Глава 11
Космический корабль к Марсу
Последнее из противостояний Марса,
которое имело место перед тем, как космический корабль посетил планету и навсегда
разрушил наши иллюзии, произошло в марте 1965 года. Это было афелийное противостояние,
и оно было также первым, которое я, будучи десяти лет от роду, лично наблюдал
в телескоп, скромный 5-сантиметровый рефрактор. Прибор был слишком маленький,
чтобы показать много, но я был возбужден, увидев некоторые из темных пятен,
про которые в то время всё ещё верили, что это следы растительности. Кроме того,
в тот момент было настроение большого ожидания — два космических корабля тогда
направлялись к Марсу: Американский Маринер 4 и Русский Зонд 2.
Космический Век официально начался с запуска первого спутника, Спутник 1, русскими
4 октября 1957 года. Первые успешные корабли к Луне были запущены в 1959 году,
сопровождаясь ракетами к Марсу и Венере. Русские имели ясное первенство в ракетном
развитии, и они попытались запустить ракету к Марсу уже в октябре 1960 года;
к сожалению, она не сумела достигнуть околоземной орбиты. Так как Русские считали
обязательным для себя хранить свою космическую программу в тайне, они не издали
никакой информации об этом в то время.
Русские запустили зонд к Венере в феврале 1961, но потеряли контакт с ним намного
раньше, чем он достиг своего предназначения. Два корабля стартовали для исследования
Марса осенью 1962 года. Первому не удалось достичь околоземной орбиты, и снова,
никто больше не скажет об этом; но другой, Марс 1, космический корабль, весящий
874 килограмма (Так как мы теперь в современной эре, я предлагаю впредь понизить
имперские амбиции и передавать числа только в метрической системе единиц) и
оборудованный телевизионными камерами, был помещён на правильную орбиту, и сначала
всё, казалось, шло хорошо.
Основные принципы, на которых основаны запуски межпланетных станций типа Марса
1, достаточно ясны. Вспомните, что, когда объект запущен от поверхности Земли
с относительно медленной скоростью, он просто последует по изогнутой траектории
назад к Земле. Чем выше скорость, тем искривление дуги становится все более
нежным, пока не достигает некоторого уровня — при скорости 28000 километров
в час, если быть точным — когда величина, на которую ракета снижается в путешествии
вперед, равняется величине, на которую поверхность Земли изгибается дальше вниз.
Таким образом, хотя она продолжает падать свободно, ракета никогда не достигает
земли (в течение момента, мы игнорируем трение о воздух). В этом пункте ракета
достигла околоземной орбиты. Если она далее ускорена до 11 километров в секунду,
или 40000 километров в час — скорость покидания — то уходит из сферы гравитационного
влияния Земли и становится независимым телом, путешествующим по своей собственной
орбите вокруг Солнца.
Топливные запасы ракеты очень ограничены, однако, и единственный практический
путь для того, чтобы космический корабль достигнул другой планеты — послать
его на переходную орбиту, так, чтобы передвигаться на большей части полётной
траектории, не используя топливо. Если нужно путешествовать к внутренним планетам,
Меркурию и Венере, космический корабль должен быть слегка замедлен относительно
Земли; чтобы достигать внешних планет, типа Марса, он должен быть ускорен.
Наиболее энергетически эффективная траектория между двумя планетами — так называемый
эллипс перемещёния Гомана, названный по имени немецкого инженера W. Hohmann,
который первый описал его в 1925 году. Если бы орбиты Земли и Марса были точно
круговые, эллипс перемещёния был бы путём, по которому космический корабль оставит
Землю по касательной к её орбите и по касательной войдёт на орбиту Марса. Эта
орбита имела бы свой перигелий в точке запуска (на Земле) и афелий на орбите
Марса; период обращения космического корабля вокруг Солнца был бы 520 дней,
и в переходе от Земли до Марса, он бы путешествовал по половине этого эллипса,
так что время перемещёния от Земли до Марса было бы 260 дней. За это время Марс
переместился бы на расстояние (260/687)x 360° = 136° по своей орбите вокруг
Солнца, из этого следует, что для космического корабля, чтобы достигнуть Марса,
относительные положения при запуске должны быть таковы, что угол Земля-Солнце-Марс
являлся бы 180° - 136° = 44°.
