Ю. ЗАЙЦЕВ

* Начало см. в №10

К числу наиболее интересных результатов исследований самого Марса несомненно следует отнести полученные с помощью прибора «Термоскан», созданного советскими учеными, изображений поверхности планеты в инфракрасном диапазоне, где она «светит» не отраженным солнечным, а «собственным» тепловым излучением. (Часть энергии солнечного излучения, приходящей на поверхность Марса, поглощается, нагревает ее и переизлучается в инфракрасном диапазоне. При этом чем выше температура поверхности, тем больше яркость теплового излучения.)

Этот классический метод измерения температуры планет Солнечной системы применялся сначала при наблюдениях с Земли, затем с борта космических аппаратов. Многократно использовался он и для исследований Марса, но никогда еще не удавалось построить видимое изображение планеты с помощью тепловых лучей. Исключение составляет лишь наша Земля — ее «тепловые портреты» регулярно передаются с метеорологических спутников.

Сердце прибора «Термоскан» — высокочувствительный инфракрасный приемник излучения, охлаждаемый бортовой криогенной машиной замкнутого цикла, в которой в качестве теплоносителя используется жидкий азот. Подобные приборы на «дальних» космических аппаратах не устанавливались ранее ни в СССР, ни за рубежом.

С круговой орбиты высотой около 6000 км «Термоскан» просмотрел значительную часть экваториальной зоны поверхности Марса в полосе шириной примерно 1500 км с разрешением около 2 км. Переданные на Землю тепловые изображения отличает прежде всего удивительная четкость и высокая контрастность. В этом отношении они даже превосходят лучшие телевизионные снимки Марса. По сути, впервые удалось получить подробную тепловую карту планеты. А температура, до которой нагрета поверхность, зависит от ее физических характеристик, в частности, от степени раздробленности грунта. Таким образом тепловые изображения одновременно дают сведения и о макроскопических особенностях поверхности (рельеф), и о ее микроструктуре.

Фото 1, 2. Тепловые изображения поверхности Марса, полученные с помощью прибора «Термоскан» с борта «Фобоса-2»

Одновременно с тепловой съемкой «Термоскан» синхронно принимал коротковолновое отраженное поверхностью планеты излучение. В результате для каждого ее элемента получалось сразу два значения яркости — в тепловых и видимых лучах. Это очень важно для интерпретации данных измерений.

Другой прибор КРФМ (комбинированный радиометр-спектрофотометр, СССР) регистрировал излучение Марса уже не в двух, а в шестнадцати участках спектра. Шесть из них приходятся на тепловой диапазон, а десять на коротковолновый, позволяющий проводить фотометрические измерения в ближнем ультрафиолетовом и видимом участках спектра. Этот прибор не мог «строить» изображение. По разрешению наблюдений он также уступал «Термоскану». Однако благодаря большому числу рабочих участков спектра КРФМ обладал и рядом специфических преимуществ. В частности, выполненные им измерения в полосе поглощения углекислого газа позволили определить температуру стратосферы Марса. Кроме того, полученные с помощью КРФМ данные об особенностях распределения яркости в коротковолновом диапазоне дают возможность выяснить оптические характеристики аэрозольных частиц в атмосфере планеты.

По степени методической новизны и ценности полученных данных с «Термосканом» конкурирует картирующий инфракрасный спектрометр ИСМ (Франция). Он измерял спектр Марса в ближнем инфракрасном диапазоне, который является оптимальным для анализа минералогического состава грунта. В этом диапазоне расположен целый ряд полос поглощения, характерных для различных минералов.

Прибор работает в 128 участках спектра. Проведенные с его помощью измерения охватывают значительную часть экваториальной зоны планеты. После полной обработки данных предполагается получить распределение характеристик минералогического состава пород, в частности, выяснить степень их гидратации, т. е. содержание в минералах связанной воды. Ученые планируют также построить карты давлений — высот рельефа (по полосам поглощения углекислого газа, который является основной составляющей атмосферы Марса) и оценить содержание водяного пара в атмосфере.

