В 1942 г. американский писатель-фантаст Джек Уильямсон опубликовал повесть «Орбита столкновения». Главный герой, молодой инженер, провел терраформирование астероида и сделал его пригодным для жизни. Можно ли воплотить идеи научной фантастики? Что нового узнали ученые о планетах? Рассказывает член-корреспондент РАН Олег Игоревич Кораблев, заведующий отделом физики планет Института космических исследований РАН.

— Олег Игоревич, давайте начнем с определе­ния «планеты земной группы», куда помимо Земли входят Марс и Венера, которые на пер­вый взгляд совершенно непригодны для жиз­ни человека. Почему тогда используется такой термин?

— Тут все просто. Термин указывает не на воз­можность жизни на планете, а на строение пла­нет. Планеты земной группы — это твердые тела, которые имеют преимущественно минераль­ный состав. Напротив, планеты-гиганты — дру­гая группа, представленная в Солнечной систе­ме, по составу они близки к Солнцу, и фактически твердой поверхности у таких планет нет. Поэтому и Марс, и Земля, и Венера, и даже Меркурий, на ко­тором нет атмосферы, относятся к планетам зем­ной группы.

— Есть ли предположение, почему ближе к Солнцу образовались планеты с твердой по­верхностью, а дальше от звезды — газовые ги­ганты?

— Ученые все еще выясняют детали формирова­ния планет, особенно гигантов. Но в самых общих чертах можно сказать, что планеты земной груп­пы образовались внутри так называемой снего­вой линии. Она разделяет теплые и холодные обла­сти протопланетного диска звезды. Ближе к звезде вода оставалась в газовой фазе, и планеты земной группы образовались в результате слипания преи­мущественно пылевых, минеральных частиц. Вода и другие летучие соединения, скорее всего, были занесены на Землю позднее, при столкновениях с телами, прилетевшими из дальних областей.

Когда мы движемся от звезды, по мере пониже­ния температуры первую снеговую линию образу­ет вода, поскольку она замерзает раньше других летучих веществ. За этой линией основную долю «эмбрионов» планет составлял уже лед. В результате они росли быстрее и могли достигнуть пяти-десяти масс Земли. Та­кие тяжелые «эмбрионы» притягивали частицы не только льда и пыли, но и окру­жающего газа протопланетной туманно­сти — того же, из чего в основном состоит и звезда, — водорода и гелия. Образова­лись газовые гиганты: Юпитер, Сатурн. Их спутники содержат много водяного льда. Еще дальше от Солнца при все бо­лее низких температурах конденсируются аммиак, метан. Вместе с водяным льдом эти разновидности льда образуют так на­зываемые ледяные гиганты — Уран, Не­птун. В состав Плутона входит даже азот­ный лед.

— Все ли группы планет устроены та­ким образом или есть различия?

— Сегодня мы наблюдаем большое мно­гообразие планетных систем. И на самом деле систем, похожих на Солнечную систему, мало. Это связано, в том числе и с тем, что системы на­подобие Солнечной трудно наблюдать, поскольку планеты сильно удалены от звезды, а сама звез­да — достаточно яркая. Поэтому при наблюдении мы видим только звезду.

Это характеризуется определением «наблюда­тельная селекция»: мы видим только то, что мо­жем увидеть. В основном это большие планеты, вращающиеся около звезды. Но все же техника со­вершенствуется — и астрономы уже находят пла­неты, похожие на Землю, которые вращаются воз­ле не очень ярких звезд.

— Вернемся к нашей Солнечной системе. В свое время была очень популярна идея терраформи­рования планет. Как вы считаете, насколько это осуществимо в обозримом будущем?

— Мне кажется, в определенных кругах эта идея популярна и сегодня. Конечно, это вдохновляющая мысль — приспособить планету для жизни чело­века. Когда мы окончательно испортим свою, при­дется переселиться на какую-то другую. Между тем проводятся серьезные исследования, которые включают оценку энергетических возможностей человечества. Согласно данным, в ближайшие 100 тыс. лет подобное мероприятие нам пока не под силу, хотя бы потому, что это обойдется недешево. Одно дело — колонизация, возможно, построение постоянно действующей базы, как в Антарктиде. Но другое дело — переделать планету и обеспечить условия, к которым мы привыкли на Земле. Это го­раздо труднее.

