Новый марсоход займётся поиском жизни - «Технологии»

Европейское космическое агентство (ESA) подтвердило участие в совместном с NASA проекте высадки на Марс в 2021 году самоходного робота для поиска следов внеземной жизни в марсианских породах, а также для сбора образцов с их возможным последующим возвращением на Землю.

Проект включает несколько планируемых запусков ракет в сторону Марса начиная с июля 2020 года. Первая часть проекта — высадка марсохода в рамках миссии Mars 2020 в марсианском кратере Езеро. Эта часть проекта наименее амбициозна и давно в процессе подготовки по следам двух успешных посадок марсоходов Curiosity и Opportunity. Mars 2020 — это копия робота Curiosity, по крайней мере в отношении его ходовой части, однако он будет оснащён другим набором инструментов, предназначенных именно для поиска следов жизни. В новом марсоходе предусмотрен набор научных инструментов, специально предназначенных для обнаружения органических соединений, которые могли бы указывать на следы жизнедеятельности на уровне микроорганизмов, хотя бы в далёком прошлом. В настоящее время NASA традиционно проводит конкурс среди всех желающих на выбор лучшего названия для будущего робота.

В отличие от всех предыдущих марсоходов новый робот также будет не только исследовать выбуренные образцы пород, но и «коллекционировать» их, откладывая в герметичный контейнер, который будет храниться на поверхности Марса для последующей пересылки на Землю. Программа возвращения контейнера с образцами предусматривает запуск в будущем ещё двух космических кораблей к Марсу. Задача первого из них (в районе 2026 года) — доставить посадочный модуль с роботом-марсоходом, который подберёт контейнер и запустит его обратно на орбиту Марса. При этом контейнер с образцами на некоторое время станет неуправляемым спутником Марса. И, наконец, третий корабль поймает контейнер на орбите и доставит его на Землю, выпустив его в земную атмосферу с приземлением где-то в пустынной местности в штате Юта ориентировочно в 2031 году.

Амбициозность проекта заключается, прежде всего, в том, что космические корабли до этого никогда не возвращали ничего с Марса, как и с большинства других тел Солнечной системы. Единственное космическое тело, с которого были доставлены образцы породы — это Луна (полёты многочисленных «Аполлонов», доставивших на Землю в общей сложности 380 кг лунных пород, и нескольких советских автоматических станций серии «Луна», также доставивших образцы лунного грунта на Землю). Также совсем недавно удалось при помощи двух японских космических кораблей «Хаябуса» и «Хаябуса-2» провести отбор образцов с двух небольших околоземных астероидов — про это мы уже писали. Здесь, таким образом, стоит задача первого в истории (не считая запусков с Луны) запуска на орбиту космической ракеты с поверхности другой планеты. Полностью новыми задачами является «захват» летающего на орбите контейнера с образцами, а также «встреча» и взаимодействие двух марсоходов (второй должен найти и забрать оставленную первым «посылку»).

Пока что эти две части проекта находятся в самой начальной стадии разработки (у проекта на настоящий день даже нет официального названия). Зато его первая часть, Mars-2020 — вполне реальная цель ближайшего времени, и о ней есть смысл рассказать более подробно. Отметим, что примерно в то же время планируется реализация похожего по своим задачам российско-европейского проекта ExoMars.

Геологическая история Марса не похожа на земную. Исходя из рельефа поверхности, в частности, плотности метеоритных кратеров, протогеологические изыскания выделили всего три эпохи, отложения которых проявляются на разных участках планеты. Первые две (нойский и гесперийский периоды) закончились 2—3 миллиарда лет назад, когда на Земле царил архей с зачатками микробной жизни. Предполагается, что нойский период был отмечен наличием воды на поверхности, а также в среднем относительно тёплым климатом. Также для него характерны глинистые минералы, образующиеся на Земле в хорошо обводнённых обстановках. Сравнительно кратковременный гесперийский период — высыхание и «сворачивание» геологической активности с образованием сульфатных минералов и других солей (эвапоритов) в кислой среде. Всё оставшееся время Марс живёт в амазонийский период «угасания» планеты с образованием безводных минералов и оксидов железа — то, что ждёт нашу Землю через пару миллиардов лет.

Интересные нам породы нойской эпохи с обилием глинистых минералов предположительно захоронены последующими отложениями, но во многих случаях они, вместе с гесперийскими, обнажаются в кратерах от удара метеоритов. Кроме того, многие из этих минералов могут образовываться в узких диапазонах температур, и тем самым служат термометрами для определения геологических палеоусловий. Этим и обусловлена тяга к выбору мест посадки преимущественно в кратерах с естественными обнажениями.

