-европейской миссии «Экзомарс-2022» предполагается, в частности, проведение измерений намагниченности поверхности Марса в районе посадки — долине Мавра на плато Оксиа. Особенности намагниченности пород (величина и направление магнитного поля) могут дать подсказки относительно геологической природы исследуемого региона. Для правильной интерпретации магнитных сигнатур целесообразно исследовать схожими методами земные аналоги марсианских форм рельефа, чья геологическая история хорошо изучена. Особый интерес представляют результаты измерений для региона Рио Тинта (который рассматривается в качестве аналога места посадки), выполненные группой европейских исследователей [57]. Та же группа обсуждает новые возможности, открывающиеся в планетарных исследованиях благодаря использованию нового ньютоновского измерителя магнитной восприимчивости [58].
В докладе [59] приведены результаты наземных испытаний телевизионной системы для посадочной платформы миссии «Экзомарс-2022». Рассмотрены особенности конструкции и процесса получения изображений. Одна из основных особенностей — расположение оптических осей четырёх
камер системы под углом 90° друг к другу в азимутальной плоскости, что позволяет получать круговые панорамы.
Авторы доклада [60] создают трёхмерную модель магнитного поля Марса по измерениям радара MARSIS. Выделены две составляющие: связанная с областями намагниченности марсианской коры и порождаемая взаимодействием солнечного ветра с ионосферой планеты.
В работе [61] представлена лёгкая и компактная магнитометрическая система, пригодная для размещения на небольших летающих платформах (дронах) для исследования планетных тел с атмосферой. Измерение локальной намагниченности горных пород магматического происхождения с высоким разрешением позволяет восстановить геологическую историю поверхности и условия формирования вулканических форм рельефа (включая характеристики атмосферы). Размещение системы на летающей платформе даёт возможность обследования больших областей, чем с помощью планетоходов. В частности, NASA изучает возможность отправки на Титан летающей платформы Dragonfly. В докладе представлены результаты испытаний системы на гекса-коптере при обследовании вулкана Cerro Gordo (Испания).
Для будущих пилотируемых экспедиций к Марсу чрезвычайно важным является вопрос о радиационных условиях на пути к планете и в околопланетном пространстве. Доклад [62] был посвящён определению с помощью дозиметра прибора FREND на борту АМС TGO радиационных условий (потоков заряжённых частиц, эквивалентных доз излучения) на рабочей орбите высотой 400 км и наклонением 74° (период обращения — 2 ч), а также в межпланетном пространстве. В докладе [63] предложено создать единую сеть длительного наблюдения за солнечной активностью, включающую оборудование, размещённое на Земле и на Марсе (на поверхности планеты и её орбите). Так как большую часть года Земля и Марс по-разному расположены относительно Солнца, а синодический период его вращения
26,24 дня, то одновременные наблюдения за «космической погодой» позволяют не только построить её глобальную модель, но и создать систему раннего предупреждения о солнечных бурях.
В докладе [64] показаны возможности использования облачных вычислений в космических исследованиях на двух интересных примерах: обработке данных радара MARSIS для изучения ионосферы Марса, а также симуляции выращивания различных сельскохозяйственных культур на марсианских почвах в процессе будущей колонизации. Последняя задача требует рассмотрения огромного числа вариантов с учётом множества переменных, описывающих культуру, внешние условия, состав почвы, применяемые агротехнические средства и т. п. Облачные вычисления с использованием среды Amazon Web Service Lambda позволили быстро решить указанные задачи без привлечения суперкомпьютеров.
В докладе [65], в контексте моделирования радиационных условий на Марсе, а также создания радиационно-стойких материалов для научного оборудования марсианских миссий рассматривалось новое направление в материаловедении, использующее явление резонансной электромагнитной индукции в облучаемых электромагнитными волнами диэлектриках. Указывается на возможность создания материалов с высокой прозрачностью в оптическом, терагерцевом и микроволновом диапазонах.
