Кирилл Кондратьев - «Викинги» на Марсе

• Название: «Викинги» на Марсе
• Автор: Кирилл Кондратьев
• Издательство: Гидрометеоиздат
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1977

Обсуждены результаты исследований атмосферы, поверхности и верхнего слоя грунта Марса на основе предварительного анализа данных измерений при помощи аппаратуры, установленной на орбитальном и спускаемом аппаратах АМС «Викинг-1, -2». Полученные результаты содержат обширную информацию о структурных параметрах и составе атмосферы. Большое число изображений с орбиты и поверхности планеты позволило значительно углубить существующие представления об особенностях структуры и минералогии поверхности Марса. Впервые получен обширный комплекс данных прямых измерений на поверхности планеты, характеризующих свойства поверхности и нижних слоев атмосферы. Рассмотренные результаты имеют важное значение для понимания закономерностей погоды и климата на Марсе, открывают новые перспективы с точки зрения сравнительной метеорологии планет.

The results of investigations of the atmosphere, the surface and the upper layer of the soil of Mars are discussed on the basis of a preliminary analysis of measurement data obtained with the help of instrumentation installed on the orbital and descent vehicles Viking-1, -2. The results obtained contain comprehensive information on the structural parameters and composition of the atmosphere. Numerous images from the orbit and the planet's surface made it possible to improve essentially the existing notion of the structure and minerology of the Martian surface. For the first time, a comprehensive complex of data of direct observations on the surface of the planet has been obtained which characterizes the properties of the surface and the lower atmosphere. The results considered are of great importance for understanding the weather and climate-forming processes on Mars; they open up new perspectives from the point of view of the comparative meteorology of planets.

---

Радарные наземные наблюдения Марса в сантиметровом диапазоне, выполненные в мае — июле 1976 г., позволили получить сведения о шероховатости и отражательной способности марсианской поверхности для трех потенциальных мест посадки спускаемого аппарата АМС «Викинг-1» [107]. Шероховатость характеризуется распределением углов наклона элементов поверхности с горизонтальной протяженностью порядка 1—10 м. Данные измерений отражательной способности служат индикатором плотности поверхностного слоя грунта толщиной порядка нескольких сантиметров.

Результаты, полученные в работе [107], показали, что шероховатость поверхности в точке посадки СА «Викинг-1» (47,5° з. д., 22,4° с. ш.) больше средней, а отражательная способность близка к средней. Определение свойств поверхности в точке с координатами 43,4° з. д., 23,4° с. ш. привело к выводу, что этому участку соответствуют аномальные радарные характеристики, указывающие на очень сильную мелкомасштабную шероховатость и (или) очень низкую плотность грунта. Малое отношение сигнала к шуму по данным наблюдений первоначально предполагавшейся основной точки посадки (34° з. д., 19,5° с. ш.) свидетельствует о том, что этот участок обладает шероховатостью, которая по крайней мере вдвое превышает среднюю. Поскольку радарные данные связаны с большим пространственным осреднением, важное значение имеет их совместное использование вместе с изображениями, характеризующими детальную структуру рельефа поверхности.

Выполненный в работе [31] анализ полученного с АМС «Маринер-9» изображения высокого разрешения области Chryse, где планировалась посадка СА АМС «Викинг-1», обнаружил не выявленные ранее на Марсе формы рельефа. Следы выветривания, наличие расчлененных и скульптурированных склонов, линейных гребней в форме террас свидетельствуют о значительной эоловой трансформации плоскогорий и мез. Каналы, которые «вытекают» из бассейна Chryse и имеют более крупные размеры, нерепрезентативны по сравнению с типичными каналами флювиального происхождения, поскольку в этом случае первоначальные структуры рельефа сильно искажены под влиянием ветровой эрозии. Присутствие кратеров указывает на то, что эоловая трансформация флювиальных форм рельефа произошла сотни миллионов лет назад. На отдельных участках поверхности наблюдается высокая концентрация малых кратеров.

