Беседа с российской стороной по миссии "ЭкзоМарс": ИКИ РАН

3 Окт 2013

Олег Игоревич Кораблёв, доктор физико-математических наук, заместитель директора Института космических исследований Российской академии наук, любезно согласился ответить на несколько вопросов касательно исследования Марса, что продолжает затронутую в предыдущей статье тему.

Место посадки для миссии ЭкзоМарс 2018

Кто и как делает выбор возможных мест посадки?

О.И. Кораблёв: Выбор места посадки 2018 еще, по сути дела, не начался. При взаимодействии с европейскими коллегами многие процедуры, даже в научной сфере, обрастают гораздо большими демократическими (а на самом деле – бюрократическими) атрибутами, чем мы привыкли. Сейчас создана "рабочая группа" по выбору места посадки. В нее входят всего несколько человек, и задача этой группы - организовать "процедуру" выбора. Вначале будет объявлен открытый конкурс для экспертов, которые будут оценивать предложения по местам возможных посадок. Затем будет объявлен второй конкурс, уже собственно предложений мест посадки. Теоретически эксперты не имеют права подавать свои предложения. Предложения, прошедшие предварительный отбор, будут рассматриваться на серии из 3-4 мини-конференций. На первой будут выбрано 4 лучших кандидата, на последующих – сделан окончательный отбор.

В состав экспертов из России войдут ученые-планетологи РАН (ИКИ, ГЕОХИ), специалисты ЦНИИМАШ, НПОЛ (НПО им. С.А. Лавочкина).

Учитывая цели миссии, какого типа районы рассматриваются в качестве возможных мест посадки?

О.И. Кораблёв: Место посадки должно быть интересным с научной точки зрения и пригодным для спуска и безопасным - с технической. Представляют интерес области возрастом более 3,45 млрд лет (на таких древних есть шанс обнаружить следы эпохи раннего теплого Марса). В ареале действия ровера (и в пределах эллипса рассеяния) должны быть геологические образования, перспективные с точки зрения поиска древних пород на небольшой глубине: бурение возможно до 2 м. С технической точки зрения основные ограничения - широта в пределах -25 … +5 град (условия освещенности) и местная высота не выше – 2 км.

Можно уже сейчас назвать рассматриваемых кандидатов мест посадки?

О.И. Кораблёв: Пока нет.

Посадочная платформа миссии ЭкзоМарс 2018

Определен ли уже список научных инструментов посадочной платформы для миссии 2018 года?

О.И. Кораблёв: Список научных приборов не определен, так как не ясны ресурсы посадочной платформы, на которой будут установлены приборы. Но процесс выяснения ресурсов - двусторонний, и в ИКИ РАН был проведен предварительный отбор российских экспериментов, по которым сейчас идет этап эскизного проектирования. Мы ориентировались на цифру 50 кг научной аппаратуры, включая вспомогательные системы. Окончательный список будет определен по результатам эскизного проекта посадочной платформы и международного конкурса: европейские коллеги тоже могут предложить несколько приборов. Состоится это не раньше марта 2014.

Об этапе входа в атмосферу, спуска и посадки миссии ЭкзоМарс 2018

Насколько критична точность данных по характеристикам атмосферы в вопросе безопасности посадки?

О.И. Кораблёв: Атмосфера Марса изучена достаточно хорошо, чтобы можно было говорить об особенностях атмосферы в конкретном месте и в конкретную дату: не о погоде, конечно, а о климатологии, усредненных и наиболее вероятных параметрах. Для этого используются данные модели общей циркуляции атмосферы, которая настроена по измерениям множества атмосферных приборов, прежде всего, с орбиты Марса. Но именно метеорологических данных не хватает (после “Викингов” метеостанции на поверхности были лишь на Pathfinder и – сейчас – на Curiosity). Поэтому для безопасности рассчитывать приходится на самый худший случай.

точности посадки?

О.И. Кораблёв: Точность посадки зависит в основном от угла входа в атмосферу, то есть от прицеливания, и очень слабо – от ее параметров

Насколько в данном вопросе НАСА открыто для сотрудничества? Эти данные свободно передаются между агентствами?

О.И. Кораблёв: Речь собственно идет о данных открытых публикаций.

Чьи данные по характеристикам атмосферы будут использованы в модели атмосферы при расчете входа в атмосферу, спуска и посадки? Данные миссии посадочного модуля 2016 года?

О.И. Кораблёв: Используются данные модели Лаборатории динамической метеорологии в Париже. Та же модель используется для миссии 2016 года, и, скорее всего, для американских миссий. Эта наиболее детальная модель в мире, по сути, единственная на сегодняшний день.

Насколько критично знать состояние атмосферы на день посадки для выбранной для миссии 2018 года схемы посадки?

О.И. Кораблёв: Критичность касается в основном состояния верхней атмосферы, а оно, в свою очередь, в основном от солнечной активности. В модели LMD три варианта: низкая, средняя и высокая. На день посадки прогноз, естественно, невозможен, как невозможен прогноз солнечной активности или погоды на годы вперед. Но усредненные состояния можно взять из модели, а из них взять худший случай, как сказано выше.

Будет ли в миссии 2018 года изучаться процесс входа и спуска в атмосферу (характеристик атмосферы) в интересах будущих миссий? Какими инструментами, как?

О.И. Кораблёв: Да, это планируется. Приборы: акселерометр (на этапе торможения щитом), датчики давления, температуры (после раскрытия парашюта), возможно, датчики абляции теплового щита

Кто строит тепловой щит миссии 2018 года?

О.И. Кораблёв: За лобовой экран отвечает Роскосмос (НПОЛ).