Заключение
Исследования Марса в настоящий момент переживают расцвет, о чём свидетельствует, в частности, обилие и разнообразие докладов на последних конференциях M-S3. Российские учёные, несмотря на объективные трудности, принимают активное участие в изучении Красной планеты в рамках совместной с ESA миссии «Экзомарс». Значительные результаты получены в области изучения малых составляющих атмосферы Марса, а также поиска и картирования подповерхностных запасов воды. Оба этих направления имеют прямое отношение к восстановлению эволюционной истории планеты, поиску свидетельств
недавней и даже современной геологической активности, а также следов прошлой либо существующей биосферы. Наличие значительных запасов воды на небольшой глубине под большей частью поверхности Марса может существенно упростить реализацию пилотируемой экспедиции и развёртывание обитаемой базы.
Список литературы
1. Безяев И.В., Стойко С.Ф. Обзор проектов пилотируемых полетов к Марсу // Космическая техника и технологии. 2018. № 3(22). С. 17-31.
2. Синицын А.А. Баллистические варианты пилотируемой экспедиции на Марс с ядерной электроракетной двигательной установкой // Космическая техника и технологии. 2016. № 4(15). С. 80-90.
3. Архангельский Н.И., Музыченко Е.И., Синицын А.А. Баллистические варианты пилотируемой экспедиции на Марс с двигательными установками большой тяги // Космическая техника и технологии. 2021. № 3(34). С. 96-110.
4. Режим доступа: https://www.nasa. gov/specials/artemis/ (дата обращения 28.08.2021 г.).
5. Луна — шаг к технологиям освоения Солнечной системы / Под науч. ред. Легостаева В.П., Лопоты В.А. М.: РКК «Энергия», 2011. 550 с.
6. Микрин Е.А. Перспективы развития отечественной пилотируемой космонавтики (к 110-летию со дня рождения С.П. Королёва) // Космическая техника и технологии. 2017. № 1(16). С. 5-11.
7. Режим доступа: https://mars.nasa. gov/mgs (дата обращения 28.08.2021 г.).
8. Режим доступа: https://mars.nasa. gov/odyssey (дата обращения 28.08.2021 г.).
9. Режим доступа: https://www. esa.int/Science_Exploration/Space_ Science/Mars_Express (дата обращения 28.08.2021 г.).
10. Режим доступа: https://mars.nasa. gov/mro (дата обращения 28.08.2021 г.).
11. Режим доступа: https://lasp.colorado. edu (дата обращения 28.08.2021 г.).
12. Режим доступа: https://www.isro.gov. in/pslv-c25-mars-orbiter-mission (дата обращения 28.08.2021 г.).
13. Режим доступа: http://exomars. cosmos.ru/ (дата обращения 28.08.2021 г.).
14. Режим доступа: https://www. nasaspaceflight.com/2021/02/china-ready-to-begin-mars-tenure-with-tianwen-1-orbit-insertion/ (дата обращения 28.08.2021 г.).
15. Режим доступа: http://www.cnsa. gov.cn/n6758823/n6758838/c6812123/ content.html (дата обращения 28.08.2021 г.).
16. Режим доступа: https://www. emirate smarsmission.ae (дата обращения 28.08.2021 г.).
17. Режим доступа: https://mars.nasa. gov/mer/ (дата обращения 28.08.2021 г.).
18. Режим доступа: https://mars.nasa. gov/insight/ (дата обращения 28.08.2021 г.).
19. Режим доступа: https://mars.nasa. gov/msl/ (дата обращения 28.08.2021 г.).
20. Режим доступа: https://mars.nasa.gov/ mars2020/ (дата обращения 28.08.2021 г.).
21. Родионова Ж.Ф., Илюхина Ю.А. Новая карта рельефа Марса // Земля и Вселенная. 2005. № 2. С. 38-48.
22. Carr M.H., Head J.W. III Geologic history of Mars // Earth and Planetary Science Letters. 2010. № 294. Р. 185-203.
23. Trokhimovskiy А., Korablev O., Fedorova A., Montmessin F., Olsen K., Baggio L., Lefevre F., Patrakeev A., Shakun A. Methane and other trace species detection attempts using ACS MIR channel onboard TGO ExoMars mission // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 22.
24. Pavlov A.K., Tsurkov D.A., Pavlov A.A. Combination of methane spontaneous emission and ion-molecular reactions as a possible way to explain the variations of methane concentration in Martian atmosphere // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 32.
25. Pavlov A.K., Tsurkov D.A., Pavlov A.A. A novel mechanism for rapid methane destruction by cosmic rays on Mars // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 23-24.