Анализ наиболее подходящих мест для посадки спускаемого аппарата АМС «Викинг» (для каждого СА выбирались основная и запасная точки), начатый на основе использования наземных радарных данных и изображений поверхности Марса, которые были получены при помощи АМС «Маринер-9», был завершен в июне—июле 1976 г. с использованием изображений с орбитального аппарата «Викинг-1». Рассмотрение всей совокупности данных наблюдений привело к выводу, что основная точка посадки «Викинга-1» в районе Chryse более изменчива в геологическом отношении и более опасна, чем предполагалось первоначально.

Это вынудило предпринять поиски другой точки, которая была окончательно выбрана на 47,5° з. д. и 22,4° с. ш. на основе компромисса между выбором характеристик места посадки по данным анализа изображений с орбиты и наземным радарным данным, характеризующим шероховатость марсианской поверхности и плотность верхнего слоя грунта. Окончательно выбранная точка посадки находится на расстоянии около 900 км к северо-западу от первоначальной основной точки. В работе [71] подробно описаны данные наблюдений всех исследовавшихся точек посадки и характеристики их рельефа.

Данные доплеровского радиослежения со спускаемого аппарата АМС «Викинг-1» за первые несколько суток функционирования СА позволили осуществить предварительное определение координат СА на поверхности Марса (22,27° с. ш., 48,00° з. д.), радиуса планеты в точке посадки (3389,5 км) и ориентации оси вращения Марса относительно среднего экватора Земли: прямое восхождение равно 317,35°±0,06°, а склонение 52,71 ±0,1° [78].

АМС «Викинг-1 и 2» были запущены 20 августа и 5 сентября 1975 г. соответственно. 19 июня и 7 августа 1976 г. эти АМС были выведены на орбиты ИСМ. Периапсис орбиты АМС «Викинг-1» (период обращения равен 24,6 часа, а угол наклона 37,74°) располагался вблизи точки посадки спускаемого аппарата с координатами 19,5° с. ш., 34° з. д. Расстояние орбитального аппарата (ОА) от центра планеты в периапсисе составляет 4900 км, а в апоапсисе — 36 000 км. Синхронная орбита обеспечивает прохождение ОА над СА на каждом витке на расстоянии около 1500 км, что позволяет принимать данные со спускаемого аппарата в течение промежутка времени до 40 мин. Принимаемая информация запоминается и вскоре после этого передается на Землю. Продолжительность ежедневных сеансов связи со спускаемым аппаратом составляет около одного часа, а передача научных данных, получаемых при помощи аппаратуры ОА, происходит почти непрерывно.

Потребовалось четыре недели для телевизионной съемки поверхности Марса с орбиты и анализа результатов съемки (а также наземных радарных данных) прежде, чем было принято решение о посадке СА, которая была совершена в бассейне Chryse Planitia в точке с координатами 22,5° с. ш., 48,0° з. д. 20 июля 1976 г. в 11 ч 53 мин по среднему Гринвичскому времени (рис. 1)[1]. Сразу после посадки были получены два панорамных изображения поверхности, принятые на Земле примерно через час [103]. В этот момент местное время составляло примерно 16 ч, а время года соответствовало лету северного полушария спустя 7 марсианских суток после дня летнего равноденствия.

Таблица 2 характеризует всю совокупность научных экспериментов. Соффен и Снайдер [103] детально описали особенности конструкции орбитальных отсеков АМС «Викинг», которые представляют собой усовершенствованную модификацию АМС «Маринер», а также конструкцию СА. Охарактеризовано функционирование АМС по мере их движения к Марсу, а также упомянуто об основных особенностях научной аппаратуры.