Такие условия происходят приблизительно за пятьдесят дней до каждого противостояния,
и они определяют "стартовое окно". Конечно, фактически орбиты Земли
и Марса не точно круговые, и при этом эти две планеты не лежат в одной и той
же плоскости; таким образом, фактические условия несколько изменятся от стартового
окна до стартового окна — в частности, меньшее количество энергии требуется,
чтобы достигнуть Марса в течение тех стартовых окон, когда он находится вблизи
перигелия. Также, так как минимальное потребление энергии для космического корабля,
чтобы достигнуть Марса, довольно скромно, это возможно для траектории, отклоняющейся
от эллипса перемещёния Гомана. Не сообщая подробностей, справедливо говорить,
что вообще стартовые окна происходят приблизительно за два или три месяца перед
противостоянием. Таким образом, так как противостояние должно было случиться
в январе 1963 года, русские были в пределах стартового окна, отправляя Марс-1
в путь в начале ноября 1962.
Марс 1 остался в контакте с Землей до 21 марта 1963 года, когда он был в 106
миллионах километров от Земли. К сожалению, радиосвязь была тогда внезапно потеряна,
и в июне космический корабль прошел тихо и бесполезно на расстоянии 195000 километров
от планеты; никакие фотографии или другие данные не были получены.
Следующее стартовое окно произошло осенью 1964 года. К тому времени, американцы
также стали активными. Они уже послали первое успешное межпланетное исследование,
Маринер 2, мимо Венеры в декабре 1962, и оно сделало измерения, показывая высокую
поверхностную температуру (до 477°C) и вообще зловещие условия, которые преобладают
на той планете. В ноябре 1964 года Соединенные Штаты подготовились, чтобы запустить
два аппарата к Марсу. Первый, Маринер 3, отправляется 5 ноября, но стекловолоконный
кожух, предназначенный, чтобы защитить его в течение прохода через атмосферу
Земли, не сумел отстрелиться, и дополнительный вес уберёг корабль от достижения
надлежащей переходной орбиты. Он также не смог развернуть свои солнечные панели
и скоро исчерпал мощность. Резервный космический корабль, Маринер 4, был запущен
28 ноября — кстати, в 305-ую годовщину дня, когда Христиан Гюйгенс нарисовал
грубый эскиз области Большой Сирт. На сей раз все пошло хорошо; кожух был отделён,
и солнечные панели развернулись. Двумя днями позже русские запустили свой аппарат,
Зонд 2.
Маринер 4 следовал к Марсу впереди и был должен прибыть туда на следующее лето,
за приблизительно три недели до своего Российского коллеги. Но русские ещё не
решили свои проблемы с коммуникациями, и в начале мая 1965 года их опыт с Марсом
1 был повторён — они потеряли контакт с Зондом 2, и никогда не получали известий
от него снова.
К счастью, Маринер 4 продолжил функционировать как запланировано, и 14 июля
1965 года пронёсся вблизи Марса. Американские инженеры хранили проект космического
корабля простым; он весил только 260 килограммов и нес телевизионную камеру
и другие научные приборы, включая магнитометр и детектор поглощённой радиации
(чтобы измерить интенсивность любых магнитных полей и радиационных поясов вокруг
Марса). Первое из двадцати двух изображений было получено, когда космический
корабль был в 16900 километрах от поверхности, и показало край марсианского
диска с частью равнины Амазония около темного пятна Trivium Charontis. Остальная
часть серии охватила прерывистую полосу, идущую к югу и затем в восточном направлении
от Амазонии через Zephyria, Atlantis (яркостные области между темными районами
Киммерия и Море Сирен), Phaetontis, и Мемнонию. На последние три фото, принятые
с расстояния 11900 километров, Марс не попал. Хотя изображения имели низкий
контраст и были довольно темны — возможно из-за легкой утечки в системе камеры
— они оказалсь достаточно хороши, чтобы отчетливо показать покрытую кратерами
поверхность, на которой самый большой кратер, в море Сирен, был 120 километров
диаметром. Всего приблизительно триста кратеров были зарегистрированы — но,
я спешу добавить, никаких каналов!
