В этом году космический аппарат Mars Express Европейского космического агентства (ESA) отметил 20-летие. В честь этого события он сделал несколько снимков нашей планеты и её естественного спутника, находясь на орбите Марса. На представленных изображениях Земля и Луна выглядят как большая и маленькая белые точки.

Источник изображения: ESA

«На этих простых снимках с Mars Express Земля имеет размер, эквивалентный размеру муравья, видимого с расстояния в 100 метров, и мы все находимся там. Несмотря на то, что мы видели подобные изображения раньше, всё равно стоит остановиться и подумать: нам нужно заботиться о бледно-голубой точке, запасной планеты у нас нет», — говорится в сообщении ESA.

Земля на представленных снимках действительно напоминает бледно-голубую точку. Изображения напоминают снимок 1990 года, сделанный аппаратом «Вояджер-1», на котором Земля также выглядела как небольшая точка. Тот снимок заставил астронома и популяризатора науки Карла Сагана (Carl Sagan) задуматься о хрупкости нашей планеты и ответственности человека за заботу о единственной известной планете, на которой есть жизнь.

Опубликованные снимки были получены через канал сверхвысокого разрешения (SRC) стереокамеры высокого разрешения (HRSC) спутника Mars Express, которая в основном используется для наблюдения за спутниками Марса и звёздами, находящимися в значительном отдалении от планеты. Снимки были сделаны 15, 21 и 27 мая, а также 2 июня, что покрывает более половины месячного оборота Луны вокруг Земли. Последнее изображение ознаменовало годовщину запуска Mars Express, который состоялся 2 июня 2003 года.

Европейский зонд Mars Express смог глубже заглянуть под поверхность марсианского спутника Фобос, чем когда-либо раньше — обнаружены потенциальные следы неизвестных структур, которые, возможно, помогут пролить свет на происхождение небесного тела.

Фобос //Источник изображения: ESA

Mars Express, уже 19 лет работающий на марсианской орбите, прошёл всего в 83 км от Фобоса 22 сентября 2022 года, прозондировав поверхность местной луны с помощью специального радара MARSIS с обновлённым программным обеспечением — в первую очередь он предназначен для подземного зондирования и исследования ионосферы Красной планеты.

Понимание внутренней структуры Фобоса может пролить свет на тайну его происхождения. Дело в том, что две луны Марса — Фобос и Деймос в отличие от главных лун Солнечной системы очень невелики — по 27 и 15 км в поперечнике соответственно и имеют состав, аналогичный углеродистым астероидам C-типа. Кроме того, обе луны, как и астероиды, имеют неправильную форму — из-за этого учёные предположили, что астероидами они и являются. Не исключено, что в своё время они были захвачены гравитацией Марса из космического пространства.

Тем не менее орбиты спутников Марса лежат над экватором и отличаются довольно правильной формой. Если бы речь шла о захваченных гравитацией астероидах, те, вероятно, имели бы эллиптические орбиты и вращались вокруг планеты в разных плоскостях.

Является ли спутники Марса захваченными гравитацией астероидами или представляют собой следы одного из столкновений другого небесного тела с Красной планетой, до сих пор неизвестно. MARSIS использует 40-метровую антенну для «обстрела» поверхности исследуемых объектов радиоволнами. Если большинство из них отражается непосредственно от поверхности объектов, то некоторые проникают глубже и позволяют учитывать переходы между слоями пород разного состава и структуры. Чем выше отражающая способность объектов под поверхностью, тем сильнее возвратный радиосигнал.

Источник изображения: INAF - Istituto Nazionale di Astrofisica

На снимке секция A-C исследована с помощью старого программного обеспечения MARSIS, а секция D-F использует новое программное обеспечение, позволяющее получить более детальную картину.

Наиболее яркая линия представляет собой проекцию радиоволн, отражённых от самой поверхности Фобоса, но имеется и зона с возможными отражениями от структур, лежащих под поверхностью луны. Не исключено, что такую картину даёт просто сама «текстура» внешней поверхности, но также не исключено, что изображение может быть следствием наличия особых структур под поверхностью и это поможет больше узнать о природе спутника Марса.

Поскольку MARSIS изначально разрабатывался для изучения недр самого Марса с расстояния около 250 км на орбите, пришлось обновить программное обеспечение для того, чтобы работать на гораздо более коротких дистанциях, что позволит подробнее изучить луны планеты вблизи. В следующие несколько лет курс корабля скорректируют таким образом, что он пролетит от Фобоса на расстоянии всего 40 км — орбита Mars Express будет запланирована для близких пролётов в 2023-2025 годах.

В сентябре 2024 года японское аэрокосмическое агентство JAXA планирует запустить собственный зонд Martian Moon eXploration (MMX) для получения минимум 10 г реголита с поверхности Фобоса. MMX также намеревается использовать небольшой ровер на поверхности спутника, а после повнимательнее присмотрится и к Деймосу. После этого корабль вернётся на Землю с образцами с Фобоса.

