МАРС-ЭКСПРЕСС | Space Research Institute

МАРС-ЭКСПРЕСС / MARS EXPRESS

© Spacecraft: ESA/ATG medialab; Mars: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Атмосфера и климат Марса

«Марс-Экспресс» (Mars Express, MEX) — первая экспедиция Европейского космического агентства для исследования Марса: атмосферы, поверхности, истории его климата и окружающего пространства — с орбиты его искусственного спутника.

Проект был задуман после неудачи российского проекта «Марс-96», в котором участвовали многие европейские организации. Новая миссия должна была повторить ряд экспериментов, которые планировались на российском орбитальном аппарате (пять из семи научных приборов спутника: HRSC, OMEGA, PFS, ASPERA и SPICAM — были первоначально изготовлены для «Марс-96»). В ней участвуют ученые и специалисты Франции, Великобритании, Италии, Германии, Швеции, США, России и многих других стран

Важная роль в проекте принадлежала Василию Ивановичу Морозу (1931–2004 гг.), тогда руководителю отдела физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН и научному руководителю миссии «Марс-96» с российской стороны. Для трех спектроскопических экспериментов на борту аппарата: PFS, OMEGA и SPICAM — инструменты были изготовлены с участием России. Российские ученые принимают участие во всех семи экспериментах проекта как соисследователи (co-investigators).

Научные задачи

картировать поверхность планеты с высоким (10 м/пиксел) и сверхвысоким (2 м/пиксел) разрешением;
создать карты распределения минералов на поверхности с разрешением 100 м;
изучить состав марсианской атмосферы и её глобальной циркуляции;
зондировать верхние слои грунта до глубины несколько км;
исследовать взаимодействия атмосферы с поверхностью и с солнечным ветром;
отработать технологии мягкой посадки на планету.

Миссия

Цели первой европейской миссии на Марс — изучение марсианской атмосферы и климата, минералогического состава и геологических структур поверхности, распространенности воды в разных формах на планете.

Для этого на борту КА собран комплекс из семи приборов, который включает разнообразные спектрометры, оптические камеры, альтиметр, анализатор нейтральных атомов и радиоантенны:

стереокамера высокого разрешения HRSC (High Resolution Stereo Camera);
видимый и инфракрасный картирующий спектрометр OMEGA (Observatoire pour la Mineralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activite);
радар-альтиметр MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding);
планетный Фурье-спектрометр PFS (Planetary Fourier Spectrometer);
инфракрасный и ультрафиолетовый спектромер SPICAM (The Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars);
Анализатор энергичных нейтральных атомов ASPERA (Analyzer of Space Plasma and Energetic Atoms);
камера VMC (Visual Monitoring Camera).

Также в рамках миссии проводился эксперимент MaRS (Mars Radio Science Experiment).

Российский вклад в миссию

Видимый и инфракрасный картирующий спектрометр OMEGA (Observatoire pour la Mineralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activite) для изучения минерального состава поверхности планеты, поиска воды в различных состояниях. Разработан и создан для проекта «Марс-96» во Франции под руководством Ж.-П. Бибринга (J.-P. Bibring, Институт космической астрофизики, Франция); сканер прибора и входная оптика изготовлены и поставлены ИКИ РАН. Научные руководители эксперимента OMEGA с российской стороны: д.ф.-м.н. Людмила Вениаминовна Засова (ИКИ РАН) и к.ф.-м.н. Руслан Олегович Кузьмин (ИКИ РАН, ГЕОХИ)
Планетный Фурье-спектрометр PFS (Planetary Fourier Spectrometer) для изучения атмосферы Марса, в первую очередь, её температуры на разных высотах. Первоначально разработанный для миссии «Марс-96», прибор был изготовлен в Италии под руководством В. Формизано (V. Formisano). Научный руководитель эксперимента — М. Джуранна (M. Giuranna, Национальный институт астрофизики, Италия). Российские ученые и специалисты принимали участие в разработке прибора ПФС, в наземной калибровке, обработке и интерпретации данных, полученных на орбите. Детектирующие модули, включая чувствительные элементы обоих каналов прибора, изготовлены в России. Руководитель российской группы участников эксперимента PFS до 2004 г.: проф. Василий Иванович Мороз, с 2004 г. д.ф.-м.н. Людмила Вениаминовна Засова (ИКИ РАН)
Инфракрасный и ультрафиолетовый спектромер SPICAM (The Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars). Прибор был задуман для «Марса-96», но для европейской миссии пришлось почти на порядок уменьшить его массу, поэтому для нового SPICAM использовались совершенно новые технические подходы. Он был изготовлен во Франции с участием Бельгии, ИКИ РАН поставил ИК-спектрометр, полностью изготовленный в России. Нынешний научный руководитель эксперимента — Ф. Монмессан (F. Montmessin, лаборатория LATMOS, Франция). Со-руководитель эксперимента SPICAM с российской стороны: д.ф.-м.н. Олег Игоревич Кораблёв (ИКИ РАН)