В любом случае результаты Маринера 4 вызвали шок. Исследование показывало Марс
подобным Луне. Поверхность казалась старой и мёртвой, и очевидно не изменилась
заметно в течение миллиардов лет. Это строгое впечатление было укреплено результатами
эксперимента радиозатенения S -полосы. Через два часа после того, как Маринер
4 сделал свой самый близкий подход к поверхности Марса (9850 км), он прошёл
позади планеты, в точке на освещённой солнцем стороне между Electris и морем
Chronium. Его радиосигнал был искажен проходом через тонкую марсианскую атмосферу,
и опыт был повторен, когда аппарат появился снова на ночной стороне, выше Ацидалийского
моря. Анализируя форму этого искажения, было возможно вычислить поверхностное
давление в двух точках затенения. Результат был мучительно низкий — только от
4.0 до 6.1 миллибар. Когда эти данные были объединены с более ранней наземной
работой Kaplan, Mьnch, и Spinrad, в которой, как мы видели, парциальное давление
диоксида углерода на поверхности Марса было определено в 4 миллибара, стало
ясно, что Марсианская атмосфера должна состоять из углекислого газа на 95 процентов
или около того. Таким образом было похоже на то, что Ranyard и Stoney были правы
в конце концов в предположении, что полярные шапки должны состоять из замороженного
диоксида углерода вместо обычного водного льда. И даже в экваториальных областях
планеты, где достаточно тепло для существования жидкой воды, она была бы неустойчивой
на поверхности при этом низком давлении. В официальном резюме результатов полета
Маринера 4, R. B. Leighton и другие члены телевизионной команды утверждали,
что "тяжело кратерированная поверхность Марса должна быть очень древней
— возможно от 2 до 5 миллиардов лет возраста... И трудно верить, что свободная
вода в количествах, достаточных чтобы формировать потоки или заполнять океаны,
могла существовать на Марсе начиная с того времени."
Ретроспективно, несколько удивительно, что покрытая кратерами поверхность Марса
оказалась такой большой неожиданностью. В конце концов, столкновение, как известно,
является доминирующей силой в вылеплении ранних поверхностей Луны и планет,
и мы фактически засвидетельствовали фрагменты кометы, врезавшиеся в Юпитер.
В начале 1960-ых, однако, модель таких событий всё ещё разрабатывалась. Даже
лучший известный ударный объект на Земле, километровый метеоритный кратер около
Winslow в Аризоне, окончательно был истолкован как результат столкновения лишь
в поздних 1950-х. Происхождение лунных кратеров все ещё горячо обсуждалось,
и ни в коем случае не было уверенности, что они — результат столкновения, а
не продукт вулканических процессов. После того, как Маринер 4 показал Марсианские
кратеры, дебаты простирались на ту планету также. Только начиная с полетов космического
корабля Аполлон эту проблему для Луны наконец решили, и мы можем теперь говорить
наверняка, что кратеры и на Луне и на Марсе были сформированы столкновениями
Как я упомянул ранее, несколько дальновидных астрономов типа Клайда Томбауга,
E. J. Opik, и Ральфа Болдуина фактически предсказали существование кратеров
на Марсе. Один, Джон Е. Меллиш, пошел так далеко, что провозгласил, будто он
непосредственно наблюдал марсианские кратеры в ноябре 1915 года, когда размер
диска был только 7.8". Он использовал 1.02-метровый йеркский рефрактор
сразу после восхода солнца с силой увеличения 1100x. Меллиш не издавал результаты
этих наблюдений до года после пролета Маринера 4, хотя он писал ранее о них
другим астрономам. Он также подразумевал, что его бывший коллега Е. E. Барнард
видел марсианские кратеры во время работы в Облизывающейся обсерватории в 1890-ых.
К сожалению, рисунки Меллиша были разрушены в пожаре; результаты Барнарда, однако,
поднимались в Йерке несколько лет назад (они показывают темные круглые пятна
"оазисы", но никак не истинные кратеры).
