Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Посадка на поверхность – сложная операция для межпланетной станции. Первая мягкая посадка на Луну удалась только в 1966 г. («Луна-9»). Многие попытки мягкой посадки на Марс и Венеру были неудачными. В случае Венеры это во многом было связано с экстремальными условиями на планете, что впервые выяснилось с помощью аппаратов серии «Венера».

Запущенная в 1967 г. «Венера-4» передавала информацию на Землю во время спуска в атмосфере, но была разрушена колоссальным давлением. Последующие аппараты создавались с учетом этих данных, и в итоге «Венера-7» в конце 1970 г. смогла совершить посадку и передать информацию с поверхности планеты. «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 г. отправили на Землю первые изображения поверхности, а «Венера-13» и «Венера-14» – первые цветные изображения (а также провели анализ грунта).

Использование роботизированных мобильных исследовательских лабораторий позволяет получать важную научную информацию без необходимости пилотируемых экспедиций.

Еще более сложной задачей является посадка на малые тела – кометы и астероиды. В 2014 г. спускаемому аппарату Philae («Филы»), запущенному на борту космического аппарата Rosetta, удалось совершить посадку на поверхность кометы 67P/Чурюмова – Герасименко и передать оттуда данные. Потенциально такие исследования важны для понимания процессов формирования и эволюции Солнечной системы.

Биохимические лаборатории работали на поверхности Марса.

Основной задачей межпланетных станций является получение новой научной информации о свойствах изучаемых объектов, что может быть достигнуто отправкой сложного лабораторного оборудования. Например, на аппаратах Viking 1 и Viking 2 («Викинг-1, 2»), совершивших посадку на поверхность Марса в 1976 г., была установлена аппаратура для биологических экспериментов и обнаружения живых микроорганизмов на Марсе (результаты оказались отрицательными).

Другой способ существенно расширить информацию о телах Солнечной системы – отправка мобильных установок, способных перемещаться по достаточно большой территории и проводить анализы в разных местах поверхности. Первыми такими аппаратами были «Луноходы» (1970 и 1973 гг.). Среди современных подобных устройств одним из самых успешных является марсоход Opportunity («Благоприятная возможность»). Изначально его программа, начатая в 2004 г., была рассчитана на 90 марсианских дней, однако аппарат продолжает свою работу и в 2017 г. С помощью Opportunity были обнаружены следы существования больших объемов жидкой воды на поверхности Марса в прошлом.

Разумеется, невозможно отправить на космическом аппарате столь же совершенную научную аппаратуру, как установленную в земных лабораториях. Поэтому для решения многих задач идеальным является возврат образцов на Землю. Впервые это удалось сделать в результате пилотируемых полетов на Луну в рамках программы Apollo («Аполлон»). Однако в 1970 г. лунный грунт попал на Землю благодаря работе автоматической станции «Луна-16», а позднее эту операцию повторили «Луна-20» (1972 г.) и «Луна-24» (1976 г.). Получение образцов из разных точек Луны с разными геологическими свойствами позволяет точнее восстановить историю формирования нашего естественного спутника, а также разобраться в его эволюции. В образцах, доставленных на Землю «Луной-24», было обнаружено присутствие воды.

Проводились посадки аппаратов на кометы и астероиды.

Уникальным сочетанием посадки на малое тело (астероид) и возврата образцов стала работа японской миссии Haeabusa, запущенной в 2003 г. Несмотря на многочисленные технические сложности, проведя в 2005 г. исследования астероида 25 143 Итокава, аппарат совершил посадку на его поверхность. Были собраны образцы грунта, которые в 2010 г., хотя и не без проблем, но были доставлены на Землю, где их удалось изучить в лабораториях.

Ответ на вопрос о существования жизни в Солнечной системе (вне Земли) должны дать автоматические межпланетные станции.

Благодаря работе ряда автоматических межпланетных станций удается проводить непосредственное изучение многих тел Солнечной системы на уровне, отчасти сравнимом с данными геофизических исследований (достаточно долговременный мониторинг и зондирование, анализы образцов «на месте» и их доставка в земные лаборатории). Это позволяет, во-первых, лучше понять условия во внешних слоях и недрах планет и других космических тел, благодаря чему можно говорить о возникновении сравнительной планетологии. Многие аспекты формирования деталей рельефа, эволюции климата и др. основаны на сходных физических процессах: скажем, парниковый эффект в атмосферах Земли и Венеры, формирование деталей рельефа на Марсе и Титане. Во-вторых, исследования проливают свет на формирование и эволюцию Солнечной системы в целом. В-третьих, детальное изучение разнообразных планет вблизи нас позволяет с большой уверенностью подходить к вопросам изучения еще более разнообразного «зоопарка» экзопланет, о которых у нас есть лишь весьма ограниченные данные. Поэтому многие выводы о свойствах планет вокруг других звезд основаны на нашем понимании устройства планет Солнечной системы.

Разумеется, остается ряд важных нерешенных проблем. Например, такой важный вопрос, как возможность существования простейших форм жизни на телах Солнечной системы в настоящее время (Европа, Энцелад) или в прошлом (Марс). Ответ на него можно будет получить с помощью будущих межпланетных аппаратов, которые сейчас разрабатывают ведущие космические агентства. В дальнейшем это может позволить разобраться в вопросах происхождения жизни и ее распространенности во Вселенной.

С самого начала космической эры началось изучение Земли с помощью космических аппаратов. Период с июля 1957-го по декабрь 1958 г. был объявлен Международным геофизическим годом, в это время проводился ряд скоординированных программ по изучению нашей планеты: в частности, с использованием ракет и спутников. В октябре 1957 г. был запущен первый искусственный спутник, а уже в 1958 г. с помощью спутников Explorer 1 и Explorer 3 было достоверно подтверждено существование радиационных поясов в магнитосфере Земли (так называемого пояса Ван Аллена). В мае 1958 г. в СССР был запущен тяжелый «Спутник-3» с большим количеством научной аппаратуры на борту, с помощью которой изучалась атмосфера Земли, ее магнитное поле, а также космические лучи.

Изучение Земли из космоса объединяет в себе фундаментальную науку и чисто прикладные задачи.

С течением времени появились специализированные спутники для изучения Земли из космоса. Эта тематика считается крайне важной, поэтому на нее затрачиваются значительные ресурсы. Так, в NASA в 2015–2016 гг. исследования Земли из космоса имели более высокий бюджет (почти $2 млрд в год), чем каждый из трех других научных разделов (астрофизика, планетные исследования, гелиофизика). Очень интенсивно эта область исследований развивается в Европе, которая сейчас лидирует в этом направлении. И даже небольшие страны, не имеющие крупных космических программ, стремятся создавать собственные спутники, предназначенные для решения каких-то локальных прикладных задач, связанных с наблюдениями из космоса, или сотрудничать с большими агентствами.