Ход проекта

КА вышел на орбиту вокруг Марса 25 декабря 2003 г. В рамках миссии к Марсу был также доставлен посадочный аппарат «Бигль-2» (Beagle 2), но при посадке на планету он был потерян.

Работа орбитального аппарата, изначально рассчитанного на один марсианский год (687 земных дней) продолжается. В марте 2023 г. научный программный комитет ESA (Science Programme Committee, SPC) одобрил продление научной миссии «Марса-Экспресс» до конца 2026 г. и предварительно с 1 января 2027 до 31 декабря 2028 г. с тем, чтобы иметь возможность поддержки миссии MMX (Mars Moons eXploration, JAXA). Окончательно решение о продлении до конца 2028 г. будет принято в 2025-2026 гг. после запуска MMX и прибытия его к Марсу.

Важнейшие результаты, полученные с помощью спектрометров OMEGA, PFS и SPICAM за более чем десять лет работы, касаются геохимии и атмосферной химии. По распределению гидратированных минералов на поверхности планеты можно судить о том, когда закончилась эпоха «теплого и влажного» Марса, наиболее благоприятная для возможного зарождения жизни. Данные о составе атмосферы, в частности, о распределении водяного пара и свечениях молекулярного кислорода важны для понимания сегодняшнего Марса и его климата. Интересным оказалось открытие «авроральных сияний» на планете, которые, в отличие от Земли, происходят не на полюсах. С помощью этих инструментов были получены данные о том, что в атмосфере планеты есть метан в следовых количествах. Гипотезу о наличии метана в атмосфере Марса в настоящее время проверяет орбитальный аппарат TGO миссии «ЭкзоМарс».

Научные результаты

К 20-летию запуска миссии Европейское космическое агентство назвало следующие важнейшие научные результаты.

Построены глобальные карты, по которым можно изучать геологическую активность на Марсе, эволюцию воды, вулканизм, распределение минералов.
По данным, полученным аппаратом, появилась возможность строить трехмерные изображения различных участков поверхности.
Исследованы вулканы, каньоны, полярные шапки и древние ударные кратеры.
Проведено подповерхностное радарное зондирование, обнаружены залежи водяного льда и жидкой воды в районе южного полюса Марса.
Детально исследована марсианская атмосфера: зарегистрированы признаки озона и метана, облачный слой на высотах до 100 км над поверхностью, исследованы пылевые бури.
Зарегистрированы потоки заряженных частиц, «убегающих» из атмосферы планеты.
Впервые обнаружены свидетельства того, что под поверхностью Марса может находиться глобальная система водных резервуаров — озер.
Исследованы спутники Марса Фобос и Деймос, получены новые данные о их массе и плотности. В частности, на их основе выдвинуто предположение, что внутренняя структура Фобоса может быть пористой.
Обнаружены высохшие долины рек, следы катастрофических наводнений и ледники под современной поверхностью планеты.
Получены данные, подтверждающие гипотезы о том, что на Марсе в прошлом могла быть жизнь. В более теплые и влажные эпохи условия на планете могли быть благоприятны для её зарождения и существования.
Обнаружены локальные полярные сияния на Марсе.
Изучены состав и объемы льда в полярных областях. Согласно данным, южная полярная шапка содержит достаточно водяного льда, чтобы он создал глобальный океан 11-километровой глубины.
Обнаружены свидетельства вулканической активности примерно 100 миллионов лет назад.