Но пока «Curiosity» занимается лишь геологией. Посадили его внутри обширного метеоритного кратера около большой (5 км высотой) центральной горы (рис. 5.31). Она сложена осадочными породами, которые наслаивались век за веком, и эту «геологическую летопись» Марса за последние пару миллиардов лет геологи мечтают изучить. Сейчас марсоход уже подъехал к подножию этой горы, и ближайшая его задача — подниматься на нее, пока сможет. Это непросто: марсианские камешки оказались весьма острыми и оставляют дырки в алюминиевых колесах робота. Из-за полученных повреждений движется он небыстро, тем более что ведут его не по прямой, а в обход камней, так что доберется ли он до самой вершины — неизвестно.
Рис.5.32. Марсоход по проекту ExoMars (ESA/Роскосмос), предназначенный для биохимического исследования подповерхностного грунта.
Космонавты на Марс если и полетят когда-нибудь, то не скоро, так что пока будем исследовать его роботами. Очередной проект по исследованию Марса, «ExoMars», изначально задумывался как европейско-американский, но в 2013 г. американцы отказались от него и прекратили финансирование, европейцам (ESA) для его продолжения своих денег не хватило, и они предложили участвовать России. Согласно проекту, Роскосмос предоставляет ракеты, посадочную платформу и некоторые приборы, а ESA создает спутник, спускаемый аппарат «Скиапарелли» и марсоход. Первая часть программы уже реализована. Ракета «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» 14 марта 2016 г. отправила к Марсу экспедицию, которая 19 октября 2016 г. прибыла к Красной планете. Посадка «Скиапарелли» прошла неудачно — аппарат разбился. Спутник «Trace Gas Orbiter» вышел на орбиту и нормально работает, изучая малые компоненты марсианской атмосферы (особый интерес представляет метан).
В конце 2018 г. на Марс должен опуститься стационарный аппарат «InSight» (NASA), внешне похожий на «Phoenix» (см. с. <?>), но с более интересным набором приборов. В частности, он должен установить на грунте сейсмометр и, просверлив грунт, опустить на глубину около 5 м датчик для измерения теплового потока из недр планеты.
Вторая часть российско-европейской экспедиции «ExoMars» планировалась на 2018 г., но теперь перенесена на 2020 г. Российская посадочная платформа должна доставить на поверхность шестиколесный марсоход массой 270 кг, оборудованный бурильным станком, способным добыть грунт с глубины 1,5–2,0 м. На марсоходе будет комплект приборов для минерального и химического анализа этого грунта. Специальные методы будут использованы для обнаружения биомаркеров.
Так что ждем новых открытий.
6. Планеты-гиганты, их кольца и планеты-спутники
Гигантские планеты — какие они?
Наша Солнечная система, если иметь в виду ее вещество, состоит из Солнца и четырех планет-гигантов, а еще проще — из Солнца и Юпитера, поскольку масса Юпитера больше, чем всех прочих околосолнечных объектов — планет, комет, астероидов — вместе взятых. Фактически мы живем в двойной системе Солнце—Юпитер, а вся остальная «мелочь» подчиняется их гравитации.
Сатурн вчетверо меньше Юпитера по массе, но по составу похож на него: он тоже в основном состоит из легких элементов — водорода и гелия в отношении 9 : 1 по количеству атомов. Уран и Нептун еще менее массивны и по составу богаче более тяжелыми элементами — углеродом, кислородом, азотом. Поэтому группу из четырех гигантов обычно делят пополам, на две подгруппы: Юпитер и Сатурн называют газовыми гигантами, а Уран и Нептун — ледяными гигантами. Дело в том, что Уран и Нептун обладают не очень толстой атмосферой, а бóльшая часть их объема — это ледяная мантия, т. е. довольно твердое вещество, а у Юпитера и Сатурна почти весь объем занят газообразной и жидкой «атмосферой». При этом все гиганты имеют железно-каменные ядра, превышающие по массе нашу Землю.
