Около шестидесяти ученых и инженеров в конце марта собрались вместе в Европейском центре космической астрономии близ Мадрида на первую конференцию, посвященную выбору места посадки российско-европейской миссии «ЭкзоМарс 2018».

«ЭкзоМарс» – совместный проект Роскосмоса и Европейского космического агентства (ЕКА), в рамках которого предполагается осуществление двух миссий по исследованию Красной планеты с запуском в 2016 и 2018 годах.

Топографическая карта Марса, прямоугольником обозначена область с четырьмя выделенными на прошедшей конференции возможными районами посадки миссии «ЭкзоМарс 2018». (Изображение: NASA)

Относительное положение возможных районов посадки миссии «ЭкзоМарс 2018». (Изображение: NASA)

Топографическая карта района Oxia Planum. Обозначены две возможные области посадки, следы древних каналов и аллювиальный веер. (Изображение: NASA)

Снимок канала Mawrth Vallis с обозначенным положением возможных посадочных эллипсов. (Изображение: NASA)

Снимок района Mawrth Vallis с обозначенным положением возможных посадочных эллипсов; отмечены залежи филлосиликатов, связанные с действием воды особенности рельефа, край канала Mawrth Vallis. (Изображение: NASA)

Снимок района Hypanis Vallis с возможной областью посадки. Осадочные породы внизу снимка указывают на дельту древней реки. (Изображение: NASA)

Топографическая карта района Oxia Palus. Инвертированный канал в центре снимка в прошлом был руслом реки. (Изображение: NASA)

Миссию «ЭкзоМарс 2016» составят европейский орбитальный аппарат с несколькими российскими научными инструментами на борту и европейский десантный модуль «Скиапарелли», которые будут запущенны в связке российским космическим агентством ракетой-носителем «Протон-М». Целью орбитального аппарата станет отслеживание примесных газов – газов, что присутствуют в атмосфере Марса в малых концентрациях. Целью «Скиапарелли» будет отработка технологий входа в атмосферу, спуска и посадки на Марс, модуль также будет нести научные инструменты.  

В ходе миссии «ЭкзоМарс 2018» российским инженерам предстоит в начале 2019 года посадить на поверхности Марса европейский марсоход «Пастер», два из девяти научных инструментов которого будут российскими. Посадочная платформа, которая должна будет осуществить вход в атмосферу, спуск и посадку на поверхность Красной планеты, создается российским НПО им. С.А. Лавочкина, помимо марсохода, она будет нести свои научные инструменты.

Цель миссии «ЭкзоМарс 2018» – поиск следов жизни, возможно, существовавшей на Марсе в прошлом или существующей на нем сегодня, это определяет научные критерии выбора места посадки.  

Марс сегодня – это подвергаемая высоким дозам радиации холодная пустыня без признаков жизни на поверхности. Однако 3,5 – 4 млрд лет назад климат Красной планеты был теплее и более влажным – это, возможно, открыло путь к зарождению там примитивной жизни. Поэтому, учитывая цель миссии, один из критериев выбора места посадки – область должна содержать достаточно древние породы и иметь следы непрерывного или периодического действия воды в течение длительного периода, такие как русла рек и озер.

На Земле биомаркеры можно обнаружить в мелкозернистых осадочных породах, отложенных в медленно движущейся воде, например, в поймах и дельтах рек. Некоторые из этих пород, например, глины, очень эффективны в захвате и сохранении органических соединений. Глинистые минералы также служат свидетельством продолжительной эрозии водами с низкой кислотностью.  

Однако на Марсе поверхность стерилизуют высокие дозы ионизирующего излучения. Ионизирующая радиация проникает и в подповерхностные слои, приводя к деградации органических молекул, уменьшая шансы их обнаружения. Эффекты воздействия ионизирующего излучения уменьшаются с глубиной. Поэтому особое значение для миссии имеют относительно свежие обнажения осадочных горных пород, отложения которых были погребены вплоть до недавнего времени и могут содержать хорошо сохранившиеся древние биомаркеры.