Как отметили Мазурский и Крабилл [72], поиск места посадки для спускаемого аппарата АМС «Викинг-2» был более продолжительным, чем в случае АМС «Викинг-1». Еще с орбитального аппарата АМС «Викинг-1» была исследована поверхность Марса общей площадью около 4,5 млн. км2. По этим данным оказалось возможным выбрать два места посадки в районах Cydonia (B1) и Capri (C1), расположенных на 44° ю. ш. и 5° с. ш. соответственно. При этом полоса широт В (40— 50° с. ш.) рассматривалась как наиболее интересная в силу других, чем в точке посадки СА «Викинг-1», геологических условий, более высоких содержания водяного пара в атмосфере и температуры поверхности, возможности существования вечной мерзлоты.

Таблица 2 Научная программа АМС «Викинг»

Попытки найти по данным «Викинга-1» в районе В1 достаточно гладкую поверхность в форме эллипса размером 100 X 260 км («посадочный эллипс») не привели к успеху в силу преобладания изрезанного рельефа с большим числом кратеров. Поэтому выбор места посадки был продолжен после вывода на орбиту ИСМ «Викинг-2». С этой целью получены телевизионные изображения и выполнены измерения инфракрасного теплового излучения обширных площадей в районах Arcadia и Utopia Pianitia (B3), где наблюдается равнинный рельеф с большим числом «ударных» кратеров, но в некоторых секторах имеют место участки, сглаженные под влиянием ветровой эрозии и покрытые «мантией» осадочных пород.

Данные измерений теплового излучения позволили оценить тепловую инерцию и размер зерен материала, формирующего поверхность, а также определить содержание водяного пара в толще атмосферы. Все это привело к окончательному выбору в качестве места посадки района Utopia Pianitia примерно в 200 км к западу от крупного (диаметром около 100 км) кратера Mie. Успешная посадка совершена 3 сентября 1976 г. в 3 ч 58 мин 20 с после полудня (по Тихоокеанскому дневному времени) в точке с координатами 47,89° с. ш., 225,86° з. д.

2. Анализ изображений поверхности с орбитального аппарата АМС «Викинг»

Благополучная посадка спускаемых аппаратов АМС «Викинг-1, -2» и успешное функционирование научной аппаратуры позволили выполнить почти всю намеченную программу исследований [104]. В частности, с СА «Викинг-1» за первые полтора месяца после посадки получено более 300 изображений поверхности и неба. 7 августа 1976 г. на орбиту искусственного спутника Марса (ИСМ) была выведена АМС «Викинг-2». Период обращения ИСМ составляет 27,42 ч при периапсисе 1501 км и апоапсисе около 33 000 км. Угол наклона орбиты к плоскости экватора равен 55°. Периапсис был расположен первоначально вблизи точки с координатами 46° с. ш., 320° з. д., а затем на 18-м витке был совершен маневр с переводом периапсиса в точку 48° с. ш., 226° з. д. СА совершил посадку в точке 48° с. гл., 228° з. д.

Радиорефракционные наблюдения позволили определить радиус Марса и некоторые параметры атмосферы, а измерения на СА — свойства поверхности [79]. Ареоцентрические долготы, широты и радиусы Марса для точек посадки спускаемых аппаратов «Викинг-1, -2» оказались равными соответственно: 22,272°± ±0,006 с. ш., 47,94°±0,2° з. д. и 3389,38±0,8 км; 47,669°± ±0,006° с. ш., 225,7Г±0,2° з. д. и 3381,88±0,22 км. Соответствующие ареографические широты равны 22,483° с. ш. и 47,968° с. ш. Сидерическая скорость вращения Марса равна 350,891986°± 0,000 012°/сут, что соответствует 24 ч 37 мин 22,663 ±0,004 с. Для эпохи 1950,0 значения прямого восхождения α0 и склонения σ0 оси вращения Марса, определенные относительно средного положения земного экватора и точек равноденствия, составляют: α0 = 317,340°± 0,006°; σ0 = 52,710°±0,004°. Столь высокая точность свидетельствует о возможности слежения за движениями оси вращения.