Наблюдение Меллиша зажгло противоречие. Некоторые астрономы были убеждены, что
он видел настоящие кратеры на Марсе; другие искренне сомневались. Очевидно он
видел кое-что; возможно, это были некоторые из изумительных деталей — маленьких
масс и темных пятен, которыми усыпана марсианская поверхность при лучших условиях
наблюдения. Никогда не видевший чего-нибудь подобного прежде, он был понятно
изумлён и нашёл намеки поразительно незнакомого аспекта. Но его определенное
требование, что он видел кратеры, может теперь быть отклонено. Bесьма невозможно
наблюдать любой топографический рельеф непосредственно с Земли; наблюдения космического
телескопа Хаббла доказали это без сомнения. Присутствие марсианской атмосферы
приглаживает свидетельства поверхностных неровностей на терминаторе, и кроме
того, хотя Марс действительно имеет горы, самые высокие из них, включая Олимп,
высочайшую гору в солнечной системе — скорее большие вулканические щиты, чем
пики; их склоны очень пологие, и они не бросают никаких видимых теней даже на
терминаторе.
Результаты Маринера 4 поощрили астрономов полностью пересмотреть их идеи о Марсе;
теперь стало очевидно, что ранние представления на самом деле били совсем мимо
цели. Теория растительности умерла, марсианская окружающая среда, казалось,
была слишком враждебной, чтобы поддержать растительность, и даже волна затемнения,
которая "занимала второе место после марсианских каналов в историческом
развитии гипотезы о жизни на Марсе" теперь оказалась под сомнением. Хотя
значительные изменения в форме и интенсивности темных областей были вне вопроса,
существование настоящей "волны", движущейся от Южного полюса до экватора
каждую весну казалось в лучшем лишь слабо поддержанным наблюдениями. Изучение
Charles F. Capen в Обсерватории Ловелла показало, что самые большие изменения
интенсивности, казалось, происходили в светлых областях, и только темные области
в непосредственной близости от южной полярной шапки показывали классический
образец постоянного появления летом более светлых тонов, чем весной. Систематические
широтные изменения в интенсивности цветов в зависимости от сезона, по крайней
мере, казалось, не происходили, и любые изменения, которые имели место, были
очевидно из-за поднятой ветром пыли скорее, чем от растительности.
Изменившаяся перспектива Марса, вызванная результатами Маринера 4, хорошо иллюстрируется
зарисовками Capen, одного из наиболее квалифицированных наблюдателей Марса того
времени, до и после полёта. В 1964 - 65 он дал в целом "классическое"описание
Марса. То есть он начертил многочисленные каналы и отметил яркие цветные изменения,
например: "Большой Сирт изменялся от сине-зеленого к зелено-синему оттенку....
Море Acidalium изменило свои зимние, преимущественно серые и коричневые цвета
на весеннюю окраску темных серых и сине-серых оттенков с серо-зелеными оазисами."
В Мае 1969, с Марсом вблизи противостояния, Capen наслаждался рядом роскошных
видов с 2.08-метровым рефрактором в обсерватории Макдональлда в штате Техас.
"Когда Марс попал в фокус в ночи 29 мая, 30, и 31, его шар, казалось, был
драпирован темной серой паутиной, напоминая оттенок и текстуру железных опилок.
Когда увеличение 1000x использовалось, глобальная сеть... превратилась в темные
круговые детали и параллельные выровненные полосы, некоторые из которых случайно
складывались в линейные, похожие на каналы структуры." Эти детали он позже
отождествил с большими кратерами и соединениями темных пятен и полос со сделанных
космическим кораблём фотографий.
После Маринера 4, следующие аппараты, посланные к Марсу, были Маринеры 6 и 7
в 1969 году (Маринер 5 ушел на Венеру). Маринер-6 запущен 24 февраля и Маринер-7
27 марта. Мы теперь знаем, что было два неудачных русских запуска той весной
также. Они даже не были объявлены в то время, и нет никакой причины говорить
что-нибудь ещё о них.
Два Маринера, подобно Маринеру 4 перед ними, были разработаны для пролетной
траектории, но они начали отображать Марс задолго до их прибытия. Эти виды издалека
имели разрешение несколько большее, чем лучшие изображения с земли, но были
все ещё слишком расплывчатые, чтобы показать детали поверхности Марса очень
хорошо —например, Nix Olympica, сначала замеченный Скиапарелли в 1879 году как
крошечное белое пятно, казался теперь большим, ярким кольцом, и интерпретировался
в то время как внешний край большого ударного кратера.