Отрицательный фактор при выборе места посадки – это пыль. Слой пыли на поверхности не содержит значимых для поиска жизни биомаркеров, но уменьшил бы возможность буровой установки марсохода «Пастер» получить образцы породы с максимально возможной глубины (2 метра) для их последующего анализа бортовой лабораторией аппарата. Кроме того, пыль может оказать пагубное влияние на работу солнечных батарей посадочной платформы и марсохода «Пастер».  

Помимо научных критериев выбора места посадки, существуют технические ограничения.

  Предложенная Роскосмосом система посадки обеспечивает посадку на поверхность Марса в пределах эллипса 104 км на 19 км, невозможно спрогнозировать, в какой конкретно точке внутри посадочного эллипса аппарат в действительности совершит посадку. Учитывая, что в течение семи месяцев основной миссии марсоход сможет пройти ограниченный путь, посадочный эллипс должен содержать несколько мест научного интереса, чтобы хотя бы некоторые из них оказались в пределах досягаемости.

 Дополнительные ограничения на возможное место посадки накладывает применение парашютов для замедления спуска аппарата – места-кандидаты должны располагаться по меньшей мере в двух километрах ниже среднего планетарного уровня (марсианский аналог уровня моря), чтобы система посадки смогла затормозить аппарат до допустимой скорости.  

В числе других важных технический ограничений: ограничения на перепад высот в районе посадки, что могло бы обмануть радарную систему посадочной платформы; размер и распределение камней, которые могли бы перевернуть или повредить посадочную платформу; скорость ветра в районе посадки.

На прошедшей конференции Рабочей группе по выбору места посадки миссии «ЭкзоМарс», в которую входят эксперты России и стран-участниц ЕКА, было представлено восемь предложений, из которых по итогам обсуждения особо были выделены четыре области: Mawrth Vallis, Oxia Planum, Hypanis Vallis и Oxia Palus.  

Районы вокруг Mawrth Vallis и Oxia Planum содержат одни из крупнейших обнажений древних богатых глинами пород на планете. Как пояснил Даниил Родионов, заведующий лабораторией спектрометрии Института космических исследований РАН, научный сотрудник проекта «ЭкзоМарс», считается, что обнаруженные орбитальными аппаратами Mars Express и Mars Reconnaissance Orbiter в этих районах филлосиликаты образовались при контакте с водой в среде с нейтральной кислотностью, что благоприятно для зарождения жизни.
Обе области содержат слоистые породы, которые могли сохранить свидетельства существования на Марсе в прошлом жизни. Некоторые из этих отложений, по всей видимости, обнажены лишь последние несколько сотен миллионов лет, что уменьшило подвергание их радиации.
В предполагаемых местах посадки в районе Oxia Planum имеются следы древних каналов и аллювиальный веер – перенесенные водой отложения, осажденные при выходе потока на равнину.

Район возможной посадки Mawrth Vallis расположен на берегу одноименного древнего канала шириной в несколько десятков километров, глубиной до километра и длиной более 650 километров. В предлагаемых посадочных эллипсах данного района имеются связываемые с действием воды более мелкие каналы, впадающие в главный. Этот район уже рассматривался в качестве места посадки для марсохода НАСА Curiosity и может стать одним из мест-кандидатов для миссии марсохода НАСА 2020 года.  

Hypanis Vallis и Oxia Palus – это области с в прошлом речными средами. Область Hypanis Vallis интересна мелкозернистыми осадочными породами, связанными с дельтой, расположенной в конце сети древней речной долины, и, вероятно, озером. Район Oxia Palus – область с осадочными породами и другими отложениями, которые были погребены выбросом из ударного кратера (например, при падении метеорита) и лишь недавно начали выходить на поверхность.

Окончательный список четырех возможных мест посадки будет сформирован Рабочей группой по выбору места посадки миссии «ЭкзоМарс» в июне 2014 года, далее последует их детальный анализ. Решение о том, в какой район на поверхности Марса российские инженеры должны осуществить посадку аппаратов миссии, будет принято в 2017 году.  

По материалам ИКИ РАН и ЕКА (1, 2)