Результаты предварительного экспресс-анализа показывают значительные вариации спектральных отражательных характеристик поверхности, что является новым фактом в знаниях о Марсе. Данные о степени гидратации минералов позволяют подозревать присутствие на Марсе осадочных пород,

Исследования состава слагающих пород проводились на «Фобосе-2» и ставшим уже традиционным методом спектрометрирования естественного гамма-излучения, обусловленного присутствием в породах естественных радиоактивных элементов (СССР). Измерения показали, что характеристики излучения меняются вдоль трассы полета. Анализ полученных данных позволит определить состав пород поверхности Марса в разных ее областях.

На «Фобосе-2» проводился также очень интересный эксперимент по исследованию вертикальной структуры агмосферы планеты. Для этого использовался комплекс из двух соединенных вместе приборов, один из которых был изготовлен во Франции, другой в СССР. Исследования выполнялись оригинальным методом, никогда ранее на планетных космических аппаратах не применявшимся. Он состоит в том, что измеряется спектр солнечного излучения, прошедшего через атмосферу Марса, когда Солнце наблюдается вблизи края планеты — заходит за него или, наоборот, восходит, т. е. в условиях затмения Солнца планетой. При этом солнечные лучи идут по касательной, и на их пути оказывается максимально возможное количество атмосферного вещества— газа и пыли. Солнечные спектры, полученные в этих условиях в разные моменты времени, соответствуют разным высотам над поверхностью планеты, и, анализируя их, можно получить вертикальное распределение по высоте различных составляющих атмосферы. Измерения проводились в диапазонах, где находятся спектральные полосы углекислого газа, озона, водяного пара.

Предварительный анализ данных показал, что содержание водяного пара в атмосфере Марса на высотах 20—60 км близко в среднем к одной десятитысячной доле по отношению к основной составляющей — углекислому газу. Значительные вариации испытывает с высотой содержание озона. Заметим, что вертикальный ход относительного содержания атмосферных газов на Марсе получен впервые.

Все запланированные «планетные» эксперименты выполнены успешно, хотя предполагалось, что объем их будет значительно большим и по охвату поверхности, и по длительности измерений. Существенно, что впервые были опробованы новые методы исследований. Накопленный опыт будет, вероятно, использован в дальнейших исследованиях Марса.

Одним из важных итогов реализации проекта «Фобос» стало получение серии снимков естественного спутника планеты — Фобоса.

Съемка далеких космических объектов с передачей изображений на Землю по радиоканалу представляет собой исключительно сложную научно-техническую задачу. Созданный для проведения телевизионного эксперимента комплекс приборов состоял из трех телевизионных камер, спектрометра, системы управления и системы видеозаписи. В качестве приемника излучения в телевизионных камерах и спектрометре был использован так называемый прибор с обратной зарядовой связью. Это кремниевый монокристалл, поверхность которого содержит сотни тысяч датчиков. Падающий на них свет преобразуется в электрические сигналы, пропорциональные его интенсивности в каждой части изображения. Фотопластинки, которые всегда были «стандартным приложением» к наземным астрономическим камерам, регистрировали только 7 из каждой тысячи световых квантов. Прибор с зарядовой связью регистрирует 700 из тысячи.

Официальное название всей съемочной системы — видеоспектрометрический комплекс «Фрегат». В ее создании приняли участие многие советские и зарубежные научные коллективы. Концепция системы, выбор и обоснование основных характеристик, разработка технических заданий на отдельные узлы и подсистемы, промежуточные и окончательные испытания выполнялись советскими специалистами.

В Советском Союзе были также разработаны и изготовлены оптический блок, приемники излучения, ряд других узлов.

Фото 3, 4. Фото Фобоса

Учеными ГДР было создано видеозапоминающее устройство, предназначенное для хранения с целью последующей передачи на Землю более 1000 телевизионных снимков. Разработка электронных и микропроцессорных узлов системы, а также окончательная сборка комплекса и его функциональные испытания выполнялись учеными и специалистами Болгарии. На долю болгарских коллег выпала, быть может, наиболее трудная часть работы — создание системы из отдельных элементов.