На первый взгляд, планеты-гиганты примитивны, а маленькие планеты земного типа намного интереснее. Но, может быть, это просто потому, что мы пока плохо знаем природу этих четырех гигантов. Например, к двум ледяным гигантам — Урану и Нептуну — за всю историю астрономии приближался лишь зонд «Вояджер-2» (NASA), да и то пролетел, не останавливаясь, мимо них: в 1986 г. — мимо Урана и в 1989 г. — мимо Нептуна. Много ли он мог увидеть и измерить? Можно сказать, что к исследованию ледяных гигантов мы еще по-настоящему не приступали.
Рис.6.1. Относительные размеры планет Солнечной системы.
Газовые гиганты изучены намного детальнее, поскольку кроме пролетных аппаратов («Пионер-10 и 11», «Вояджер-1 и 2», «Улисс», «Кассини», «Новые горизонты», NASA и ESA) рядом с ними длительно работали искусственные спутники: «Галилео» (NASA, 1995–2003) и «Джуно» (NASA, с 2016 г.) исследовали Юпитер, а «Кассини» (NASA и ESA, 2004–2017) изучал Сатурн.
Наиболее глубоко был исследован Юпитер, причем в прямом смысле: в его атмосферу с борта «Галилео» был сброшен зонд, который влетел туда со скоростью 48 км/с, раскрыл парашют и за 1 час опустился на 156 км ниже верхней кромки облаков, где при внешнем давлении 23 атм и температуре 153 °С прекратил передавать данные — по-видимому, из-за перегрева. На траектории спуска он измерил многие параметры атмосферы, включая даже ее изотопный состав. Это заметно обогатило не только планетологию, но и космологию. Ведь гигантские планеты не отпускают от себя вещество, они навечно сохраняют то, из чего родились; особенно это касается Юпитера. У его облачной поверхности вторая космическая скорость составляет 60 км/с: ясно, что ни одной молекуле оттуда никогда не уйти. Поэтому мы думаем, что изотопный состав Юпитера, особенно состав водорода, характерен для самых первых этапов жизни Солнечной системы, а может быть, и Вселенной. И это очень важно: соотношение тяжелого и легкого изотопов водорода показывает, как в первые минуты эволюции нашей Вселенной протекал синтез химических элементов, какие физические условия тогда были.
Рис.6.2. Спускаемый аппарат с зонда «Галилео» в атмосфере Юпитера. Рисунок: Ken Hodges (NASA)
Юпитер быстро вращается — c периодом около 10 часов, а поскольку средняя плотность планеты невелика (1,3 г/см3), центробежная сила заметно деформировала ее тело. Невооруженным глазом видно, что планета сжата вдоль полярной оси. Степень сжатия Юпитера, т. е. относительная разница между его экваториальным и полярным радиусами, составляет (Rэкв− Rпол)/Rэкв = 0,065. Именно средняя плотность планеты (ρ ∝ M/R3) и суточный период вращения (T) определяют форму ее тела. Как известно, планета — это космическое тело в состоянии гидростатического равновесия. На полюсе действует только сила тяготения (GM/R2), а на экваторе ей противодействует центробежная сила (V2/R = 4π2R2/RT2). Их отношением и определяется форма планеты, поскольку давление в центре планеты не должно зависеть от направления: экваториальная колонка вещества весит столько же, сколько полярная. Отношение этих сил:
Рис.6.3. Форма дисков Сатурна и Юпитера в сравнении с правильными окружностями.
Итак, чем меньше плотность и продолжительность суток, тем сильнее сжата планета. Проверим: средняя плотность Сатурна составляет 0,7 г/см3, период его вращения — 11 час, почти такой же, как у Юпитера, а сжатие — 0,098. Сатурн сжат в полтора раза сильнее Юпитера, и это легко заметить при наблюдении планет в телескоп: сжатие Сатурна бросается в глаза.