История инструментального поиска следов жизни на Марсе открывается ещё экспериментом «Викинга» по обнаружению органического вещества в 1976 году. Исследовалась судьба меченых радиоизотопов углерода, которые, при наличии микробной активности, должны бы были выделяться в атмосферу в составе газа в экспериментальной капсуле с марсианской породой (т. н. labelled release). Практически всё время после «провала» того эксперимента астрофизики по традиции осторожно говорят не о поиске жизни, а о нахождении условий обитаемости и поиске возможных биосигнатур, в частности, в атмосфере.

Одним из неплохих указаний на наличие жизни астробиологи считают метан CH4, а также его гомологи и оксиды углерода (CO2, CO). Для их поисков не обязательно лететь на Марс — можно исследовать с Земли его атмосферу, в частности, её спектр поглощения. И в 2003 году сразу три исследовательские группы объявили об обнаружении метана в количествах, превышающих ожидаемые концентрации при действии только химических процессов. Таким же способом ранее исследование спектра поглощения марсианской атмосферы позволило обнаружить присутствие в ней воды.

Несколько позже марсоход Curiosity наконец обнаружил как признаки метана в атмосфере Марса, так и в 2018 году следы органических молекул в образцах породы, извлечённых с некоторой глубины. Он приземлился в кратере Гейл вблизи экватора, в районе чёткого аллювиального веера — характерной структуры рельефа, соответствующей выносу материала в пролегавшей здесь когда-то дельте реки. Однако робот Curiosity не был предназначен для поиска биосигнатур. Одной из его функцией было выявление потенциально пригодных условий для существования жизни в прошлом. Такая флювиально-озёрная обстановка вполне отвечает условиям обитаемости в прошлом, по крайней мере, судя по земному опыту. Однако одна из загадок результатов Curiosity — отсутствие в кратере Гейл карбонатных минералов. Такие минералы, например обычный известняк (кальцит CaCO3) легко формируются на Земле в подобных обстановках. Кроме того, это и признак наличия CO2 в атмосфере, который за счёт парникового эффекта мог бы в какой-то период поддерживать умеренную температуру на планете для существования жидкой воды.

Подобные геоморфологические условия также установлены для кратера Езеро (Jezero) — целевого объекта космической миссии Mars-2020. Это небольшой (около 45 км) кратер внутри крупного бассейна Изиды (более древнего кратера от очень крупного метеорита). Он расположен в экваториальных широтах в квадрангле Syrtis Major (одном из 30 больших «секторов», на которые для удобства ориентировки разбита планета) недалеко от известной марсианской структуры Nili Fossae — системы грабенов, вероятно, образовавшихся при ударе того же метеорита. Этот участок с породами нойской геологической эпохи примечателен тем, что в декабре 2008 г. разведывательный спутник (Mars Reconnaissance Orbiter) впервые обнаружил в этом месте карбонатные минералы. Результаты исследования минерального состава кратера Езеро опубликованы в ноябре 2019 года в журнале Icarus. Кроме того, этот район находится непосредственно вблизи структур рельефа, указывающих на конус выноса палеореки в озеро.

По сочетанию различных признаков, включая особенности рельефа и закономерности пространственного распределения предполагается, что карбонатные минералы имеют именно озёрное происхождение, осаждаясь в своё время в околобереговой озёрной обстановке подобно аналогичным геологическим условиям на Земле. В этом случае такие минералы могут сохранить биосигнатуры возможной жизни, например, в виде строматолитов — карбонатных построек из цианобактериальных матов. На Земле такие микробиальные сообщества являются первыми из известных нам высокоорганизованных экосистем микроорганизмов, известных с архея. По времени эта эпоха грубо соответствует предположительному периоду живой геологической активности Марса, в котором только и естественно ожидать зарождения жизни.

Запуск космического аппарата с марсоходом Mars-2020 планируется в июле 2020 года, в момент, когда взаимное расположение Земли и Марса на своих орбитах станет наиболее благоприятным для полёта. Эта тактика применяется при планировании абсолютно всех полётов к Марсу: Марс должен в нужный момент оказаться на противоположной от Солнца стороне по отношению к Земле (как говорят астрономы, в «соединении»). В этом случае космический корабль значительную часть времени полёта будет «падать» на Солнце, не расходуя топливо. В таких условиях обычное время подлёта космического корабля к Марсу составляет около 8 месяцев, и приземление аппарата в кратере Езеро планируется в феврале 2021 года.