Как российские астрономы изучают планеты Солнечной системы.
В нашем космическом доме - событие: парад планет. Шестерка уже выстроилась: Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. К концу февраля к ним седьмым присоединится Меркурий. Мы получим «полное выравнивание», как говорят астрономы. С последней планетой связано еще одно событие: в январе во время последнего гравитационного маневра космического европейско-японского зонда (ESA, JAXA) «БелиКоломбо» над поверхностью Меркурия отлично сработал российский гамма- и нейтронный спектрометр (МГНС), созданный специалистами Института космических исследований РАН (ИКИ РАН). «Поиск» посчитал оба события хорошим поводом для обсуждения достижений и проблем отечественной астрономии в изучении планет. Собеседник - заведующий отделом физики планет ИКИ РАН, председатель секции «Планеты и тела Солнечной системы» Совета РАН по космосу, член-корреспондент РАН Олег КОРАБЛЕВ.
– Олег Игоревич, что принципиально нового о планетах Солнечной системы и их спутниках человечество узнало за последние десятилетия?
– Вопрос достоин обширного обзора. Попробую отметить некоторые моменты, прежде всего имеющие отношение к российским результатам и планам.
Начнем с Луны. Открытие водорода, обнаружение гидратации поверхности или даже водяного льда изменили парадигму изучения спутника нашей планеты. Возможность использования ресурсов Луны резко подстегнула интерес к ней. Для российских ученых это означало поворот от концепции «Луна-Глоб» (исследование внутреннего строения Луны) к современной программе. Проекты «Луна-25», «Луна-27» и последующие ориентированы прежде всего на изучение летучих компонентов лунной поверхности. Их распределение исследовалось, в частности, в российском эксперименте LEND на борту космического аппарата (КА) Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA, 2009).
Марс. За последние десятилетия благодаря целому флоту космических аппаратов (КА), в основном американских, в понимании геологической истории, эволюции климата Марса, потери им воды и атмосферы достигнут огромный прогресс. Детальность ведущихся наблюдений планеты уже приближается к уровню дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Существенный вклад в эти достижения внесли российские и совместные исследования на КА Mars Odyssey (NASA, 2001), Mars Express (ESA, 2003), ровера Curiosity (NASA, 2011), «ЭкзоМарс» Trace Gas Orbiter (ESA - Роскосмос, 2016). В ходе французского эксперимента SEIS на посадочном аппарате InSight (NASA, 2018-2022) обнаружена сейсмичность планеты. В исследованиях участвовали и российские коллеги из Института физики Земли (ИФЗ РАН).
Ответа на сакраментальный вопрос, есть ли жизнь на Марсе, так и не получено. Все эксперименты по целенаправленному поиску жизни пока не увенчались успехом, но в 2004 году в атмосфере Марса зафиксирован метан - потенциальный газ-биомаркер. Это открытие сделано в том числе благодаря данным совместного российско-итальянского прибора PFS на КА Mars Express. Его подтвердил американский газоанализатор на ровере Curiosity. Другой российский прибор ACS на ExoMars TGO установил для метана жесточайший верхний предел - на порядок меньше самых низких оценок Curiosity. Интрига сохраняется.
Венера. После ярких открытий советских КА серии «Венера и «Вега», завершившихся в 1980-х годах, и картирования рельефа поверхности американским спутником Magellan в 1990-х годах она долгие годы оставалась забытой планетой. Время от времени появлявшиеся статьи о потенциальной обитаемости облаков и даже поверхности Венеры считались маргинальными. В 2020-м на Венере обнаружен газ фосфин, присутствие которого в окислительной атмосфере планеты очень трудно объяснить обычными химическими реакциями, но можно гипотетически связать с жизнедеятельностью микроорганизмов в облачном слое.
Открытие британских ученых, сделанное по астронаблюдениям в микроволновом диапазоне спектра, вызвало массу споров и даже опровержений. Тем не менее последовала немедленная реакция NASA: были одобрены сразу два американских проекта по исследованию Венеры (DAVINCI и VERITAS). Вслед за ними и ESA начало реализацию собственного проекта ENVISION. Все эти миссии планируются к запуску в 2031 году - очень удачном для полетов с точки зрения небесной механики. В этот же год хотелось бы запустить и наш проект «Венера-Д», о котором речь пойдет ниже. В конце 2024 года еще один проект для исследования Венеры (Venus Orbiter Mission) одобрило индийское космическое агентство ISRO.