Станции достигли Марса всего лишь через несколько дней после полёта Аполлона
11, когда Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин стали первыми людьми, попавшими на поверхность
Луны. (автомат перевёл: Нейл Армстронг и Эдвин Алдрин стали первыми людьми,
чтобы идти на поверхность Луны). Сначала прибыл Маринер 6, 31 июля 1969 года,
и обеспечил двадцать пять фотографий крупного плана экваториальной области между
долготами 60 ° W и 320 ° W, включая Aurorae Sinus, Pyrrhae Regio, и Deucalionis
Regio. Маринер 7 присоединился 5 августа и получил тридцать три фотографии региона
по краю южной полярной шапки и другую серию в пределах полосы — снова главным
образом в южном полушарии — охватывающей Thymiamata, Deucalionis Regio (снова),
Hellespontus, Hellas, и Mare Hadriaticum. В общем, два корабля увеличили охват
планеты крупным планом от 1 процента у Маринера-4 к приблизительно 10 процентам,
и их фотографии были намного более ясные чем таковые Маринера 4 — главным образом
из-за улучшенных методов, но частично потому что космический корабль прошел
ближе к планете, на расстоянии меньше чем 3500 километров.
К этому времени знакомые кратеры стали довольно вездесущими на фотографиях,
включая множество покрытых снегом по краю полярной шапки. Картина Марса, подобного
Луне, полученная Маринером-4, в основном подтверждалась, но были также некоторые
неожиданности. Одной интересной областью была Эллада, большая круговая яркая
деталь порядка 1300 километров в поперечнике. По наземным наблюдениям она считалась
возвышенной областью, так как на этом участке часто развивались беловатые облака,
а зимой он покрывался снегом; однако Эллада оказалась низменным бассейном, и
на фотографиях Маринера было видно, что дно её удивительно гладкое. Другая интересная
область, расположенная под 40° W, 15° S, состояла из скрещённых горных хребтов,
так называемый "хаотический ландшафт", который, казалось, сформировался
изъятием подповерхностного материала и падением вышележащих отложений и камней.
Кроме телевизионных экспериментов, другие бортовые приборы обоих космических
кораблей подтвердили, что атмосферное давление Марса очень низкое — Маринер-6
измерил 6.5 миллибар в Sinus Meridiani, а Маринер-7 нашёл только 3.5 миллибар
в Hellespontica Depressio, которая долго считалась низменностью, хотя на самом
деле была поднятием. Температура южной полярной шапки была измерена в -123°C,
почти точно как ожидалось для замёрзшего углекислого газа. В то время большинство
ученых полагало, что из замороженного диоксида углерода полностью состояли обе
полярные шапки. Наконец, аппараты не нашли никаких следов магнитного поля.
В целом, снимки, переданные при пролете Маринеров в 1969 году, были большей
частью обескураживающими. Они охватили только десятую часть марсианской поверхности,
но включили некоторые из основных темных областей планеты — тех самых темных
областей, на которых наблюдатели всегда сосредотачивали своё внимание с тех
пор, как Христиан Гюйгенс впервые сделал набросок Большого Сирта в 1659 году.
Мы теперь знаем, что тёмные области южного полушария содержат наиболее тяжело
покрытый кратерами ландшафт на Марсе. И хотя камеры Маринеров во время пролёта
принимали многочисленные фотографии кратеров, они пропустили все по-настоящему
захватывающие объекты Марсианского пейзажа — вулканы, каньоны и сухие русла
рек.
К концу 1960-ых унылый и подобный Луне Марс, казалось, был подтвержден при пролете
мимо него трёх космических кораблей, и очаровательный мир высохших морей, каналов,
одиноких пустынь и умирающих цивилизаций постепенно рассеялся подобно мечте.
Как ни считай, 1969 год был надиром марсианских исследований. Но подобный Луне
Марс оказался такой же иллюзией, какой был Марс Ловелла. Это приводит нас к
Маринеру-9 и следующему великому году Марсианских открытий — 1971.
c 1996 Аризонский Пульт Регентов
--------------------------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------------------------
назад на главную страницу
Сайт управляется системой
uCoz