Несколько лет назад данные, собранные прибором Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding (MARSIS) орбитального аппарата Mars Express Европейского космического агентства (ESA), позволили учёным с высокой степенью уверенности заявить о наличии воды под ледяной шапкой южного полюса Марса. Теперь же те данные были использованы для компьютерного моделирования, которое показало, что под слоем льда может находиться не вода, а слои твёрдой породы.

Снимок ледяного покрова южного полюса Марса / Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Инструмент MARSIS сканирует поверхность Красной планеты высокочастотным импульсным сигналом и по отражениям сигнала от слоёв с разной плотностью можно узнать больше о строении планеты. Для обработки получаемых данных исследователи использовали методы, аналогичные тем, что применялись ранее при изучении подлёдных водоёмов в Антарктике, Арктике и Гренландии. После анализа участков «мокрого» и «сухого» льда в окрестностях района Ultima Scopuli на южном полюсе Марса учёные пришли к выводу, что в этой области имеются значительные запасы жидкой воды, скрытые под толстой ледяной шапкой.

Новое моделирование с использованием данных аппарата Mars Express показало, что собираемые спутником сигналы не гарантируют того, что в районе южного полюса Марса имеются водоёмы. Учёные предполагают, что фиксируемые MARSIS сигналы исходили не от воды или льда, а отражались от более низко лежащих геологических слоёв, состоящих из минералов и замороженного углекислого газа. Было также установлено, что сигналы такого типа возникают при отражении от слоёв поверхности определённой толщины, независимо от того, из какого материала они состоят.

Исследователи задействовали данные MARSIS в компьютерном моделировании, куда также были добавлены слои льда и других веществ, таких как слои базальта, образовавшиеся после извержений вулканов на Марсе в древние времена. Основная цель моделирования заключалась в определении того, как могут реагировать на падающий свет слои марсианской поверхности разной плотности. Поскольку на южном полюсе Марса большие скопления замороженного углекислого газа, они также были включены в моделирование. Эксперимент со слоем льда из углекислого газа и водяным льдом под ним показал, что разделение слоёв и их толщина определяют силу отражения света от них. Предыдущие исследования показали, что подобное отражение может возникать при сканировании некоторых минералов. Это говорит о том, что для получения такого результата совсем не обязательно наличие жидкой воды.

«Я мог бы использовать слои горных пород или даже особенно пыльный водяной лёд, и я бы получил аналогичные результаты», — отметил палеонтолог из Корнельского университета Дэн Лалич (Dan Lalich). Он также считает, что состав базальных слоёв марсианской поверхности менее важен, чем их толщина и область между ними. Однако новое исследование не означает, что на Марсе нет воды, поэтому учёные продолжат её поиск.

Запущенный в июне 2003 года, то есть 19 лет назад, космический аппарат Mars Express Европейского космического агентства (ЕКА) для исследования Марса получит программное обновление для своего научного радара MARSIS. Новая прошивка позволит зонду продолжить поиск воды под марсианской поверхностью и более эффективно отслеживать ближайший спутник планеты, Фобос.

Источник изображения: ESA

В блоге ЕКА указано, что прибор Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding (MARSIS) на борту Mars Express сыграл решающую роль в поиске и обнаружении признаков жидкой воды на Марсе, в том числе предполагаемого озера с солёной водой размером 20 на 30 км, погребённого под 1,5 км льда в южной полярной области планеты.

Бортовой компьютер аппарата работает под управлением операционной системы Windows 98 и базируется на процессоре RAD750, представляющем собой усовершенствованный для работы в условиях повышенной радиации одноядерный чип PowerPC 750 с частотой 233 МГц. Такой же процессор в своё время использовался в компьютерах iMac. Кроме того, RAD750 также служит основной марсианских роверов Curiosity и Perseverance, которые в настоящий момент исследуют поверхность Красной планеты. На его базе также работают космические телескопы Kepler и Fermi.

Работой по обновлению прошивки Mars Express занимаются инженеры Национального института астрофизики в Италии. «Мы столкнулись с рядом проблем, когда решили повысить производительность MARSIS. Не в последнюю очередь потому, что программное обеспечение MARSIS изначально было разработано более 20 лет назад с использованием среды разработки на основе Microsoft Windows 98», — рассказал инженер бортового программного обеспечения MARSIS Карло Ненна (Carlo Nenna).

Новое программное обеспечение включает в себя ряд изменений, которые улучшают приём сигналов и обработку данных на борту, чтобы увеличить количество и качество научных данных, отправляемых на Землю.

«Ранее для изучения наиболее важных особенностей Марса и изучения его спутника Фобоса мы полагались на сложную технику, которая хранила много данных с высоким разрешением и очень быстро заполняла бортовую память прибора. Отбрасывая данные, которые нам не нужны, новое программное обеспечение позволит нам работать с MARSIS в пять раз дольше и исследовать гораздо большую территорию с каждым проходом», — добавляют специалисты ЕКА.

Исследователи добавляют, что рядом с южным полюсом Марса уже наблюдались сигналы, свидетельствующие в пользу наличия жидкой воды. Новое программное обеспечение орбитального марсианского аппарата позволит быстро изучить эти регионы в высоком разрешении, подтвердив или опровергнув, ранее полученные данные.