— Чем специалистов-планетологов и энтузи­астов терраформирования привлекает Вене­ра? В свое время ее даже называли младшей се­строй Земли. При этом условия на ней совсем неподходящие.

— Здесь нам стоит рассмотреть такой известный термин, как «зона обитаемости». Он характеризует область расстояний между родительской звездой и планетой, где может существовать жидкая вода. Мы подразумеваем, что именно вода — основа жиз­ни. Зона обитаемости зависит не только от рассто­яния до звезды, но и от того, насколько интенсивно светит сама звезда.

В нашей Солнечной системе Венера попала за границу зоны обитаемости. При этом Вене­ра очень похожа на Землю. И нельзя сказать, что Солнце на ней сильно жарит. Поток приходяще­го солнечного излучения определяется не только расстоянием от Солнца. Так, Венера всего на 30% ближе к Солнцу, чем Земля. Есть другой важный фактор — цвет, который определяет, насколько планета отражает солнечное излучение. А Вене­ра отражает его очень хорошо. По сути, она белая, светлая. Если Земля отражает 30% процентов сол­нечного излучения, то Венера — практически 90%. Поэтому она получает меньше энергии от Солнца, чем Земля.

Однако сегодня мы видим, как события про­шлого отразились на настоящем Венеры. Счита­ется, что на ней когда-то был океан, но его судьба была печальной: он перешел в газообразную фор­му — водяного пара, вызвав сильный парнико­вый эффект. На самом деле, водяной пар — глав­ный участник цикла круговорота воды в природе. На Земле вода испаряется и конденсируется, пере­ходя обратно в жидкую форму. Но на Венере этот процесс был нарушен, то есть водяной пар не кон­денсировался из-за близости к Солнцу. И вся вода, которая была на Венере, пе­решла в форму пара, соз­дав жуткую паровую атмо­сферу. Парниковый эффект в такой атмосфере настоль­ко разогрел газ, что произо­шла массовая потеря воды. Фактически Венера сейчас совсем сухая. А то, что оста­лось, — это углекислый газ.

По всей видимости, пер­вичные атмосферы и на Зем­ле, и на Венере, и на Марсе состояли в основном из угле­кислого газа. Кислород на Земле появился уже в ре­зультате деятельности жи­вых организмов, первичных форм жизни. А углекислый газ, азот были всегда. Так вот, на Венере остался толь­ко углекислый газ со следа­ми воды.

Другая интересная осо­бенность Венеры, причина которой до конца не ясна, связана с тем, что на ней отсутствует тектоническое движение литосфер­ных плит. Этот процесс на Земле обеспечивает за­хоронение углекислого газа. В океане из него об­разуются карбонаты, в конечном итоге — извест­няковые массивы, а движение плит опускает его в мантию. Поскольку на Венере такого процесса нет, то и углекислый газ остался почти в полном объеме. Венера — это урок для человечества: вот что бывает с планетой, когда парниковый эффект работает на полную катушку.

— А что случилось с Марсом? Там, как я пони­маю, наоборот очень холодно?

— Марс существенно меньше, чем Земля или Ве­нера. Скорее всего, это главный фактор. И, конеч­но, расстояние от Солнца до Марса больше по срав­нению с другими планетами. Поэтому Марс нахо­дится на внешней границе зоны обитаемости.

Существует множество предположений, поче­му атмосфера Марса так слаба. Некоторые уче­ные предполагают, что углекислый газ был почти полностью удален из атмосферы. Это гипотетиче­ское явление называют гидродинамическим выно­сом. Скорее всего, он происходил на всех планетах на раннем этапе, когда они имели еще расплав­ленную поверхность и подвергались интенсив­ной бомбардировке. Возможно, часть углекисло­ты на Марсе захоронена, как и на Земле, в карбо­натах. Известно, что карбонаты на поверхности есть, но сколько — неясно. Пока они едва уловимы при наблюдениях, мешает пыльная поверхность Марса. Их удалось обнаружить на редких скали­стых участках, и это стало большим открытием.

Дистанционное исследование минералогии Мар­са велось в целом трудно. Сначала не видели глин, потом их удалось обнаружить. Значит, все-таки на Марсе была когда-то вода. Карбонаты тоже ис­кали долго, и только очень высокое разрешение по­зволило их заметить.

Воды на Марсе довольно много, но она находит­ся в основном в форме вечной мерзлоты и немного в виде льда на полярных шапках.