Юпитер и Европа. Множество интересных и ярких открытий были сделаны для планет-гигантов и их спутников. Пятнадцать лет назад мы вполне серьезно обсуждали и готовили проект исследования Юпитера и его ледяного спутника Европы в кооперации с NASA и ESA. Сейчас европейский JUICE и американский Europa Clipper летят к Юпитеру. Нам остается лишь мечтать о том, что сможем изучать выбросы из подледного океана Европы, потенциально обитаемого, с помощью российского орбитального телескопа «Спектр-УФ», запуск которого снова отложен. Финансирования не хватает нигде.
– То есть у России сегодня для изучения планет нет главного - космических инструментов? Тем не менее на ряде зарубежных КА работают приборы, созданные учеными и инженерами ИКИ либо ими же в кооперации с подразделениями Роскосмоса и крупными КБ. Правда, таких приборов немного, но они есть и позволяют получать интересные данные. Каково в целом состояние отечественного научного космического приборостроения для изучения планет Солнечной системы?
– К сожалению, космических аппаратов у нас действительно нет. Очень давно нет и успешных отечественных проектов для исследований планет. Переносы и неудачи преследовали эти программы, начиная с миссии «Марс-96», родившейся еще в СССР и закончившейся в РФ, затем были «Фобос-Грунт» (2011), «ЭкзоМарс» (2022), «Луна-25». Поэтому при всей надежде на российские проекты кооперация остается важным каналом.
У России есть приборы, которые используются как космические инструменты. Часть из них - для исследования Луны и Марса - перечислена выше. Другие работали на КА Venus Express (ESA, 2005-2015) и летят к Меркурию на КА BepiColombo (ESA-JAXA, с 2018-го). Приборы трудятся на борту зарубежных КА, запущенных другими агентствами, и на «ЭкзоМарс» TGO, запущенного Роскосмосом. Функционируют более 20 лет на Mars Odyssey и Mars Express. Обладают уникальными, недоступными для аналогов характеристиками. Такие инструменты работают на Curiosity, LRO, TGO.
Инструменты для исследования планет действительно делаются в основном в ИКИ, где помимо концентрации научных интересов имеются необходимая культура создания бортовой аппаратуры и, что немаловажно, привычка работать в условиях жестких норм качества и контрактной дисциплины. Кооперация есть с другими институтами РАН, некоторыми вузами, организациями Роскосмоса.
В новых проектах стараемся расширить круг участников, возродить экспертизу Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского (ГЕОХИ) РАН в области приборов для анализа грунта, привлечь вузы, имеющие опыт космического приборостроения для кубсатов (малых и сверхмалых спутников Земли). Конечно, не все направления приборостроения развиты одинаково. Ясно, что для успеха необходим опыт набивания шишек. Группы, делавшие ранее аналогичные приборы для других направлений исследований или иностранных планетных проектов, имеют преимущество.
Хочу напомнить, что для посадочной платформы «ЭкзоМарс-2022» был создан полный комплекс приборов, в основном российских, с небольшим иностранным участием. Все было полностью собрано и испытано. Буквально месяц оставался до поставки космического комплекса на Байконур, когда партнер - европейское космическое агентство - отказался продолжать проект по политическим причинам. Так что приборы мы делать умеем.
– Кооперация в науке (особенно в исследованиях космоса) - это замечательно, но нет ли признаков того, что в современных условиях мы в какой-то момент этих каналов лишимся?
– Надеюсь, что нет. Сегодня для нас перспективно сотрудничество с Китаем и Индией. Так, готовится российский эксперимент для китайской лунной посадочной станции «Чанъэ-7», планируется создание инструментов для проекта «Тяньвень-3» (с доставкой на Землю грунта с Марса), намечаются исследования системы Юпитера. Формируется совместный центр обработки и хранения данных. От Индии ждем одобрения прибора для Venus Orbiter Mission. К сожалению, на уровне совместных проектов дальше предварительных обсуждений пока речь не заходит. Соответственно, и сотрудничество в рамках БРИКС пока остается на уровне предложений.