26. Trokhimovskiy А., Olsen K.S., Korablev O, Lefevre F, Montmessin F, Fedorova A. First detection of HCl in the atmosphere of Mars by ACS TGO // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct.5-9, 2020. V. 1. P. 41.
27. Krasnopolsky V.A. Photochemistry of HCl in the Martian Atmosphere // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp.
11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 42.
28. Fedorova A., Lefevre F., Trokhimovsky A., Korablev O, Montmessin F, Zharikova M, Patrakeev A., Bertaux J.-L. and the ACS team. The O2 vertical profiles in the Martian atmosphere with ACS-NIR onboard TGO // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 25-26.
29. Shematovich V.I., Kalinicheva E.S. Atmospheric escape of atomic oxygen during the auroral events at Mars // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 33-34.
30. Luginin M, Fedorova A., Ignatiev N. Grigoriev A., Trokhimovskiy A., Shakun A., Montmessin F. and Korablev O. Dust and water ice aerosols during the first year of ACS TIRVIM and NIR observations // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 27-28.
31. Belyaev D.A., Fedorova A.A., Alday J., Lefevre F., Korablev O.I., Montmessin F, Trokhimovskiy AYu, Patrakeev A., and ACS team Upper mesospheric water on Mars as measured by ACS TGO solar occultation's // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 40.
32. Rosenblatt P., Muñoz Fernández M., Marty J.C., Svedhem H, Metcalfe L. Measurements of Mars' CO2 seasonal mass deposits at polar caps: a comparison between gravity and Neutron flux data // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 19-21.
33. Vlasov P., Ignatiev N, Guerlet S., Grassi D., Grigoriev A., Shakun A., Patsaev D., Maslov I., Luginin M.,. Millour E, Forget F., Arnold G., Trokhimovskiy A., Korablev O, Montmessin F. Diurnal and seasonal evolution of Martian atmospheric thermal structure from ACS-TIRVIM experiment onboard TGO ExoMars // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 38-39.
34. Malakhov A.V., Mitrofanov I.G., Sanin A.B., Litvak M.L., Golovin D.V., Djachkova M.V., Nikiforov S.Yu.,
Anikin A.A., Lisov D.I., Lukyanov N.V. FREND onboard ExoMars: global near-surface water abundance and local features // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 31.
35. Nikiforov S.Y., Mitrofanov I.G., Litvak M.L., Djachkova M.V., Lisov D.I., Sanin A.S. Analysis of the water distribution in Martian subsurface estimated by passive measurements with the DAN instrument onboard NASA/MSL // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 32-33.
36. Djachkova M.V., Mitrofanov I.G., Nikiforov S.Y., Litvak M.L., Lisov D.I., Sanin A.B. Subsurface water content in Gale crater from DAN measurements and its correlation with mineral abundance on the surface // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 34.
37. Nikiforov S.Y., Mitrofanov I.G., Litvak M.L., Djachkova M.V., Lisov D.I., Sanin A.B. Water content in the Martian subsurface along the NASA MSL traverse by neutron measurements // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 17.
38. Malakhov A.V., Mitrofanov I.G., Litvak M.L., Sanin A.B., Golovin D.V., Anikin A.A., Djachkova M.V., Lisov D.I., Lukyanov N.V., Nikiforov S.Yu. Local water-rich areas in equatorial region of Mars as seen by FREND neutron spectrometer // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 18.
39. Titov D.V., Bibring J.-P., Cardesin A., Duxbury T, Forget F, Giuranna M, González-Galindo F., Holmstrom M., Jaumann R., Maattanen A., Martin P., Montmessin F, Orosei R, Patzold M, Plaut J., and MEX SGS Team Mars Express recent science highlights // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 29-30.
40. Titov D.V., Bibring J.-P., Cardesin A., Duxbury T, Forget F, Giuranna M, González-Galindo F., Holmstrom M, Jaumann R., Maattanen A., Martin P.,
Montmessing F., Orosei R., Patzold M., Plaut J., and MEX SGS team Mars Express science highlights and future plans // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 27.
41. Head J.W. Toward an understanding of early Mars climate history: new themes, directions and tests // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 35-38.