Если вместо Марса взять идеальный шар и рас­пределить по нему всю разведанную воду, как буд­то она жидкая, то глубина такого сферического слоя воды на Марсе будет примерно равна 30 м. Для сравнения: средняя глубина Мирового океана на Земле — 3736 м, или примерно 2,7 тыс. м сфе­рического слоя. Что касается Марса, то это неко­торая минимальная оценка. Несмотря на все уси­лия и исследования, ведущиеся на Марсе широ­ким фронтом, мы не можем точно сказать, сколько воды содержится в вечной мерзлоте. Мы знаем, сколько воды на глубине до 1-2 м, но не знаем, сколько ее на глубине 500 или 1 тыс. м, где она, по всей вероятности, есть, пусть и в виде льда.

В ближайшее время нам предстоит узнать, что же произошло с Марсом, почему и как исчезли вода и атмосфера. Считается, что это случилось более 3,5 млрд лет назад. С тех пор Марс менялся отно­сительно слабо. По сравнению с Марсом то, что мы видим вокруг себя на Земле, очень молодо. В мас­штабах миллионов лет ландшафты, которые нас окружают, постоянно меняются.

На Венере возраст поверхности более солидный, но она гораздо моложе Марса — около 700-800 млн лет. Поэтому Марс и его поверхность для нас — на­стоящий заповедник, хранящий историю Солнеч­ной системы.

— А какие варианты событий предлагают уче­ные?

— Скорее всего, произошла перестройка внутреннего строения планеты. Пропало магнитное поле, был недолгий эпизод вулка­нической активности, которая затем утих­ла.

Согласно теориям, в атмосфере Марса когда-то было вполне приемлемое давле­ние, а по его поверхности текла вода. Может быть, не в таких количествах, как на Земле, но и на Марсе был океан. Северное полуша­рие планеты представляет собой обширную впадину, которая раньше, вероятно, была заполнена водой.

— В одном из выступлений вы сказали, что на Марс человек уж точно сможет от­правиться. Когда это станет возможно и как в таком случае решить проблему с радиацией, которая на Марсе достаточ­но высокая?

— Этот вопрос стоит задавать не ученым, а ско­рее политикам или энтузиастам. Речь идет о же­лании выделить средства, потому что, в общем-то, технологии полета на Марс уже существуют. Оста­ется собраться с духом и, может быть, проявить определенную смелость.

Сегодня по сравнению с эпохой «Аполлона» при­нять такую степень риска для экипажа, которая была допустима тогда, общество вряд ли сможет. А полет на Марс — по-настоящему рискованная затея. Конечно, энтузиасты найдутся. Но вся от­ветственность ляжет на плечи тех, кто возьмется за организацию такого полета.

Что касается радиации, мне кажется, главный вопрос в перелете. Все-таки на поверхности Мар­са радиация меньше. И можно построить убежи­ще, использовать местный грунт, рельеф. Во вре­мя перелета, скорее всего, потребуются какие- то защитные конструкции. Это уже технический вопрос. Очевидно, что полет на Марс отличается от времени, проведенного на МКС, потому что ор­бита станции находится под радиационными по­ясами Земли. Все, что за ними, в том числе орбита Луны, — это уже совсем космос. Поэтому сегодня, прежде всего обсуждаются полеты к Луне для от­работки будущего полета на Марс.

— Не раз было сказано, что человеку незачем лететь к другим планетам. Намного проще от­правлять автономные станции и аппараты, спо­собные доставлять грунт. Можно ли утверж­дать, что дальние полеты человека в космос — скорее доказательство того, что человечество может это сделать?

Да, конечно. В 2021 г. мы наблюдали старт кос­мического корабля с киноэкипажем. И сразу все вспомнили, как, оказывается, сложно отправлять человека в космос, — сколько необходимо учесть разных деталей. И до этого космонавты летали ре­гулярно, но это, в общем-то, уже мало кого интере­совало.

Поэтому, конечно, полет человека в космос всегда вдохновляет общество. Грустно, что мы до сих пор соревнуемся. В 1960-х гг. соревновались, кто бы­стрее довезет атомную бомбу, и сейчас все еще со­ревнуемся, кто на Марс лучше слетает.

— В этом году мы ожидаем запуска нового ап­парата, который отправится на Луну. А нуж­но ли человечеству снова туда возвращаться, строить базы?