На разных этапах проекта создателям видеоспектрометрического комплекса оказывали помощь ученые и специалисты Франции, США и Финляндии. Эта помощь была абсолютно бескорыстна и оказывалась из общей заинтересованности в успехе проекта.

Видеоспектрометрический комплекс предназначался для решения двух очень разных по характеру задач. Первая заключалась в сборе навигационной информации, необходимой для уточнения взаимного положения межпланетной станции и марсианского спутника. Вторая — в получении данных о фигуре Фобоса, структуре, микроструктуре и составе его поверхности.

В результате оперативной навигационной обработки изображений Фобоса, переданных с борта станции «Фобос-2», точность прогнозирования положения марсианского спутника была увеличена примерно в десять раз, что позволило успешно выполнить операции по коррекции орбиты межпланетной станции и подвести ее на расстояние до 200 км от Фобоса.

Проведенные навигационные измерения представляют значительный интерес и для науки. В частности, они позволяют уточнить характеристики приливного взаимодействия Фобоса с Марсом, либрационное движение Фобоса, его массу и плотность, дают некоторую информацию для анализа его внутреннего строения.

В ходе эксперимента с расстояний от 200 до 1100 км было получено около 40 изображений Фобоса, покрывающих более 80% его поверхности. Разрешение снимков, сделанных с минимальных расстояний, составляет 40 м. Сопоставление изображений, полученных с борта «Фобоса-2», со снимками с «Маринера-9» и «Викинга» показывает, что они хорошо дополняют друг друга как по покрытию поверхности спутника Марса, так и по спектральным зонам и условиям наблюдения. Так, «Фобосом-2» наиболее детально снят район к западу от кратера Стикни, который по результатам предыдущих экспедиций был картирован наиболее плохо. Новые изображения позволят значительно уточнить фигуру и карту Фобоса. Впервые были получены изображения Фобоса и в ближнем инфракрасном диапазоне излучения.

В совокупности все телевизионные снимки, сделанные при разных углах наблюдения и освещенности, позволяют проанализировать угловую зависимость яркости поверхности Фобоса и определяющие ее параметры микроструктуры (например, характерные размеры частиц реголита). Эти данные необходимы для изучения процессов, происходящих при метеоритной бомбардировке поверхности Фобоса, а также для оценки механических и теплофизических свойств слагающего его вещества. Большой интерес, по мнению специалистов, представляет и уникальный спектрометрический эксперимент, проведенный в одном из сеансов, когда одновременно с телевизионной съемкой в трех зонах спектра с помощью приборов ИСМ и КРФМ были получены детальные спектры Фобоса в диапазонах, охватывающих область длин волн от 0,32 до 3,2 микрон.

До сих пор о спектре отражения Фобоса было известно очень мало. Он изучался только с Земли, и при этом могли быть получены данные только о среднем спектре отражения марсианского спутника. Наблюдения с помощью приборов ИСМ и КРФМ впервые дали сведения о том, как спектр меняется от места к месту. Средняя отражательная способность Фобоса очень низкая (около 4%) и почти не зависит от длины волны. Эти данные позволяют предполагать, что вещество поверхностного слоя Фобоса в среднем близко к углистым хондритам — одному из типов метеоритов. Экспресс-анализ результатов эксперимента ИСМ дал возможность сделать вывод о заметной неоднородности состава поверхности, а также о более низком содержании воды в минералах, слагающих породы Фобоса, чем ожидалось. Дневная температура Фобоса около 300 К.

К сожалению, приборы ИСМ и КРФМ пронаблюдали Фобос всего один раз, поэтому данных для надежной интерпретации получено мало. В целом же анализ результатов исследований Марса и Фобоса с борта космического аппарата «Фобос-2» находится лишь в начальной стадии. Настоящие научные выводы еще впереди.