42. Head J.W., Wordsworth R.D., Wilson L., Kreslavsky M.A., Palumbo A.M., McSween H.Y. Geologic and climatologic history of early Mars: Recent developments, unknowns and directions for the next decade // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 52-54.
43. Palumbo A.M., Head J.W, and Wordsworth R.D. Volcanism on early Mars: Exploring the influence of the SO2 plume on local and short-term climate change // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 39-41.
44. Ivanov M.A. and Hiesinger H. The Acidalia Mensa region on Mars: A key element to test the Mars ocean hypothesis // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 42-44.
45. Dickson J.L., Palumbo A.M., Head J.W., Kerber L.A., Fassett C.I., Kreslavsky M.A. The formation of young Gullies on Mars by the melting and boiling of water at high obliquity // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 55-58.
46. Boatwright D.B., Head J.W. Mars crater modification in the Late Noachian: evidence for cold-based crater wall glaciation and endorheic basin formation // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp.11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 59-61.
47. Palumbo A.M., Head J.W. Large impact basin-related climatic and surface effects on Mars: Argyre basin as a case study // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 62-64.
48. Ivanov M.A., Hiesinger H. Topographic characteristics and chronology of the Uzboi-Ladon fluvial system on Mars // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 43-45.
49. Flahaut J., Barthez M., Payet V., Fueten F, Guitreau M., Ito G., Allemand P.,
Quantin-Nataf C. Identification and characterization of new feldspar-bearing rocks in the walls of Valles Marineris, Mars // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 46-47.
50. Head J.W., Wilson L. Sulfates on Mars: a pyroclastic airfall model for origin, emplacement, and initial alteration of Valles Marineris interior layered deposits // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 48-51.
51. Ivanov B.A. Air shock wave traces on Mars // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 45-47.
52. Ivanov B.A. Martian dust activation due to air shock waves from small impacts // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 35-37.
53. Ogibalov V.P., Shved G.M. Effect of aerosol scattering on radiative transfer in the CO2 and CO infrared bands in the daytime Martian atmosphere under break- down of vibrational LTE // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 48-50.
54. Velasco M.P., Usero D., Jiménez S. Vázquez-Poletti J.L., Vázquez L. The Martian atmospheric dust dynamic through fractional differential models and simulations // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 51-52.
55. Duxbury T.C., Seregina N.V. Looking back at Mars 50 years: Mariner Mars 1969 imaging // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 53.
56. Verigin M.I., Kotova G.A., Slavin J.A. Measurements of the Martian crust
magnetization 25 years before its discovery // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp.10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 54-57.
57. Diaz-Michelena M., Kilian C.R. Magnetic measurements in terrestrial analogues of Mars // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 58.
58. Díaz-Miche lena M., Mesa J.L., Arlensiú A., J. de Frutos, González V., Aroca Hernández-Ros C, Pérez Jiménez M., Maicas M., Sanz M.M., Lavín García C., Marante R, Langlais B., Kilian R., Baeza Ó., Ríos F., Rivero M.A. Newton novel magnetic instrument. Potential application to unveil key questions as the origin of Martian moons // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11,
2019. V. 1. P. 59-60.
59. Abramov N.F., Elyashev Ya.D, Polyanskiy I.V., Prokhorova S.A. Ground testing of the landing platform television system of the ExoMars-2020 spacecraft // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 16.
60. Jimenez S, Ramírez-Nicolás M., Usero D., Pascual P.J., Velasco M.P., Vázquez L. Solar wind at Mars and magnetic field interactions // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9,
2020. V. 1. P. 28.
61. Díaz-Michelena M., Fernandez Romero S, Rivero Rodríguez M. A., Morata Barrado P., De Diego Custodio E. Drone magnetometry : a new approach to study present and past conditions in the planetary bodies // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3.
Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 30-31.
62. Semkova J., Koleva R., Benghin V., Dachev T., Matviichuk Y, Tomov B, Krastev K., Maltchev S, Dimitrov P., Bankov N, Mitrofanov I., Malakhov A., Golovin D., Mokrousov M., Sanin A., Litvak M, Kozyrev A., Nikiforov S., Lisov D., Anikin A., Shurshakov V., Drobyshev S. Radiation environment in the interplanetary space and Mars' orbit according FREND's Liulin-MO dosimeter aboard ExoMars TGO data // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 22-24.