— Движение человечества в космос, к дру­гим планетам, а в будущем и к другим звездам не остановить. Очевидно, что с развитием циви­лизации мы продолжим продвигаться все глуб­же и глубже в космос. Луна, как мне кажется, — очень разумный этап такого продвижения. Она относительно близка. К тому же нельзя сказать, что мы возвращаемся. То, что было в 1960-х гг., уже в прошлом. Сегодня все устроено иначе. Другие системы, другие допустимые степени ри­ска. По сути, все нужно делать заново. Поэтому то, что сейчас во многих странах, в том числе в Рос­сии, вновь возникла идея полета на Луну, совер­шенно понятно и резонно.

— С точки зрения космических исследований удобна ли Луна, например, для установки кос­мических телескопов?

— После первых полетов считалось, что Луна для таких установок не подходит, поскольку там очень пыльно. Астронавты вернулись грязные, черные, в этой самой лунной пыли. При этом она липкая и имеет какой-то странный запах.

Между тем известен опыт китайских коллег, ко­торые на первом посадочном аппарате установи­ли небольшой телескоп в ультрафиолетовом ди­апазоне. У него не было амбициозных задач, но, насколько мне известно, он работает до сих пор. Может быть, его не очень интенсивно используют, поскольку у него нет системы наведения, он смо­трит просто в зенит.

Оптические телескопы на Луне имеют пра­во на существование. Возможно, у специалистов по внеатмосферной астрономии в будущем поя­вится такая база. Вряд ли подобные лунные теле­скопы станут серьезными конкурентами специа­лизированным спутникам-обсерваториям. Хотя при строительстве лунной базы это может стать одной из побочных, но очень полезных сфер дея­тельности.

На Луне можно использовать диапазон достаточ­но длинных волн, которые недоступны на Земле из-за ионосферы. На обратной стороне Луны почти нет радиопомех. К тому же можно ставить большие и относительно легкие антенны. Ветра нет, осад­ков нет, ничего с ними не будет. То есть в принци­пе это могут быть долгоживущие полуроботизиро­ванные установки с редким обслуживанием чело­веком. Хорошие перспективы для науки.

— Поговорим о космических исследовани­ях. Расскажите немного об истории проекта «ЭкзоМарс». На каком этапе он сейчас находит­ся? Какие значимые научные результаты были получены благодаря миссии?

— Действительно, «ЭкзоМарс» — это проект с историей. Идея создания подобной миссии при­надлежала Европейскому космическому агент­ству (ЕКА, ESA). Первый запрос на эксперименты для марсохода был в 2000 г. Основная идея про­екта — пробурить поверхность Красной планеты. За годы подготовки проекта подобное никем боль­ше не планировалось. Это сложная технологиче­ская операция, но она того стоит.

Марс постоянно испытывает воздействие радиа­ции, космических лучей. А значит, поверхность все время подвергается эрозии. И если мы хотим най­ти на Марсе следы жизни, нужно искать на глуби­не, там, где грунт не затронут радиацией. Для это­го создано буровое устройство для марсохода «Ро­залинд Франклин», которое, мы надеемся, сможет достичь глубины двух метров.

Система очень сложная. Бур состоит из секций, они наращиваются. Затем нужно вынуть керн, ко­торый загружается в специальный отсек. В нем керн измельчается, полученное вещество исследу­ется с помощью продвинутых современных прибо­ров так называемой аналитической лаборатории ровера.

За 20 лет работы миссия так или иначе видоиз­менялась. В какой-то момент в ЕКА и NASA созре­ло решение сделать совместный проект, дополнив его спутником для измерения малых атмосферных составляющих. Кстати, раньше атмосферы планет были единственными объектами, которые мож­но было изучать методами наземной астрономии. А когда стали запускать первые спутники и мар­соходы, на первый план вышла геология. Именно она десятилетиями доминировала. Но сейчас про­изошел некий поворот и все вновь стали интересо­ваться атмосферой.

— С чем это связано?

— Во-первых, возникла идея, что малые газы в атмосфере могут о многом рассказать: о вулка­нической или тектонической активности на пла­нете. Во-вторых, появилось и активно развивает­ся направление по исследованию экзопланет. Есть надежда, что скоро мы получим такие телескопы, которые позволят оценить состав атмосферы и на внесолнечных планетах.