– Готовясь к беседе, просматривая записи с Всероссийской астрономической конференции (ВАК-2024), подробный отчет о которой «Поиск» публиковал, из более чем 450 докладов и сообщений насчитал лишь 11 (!), посвященных исследованиям планет Солнечной системы. Авторы большинства из них, что закономерно, - ученые ИКИ РАН. Еще были доклады из Государственного астрономического института им. П.К.Штернберга (ГАИШ МГУ), Московского физико-технического института (МФТИ), из Института астрономии РАН. И все. Скудно. Основные темы - Марс, немного о Луне, чуть о Венере.
– ВАК-2024 - прекрасная конференция, но исследования планет остались немного в стороне, хотя этой теме и был посвящен один насыщенный день. Ничего удивительного и в том, что среди докладчиков были коллеги из Института астрономии РАН: там работает очень сильная группа, специализирующаяся на экзосферах - внешних оболочках планет и экзопланет, есть и наблюдатели, работающие в сотрудничестве с ГАИШ МГУ.
Исторически, когда астрономические наблюдения планет были потеснены проектами космических исследований, заниматься планетами стали не столько астрономы, сколько ученые Института прикладной математики им. М.В.Келдыша, ИКИ, Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН.
После распада СССР основные группы наблюдателей-планетчиков остались на Украине, в Казахстане, других странах. После ВАК-2024 мы с коллегами из Специальной астрофизической обсерватории (САО РАН) собрали в декабре прошлого года небольшой семинар, на котором наметили несколько достойных применений наблюдательной астрономии в современных реалиях. Буквально неделю назад на Большом телескопе азимутальном (БТА) САО РАН прошли наблюдения Юпитера при помощи спектрографа SCORPIO. В дальнейшем планируем задействовать другие российские телескопы и инструменты.
– Расскажите вкратце о состоянии работ по лунным проектам и «Венере-Д»?
– Почти закончены испытания научной аппаратуры «Луны-26». Следующий этап - создание летных образцов. Для «Луны-27» часть аппаратуры уже есть, часть пришлось изменить, адаптировать к возможностям посадочного аппарата. Очень надеемся, что будет принято решение о двух запусках, как это было в советское время. Это повысит общую надежность проекта. Причем для устранения возможных недоработок дублирующий пуск целесообразно планировать примерно через год после первого. Кроме того, в случае успеха две посадочных станции «Л-27» смогут исследовать сразу две полярных области Луны - южную и северную.
С «Венерой-Д» пока большое отставание. После завершения аванпроекта уже почти два года не удается начать этап эскизного проектирования. Очень важно было бы запустить «Венеру-Д» не позже старта уже упомянутой группы зарубежных КА в 2031 году. Из четырех аппаратов других стран три планируют радарное картирование, один - спуск в атмосфере. Только «Венера-Д», используя уникальный советский опыт (10 успешных посадок), позволит провести анализ поверхности в точно известном месте приземления современными приборами. Так, геологические карты, полученные радарами, будут иметь привязку к составу поверхности. Мы также рассчитываем, что аэростаты «Венеры-Д» (также ее уникальная особенность) дадут длительные детальные измерения в облаках и позволят подтвердить или опровергнуть их обитаемость.
– Олег Игоревич, вы возглавляете секцию «Планеты и тела Солнечной системы» Совета РАН по космосу. Он объединяет представителей ведущих научных, конструкторских организаций, Роскосмоса. Приоткройте завесу вопросов, которые на ее заседаниях рассматриваются. Есть ли у секции рычаги воздействия на ситуацию?
– В научном сообществе возникает много разных идей. Задача секции - обсудить предложения, проекты, эксперименты, рекомендовать или отклонить их дальнейшую реализацию. Секция не только фильтр. Это площадка, на которой в совместном общении рождаются новые идеи. Ну, а «рычаги воздействия» находятся на более высоких этажах управления.
Беседовал Станислав ФИОЛЕТОВ
Фото предоставлено О.Кораблевым
На снимке: сборка приборов «ЭкзоМарс-2022» в ИКИ в стерильных условиях.