63. Zorzano M.P., Martín-Torres J., Ramírez-Luque J.A. Comparison of space weather on Mars and Earth, towards a global monitoring: a feasibility study for ExoMars, using InSight and MSL ExoMars TGO data // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 25-26.
64. Vázquez-Poletti J.L., Llorente I.M., Ruiz-Ramos M., Pascual P.J., Ramírez-Nicolás M., Sanz-Cobena A., Jiménez S, Rodríguez A., Usero D., Vázquez L, Makovchuk V.Yu, Grishakina E.A., Belov A.A., Cheptsov V.S., Ezhelev Z.S. Serverless computing for Mars exploration and colonization applications // Abstr. 10th Moscow Solar System Symp. 10M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 7-11, 2019. V. 1. P. 61-63.
65. Vázquez L. From space and radiation to new materials // Abstr. 11th Moscow Solar System Symp. 11M-S3. Space Research Institute, Moscow, Oct. 5-9, 2020. V. 1. P. 29.
Статья поступила в редакцию 05.07.2021 г. Окончательный вариант — 28.08.2021 г.
Reference
1. Bezyaev I.V., Stoiko S.F. Obzor proektov pilotiruemykh poletov k Marsu [A review of projects for manned missions to Mars]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2018, no. 3(22),pp. 17-31.
2. Sinitsyn A.A. Ballisticheskie varianty pilotiruemoi ekspeditsii na Mars s yadernoi elektroraketnoi dvigatel'noi ustanovkoi [Trajectory options for a manned mission to Mars using a nuclear-powered electric propulsion system]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2016, no. 4(15),pp. 80-90.
3. Arkhangel'skii N.I., Muzychenko E.I., Sinitsyn A.A. Ballisticheskie varianty pilotiruemoi ekspeditsii na Mars s dvigatel'nymi ustanovkami bol'shoi tyagi [Trajectory options for a manned mission to Mars using high-thrust electric propulsion systems]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2021, no. 3(34), pp. 96-110.
4. Available at: https://www.nasa.gov/specials/artemis/ (accessed 28.08.2021).
5. Luna — shag k tekhnologiyam osvoeniya Solnechnoi sistemy [The Moon is a step towards technologies for exploring the Solar System]. Pod nauch. red. Legostaeva V.P., Lopoty V.A. Moscow, RKK «Energiya» publ., 2011. 550 p.
6. Mikrin E.A. Perspektivy razvitiya otechestvennoi pilotiruemoi kosmonavtiki (k 110-letiyu so dnya rozhdeniya S.P. Koroleva) [Outlook for our country's manned spaceflight development (to mark the 110th anniversary of S.P. Korolev]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2017, no. 1(16), pp. 5-11.
7. Available at: https://mars.nasa.gov/mgs (accessed 28.08.2021).
8. Available at: https://mars.nasa.gov/odyssey (accessed 28.08.2021).
9. Available at: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Mars_Express (accessed 28.08.2021).
10. Available at: https://mars.nasa.gov/mro (accessed 28.08.2021).
11. Available at: https://lasp.colorado.edu (accessed 28.08.2021).
12. Available at: https://www.isro.gov.in/pslv-c25-mars-orbiter-mission (accessed 28.08.2021).
13. Available at: http://exomars.cosmos.ru/ (accessed 28.08.2021).
14. Available at: https://www.nasaspaceflight.com/2021/02/china-ready-to-begin-mars-tenure-with-tianwen-1-orbit-insertion/ (accessed 28.08.2021).
15. Available at: http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c6812123/content.html (accessed 28.08.2021).
16. Available at: https://www.emiratesmarsmission.ae (accessed 28.08.2021).
17. Available at: https://mars.nasa.gov/mer/ (accessed 28.08.2021).
18. Available at: https://mars.nasa.gov/insight/ (accessed 28.08.2021).
19. Available at: https://mars.nasa.gov/msl/ (accessed 28.08.2021).
20. Available at: https://mars.nasa.gov/mars2020/ (accessed 28.08.2021).
21. Rodionova Zh.F., Ilyukhina Yu.A. Novaya karta rel'efa Marsa [A new map of the relief of Mars]. Zemlya i Vselennaya, 2005, no. 2, pp. 38-48.