Помимо этого, исследования атмосферы связаны с поиском следов жизни на Марсе. Например, на­личие метана на Красной планете позволяет пред­положить, что его производят какие-то микроор­ганизмы. Существует гипотеза, что на Марсе есть так называемые клатраты — газогидраты с сое­динением метана. Этот газ — самый интересный кандидат для исследователя.

Исследования атмосферы позволяют также ве­сти общий мониторинг атмосферы и климата Марса. Климат здесь влияет и на формирование поверхности планеты, его изучение значимо для планирования будущих экспедиций. Вспомни­те фильм «Марсианин». Там буря принесла немало бед главным героям. Конечно, в фильме есть некоторые пре­увеличения. Тем не менее, усло­вия на поверхности планеты су­щественно меняются в зависимо­сти от погоды.

Во второй половине 2000-х гг. разрабатывалась концепция спутника для исследования ма­лых атмосферных составляю­щих и ровера. NASA предложи­ло свой уникальный опыт посад­ки на поверхность, в том числе достаточно тяжелых аппара­тов. Но в 2011 г. NASA отказа­лось от участия в проекте. Одна­ко поскольку у «Роскосмоса» (в те годы Федерального космическо­го агентства) и Европейского кос­мического агентства были давние тесные связи, работа продолжи­лась. Было достигнуто соглашение, в рамках кото­рого запуск спутника должен был осуществлять­ся с помощью российской ракеты. А еще через не­сколько месяцев было решено, что и вторая часть экспедиции с марсоходом будет запущена россий­ской ракетой.

Возник вопрос, как она сядет. Ведь ранее за эту часть должны были отвечать специалисты из NASA. Тогда европейские коллеги решили соз­дать демонстратор посадки (Entry Decent Module). Его назвали «Скиапарелли». К сожалению, его по­садка прошла неудачно из-за досадной ошиб­ки в компьютерной программе, которая отвечала за обработку данных при посадке. Но все же был приобретен ценный опыт.

— Как вы оцениваете вклад российских коллег?

— Вклад очень большой. Разработка системы по­садки марсохода, который будет запущен в 2022 г., совместная. Аэродинамический экран, да и сам посадочный аппарат разработаны в России. Пара­шютная система и система управления посадкой европейские. Наш ровер унаследовал самое луч­шее от «Скиапарелли», при этом проведена соот­ветствующая работа над ошибками.

Напомню, что на борту марсохода установлены два российских эксперимента. Плюс ко всему мы серьезно поработали над посадочной платформой, которая тоже оснащена приборами и предназна­чена для исследований, которые удобно и целесо­образно проводить на неподвижной автоматиче­ской станции. Основная часть приборов на ней российская, с небольшим участием европейских коллег. То есть техническая симметрия соблюде­на, как и на космическом аппарате TGO, который продолжает успешно работать.

На борту орбитального аппарата установлены четыре прибора: два европейских, два российских. Один из них измеряет малые атмосферные состав­ляющие и анализирует особенности атмосферы, второй занимается исследованием воды на поверх­ности.

— Недавно была опубликована новость, что российский спектрометр обнаружил следы хло­роводорода на Марсе. Что это может значить для научного сообщества и для нашего понима­ния того, как устроен Марс?

— В принципе, мы и раньше знали, что на по­верхности Марса есть хлор. Скорее всего, его про­исхождение связано с существованием океана. Но было странно, что его нет в атмосфере, ведь со­единения хлора очень активные. Благодаря наше­му прибору его наконец обнаружили. И теперь фо­тохимия марсианской атмосферы нуждается в су­щественной доработке. Но пока ни одной модели опубликовано не было.

Такая вот маленькая атмосфера, почти в сто раз слабее земной, но каждый раз преподносит что-то новое. Поэтому прежде чем кого-то туда посылать, надо еще немного поработать.

— Чего мы ждем от запуска в 2022 году?

— Мы ждем успешного запуска, перелета и по­садки на Марс. Это самое главное для миссии. А дальше мы начнем реализацию научной про­граммы. Сверхзадача — пробурить поверхность, возможно, найти следы или свидетельства биоло­гических процессов в прошлом планеты, а может и в настоящем.

И, конечно, необходимо выполнить большую про­грамму экспериментов и на марсоходе, и на поса­дочной платформе. Наконец-то мы и европейские коллеги вступим в дружную семью людей, которые «прикоснулись» к поверхности Марса.

Беседовала Анастасия Рогачева