О метане в атмосфере Марса

В 2004 году три исследовательских группы объявили о детектировании метана в атмосфере Марса. Согласно последнему сообщению НАСА, марсоход Curiosity не обнаружил в атмосфере Марса метан. Совокупно, по данным шести тестов, это означает, что в атмосфере содержится не более 1,3 ppb (частиц на миллиард). НАСА отмечает, что на Марсе все еще возможно существование форм жизни, которые не выделяют метан.

Насколько новость по данным Curiosity о метане в атмосфере Марса меняет всю картину, можно ли теперь с уверенностью говорить, что на Марсе нет форм жизни выделяющих метан?

О.И. Кораблёв: Я бы не стал проводить прямой связи между метаном и жизнью – возможно, есть и другие способы "получения" метана: ископаемый метан, абиогенный синтез, вулканический метан (хотя верхние пределы по другим вулканическим газам очень низкие). Но метаногены – проще всего.

И до Curiosity в измерениях метана было достаточно противоречий: в телескопы метан фактически видели только в 2003 г., и не видели после этого, а к данным PFS/Mars Express (прибор "видит" метан почти постоянно, но содержание варьирует) много претензий. Интерпретацию TES/Mars Global Surveyor в отношении метана я бы вообще не рекомендовал принимать во внимание: спектральное разрешение прибора явно недостаточно. Переменность метана на характерном времени год не объясняется известными механизмами атмосферной физики и химии. Так что низкий предел метана в 6 локальных пробах не входит в существенное противоречие с предыдущими наблюдениями. Загадка остается загадкой.

Какова планка чувствительности российского инструмента ACS (Atmospheric Chemistry Suite) миссии ЭкзоМарс 2016 года для метана?

О.И. Кораблёв: Мы заявляем порог чувствительности 0,02 ppb. Чувствительность выше за счет зондирование на очень длинном оптическом пути: 50-100 км в геометрии солнечного затмения. Но я бы был осторожнее с прогнозами: прибор на Curiosity имеет проектный порог 0,3 ppb (P. Mahaffy/C. Webster). Пока не получилось.

Существуют ли другие доступные для наблюдения с орбиты биомаркеры?

О.И. Кораблёв: Очень перспективная цель - этан C2H6. Именно отношение этана к метану, возможно, является ключом к пониманию происхождения метана: можно сделать более определенные выводы, чем из отношения изотопов углерода в метане. Да и измерить этан теоретически проще, чем изотопы. Но пока он не обнаружен, есть верхний предел: 0,2 ppb.

Столкновение с кометой

Комета C/2013 A1 в октябре 2014, по всей видимости, все же пройдет мимо Марса, сейчас вероятность столкновения оценивается 1 к 120000. Оценки диаметра ядра варьируются от 1 км до 50 км. Если бы столкновение произошло, это могло бы изменить климат Марса, перезапустить “парниковую машину”?

О.И. Кораблёв: Перезапустить, думаю, не получится. Наиболее вероятный размер ядра ~4 км, но даже для 50 км столкновение не будет иметь глобального характера. Образуется кратер, в атмосферу будет выброшено большое количество водяного пара, но при этом еще и огромное количество пыли. Хорошо известен эффект ядерной зимы. Вода тут же конденсируется, возможно, затем выпадет на поверхность. Затем постепенно сублимирует, снова мигрирует в подземные хранилища. Сколько может выйти CO2 никто не знает, так как неизвестно содержание карбонатов в коре. Но это и не так важно (см. ниже). Так что ничего кардинального не произойдет.

Парниковый эффект увеличивает температуру на поверхности Марса приблизительно на 4 градуса Цельсия. Есть ли оценка того, при какой плотности состоящей из углекислого газа атмосфере на Марсе вновь потекут реки?

О.И. Кораблёв: Все существенно сложнее, чем кажется. Парниковый эффект зависит не только от CO2, но и от других факторов - прежде всего аэрозолей как конденсационных, так и пылевых. Детальное моделирование случая раннего Марса проведено недавно в статьях F. Forget et al./Icarus 222 (2013) 81–99, R. Wordsworth et al./Icarus 222 (2013) 1–19. Хотя Солнце в ту эпоху было слабее, модели показывают, что при любом давлении (до 7 бар!) углекислотная атмосфера образует глобальный облачный слой (углекислотные облака), экранирующий солнечное излучение, на возвышенностях образуются мощные ледники (из водяного льда), а температура не поднимается выше 0 Цельсия.

Значит ли это, что никогда не было теплого и влажного Марса?

О.И. Кораблёв: Модели остаются моделями, какие допущения в них сделаны, то и получится. Есть множество свидетельств, ground truth, так сказать, собранных Mars Exploration Rovers, а также приборами для глобального минералогического картирования (OMEGA/Mars Express, CRISM/Mars Reconnaissance Orbiter), что жидкая вода присутствовала на поверхности в течение длительных геологических периодов. Когда точно – сказать будет можно только после детального лабораторного анализа образцов на Земле. Пока доступны приблизительные датировки геологических единиц по методу подсчета кратеров. Исходя из имеющихся данных по геохимии и этих оценок, эпоха раннего теплого Марса была, но рано закончилась, где-то 700-800 млн лет после образования планеты. В это время на Земле еще не было кислорода, вообще не очень понятно, что было – свидетельств не осталось. А на Марсе, в отсутствие тектоники плит, остались и породы, и геологические образования тех времен.

Эта точка зрения преобладает, но данные разбросаны по многим работам, например, Carter et al., JGRE 2013; Squyres et al., Science 2012; Ehlmann et al., Science 2011. Наиболее ясно концепция изложена в статье Bibring et al., Science 2006.

Источник: 

03.10.2013 Николай Никитин, Радио "Эхо Москвы" http://www.echo.msk.ru/blog/nnnikitin/1169376-echo/