«Викинг-1» на Марсе (1976)

Красная планета и каналы

Марс веками занимал воображение людей. Он виден на небе как яркая красноватая звезда, а в телескоп на нем можно различить полярные шапки, темные пятна и сезонные изменения. В 1877 году итальянский астроном Джованни Скиапарелли описал на Марсе сеть тонких линий, которые назвал «каналами». В переводе на английский слово стало означать искусственные сооружения, и американский астроном Персиваль Лоуэлл построил в Аризоне обсерваторию, чтобы доказать, что каналы прорыли разумные марсиане, спасающие умирающую планету от засухи.

Идея обитаемого Марса вошла в массовую культуру. В 1898 году Герберт Уэллс опубликовал «Войну миров», в 1938 году радиопостановка по этому роману, по распространенной легенде, вызвала панику среди американских слушателей. Эдгар Райс Берроуз писал о приключениях на Марсе, Алексей Толстой - роман «Аэлита» (1923), Рэй Брэдбери - «Марсианские хроники» (1950). Даже в середине XX века многие ученые допускали, что темные области Марса покрыты растительностью.

Холодная пустыня

Космическая эра развеяла эти мечты. В июле 1965 года американский аппарат «Маринер-4» пролетел мимо Марса и передал около двух десятков снимков. На них были видны кратеры - Марс оказался похож скорее на Луну, чем на Землю. Атмосфера оказалась очень разреженной, с давлением менее одного процента от земного. Каналов не было: они оказались оптической иллюзией.

В ноябре 1971 года «Маринер-9» стал первым искусственным спутником Марса. Когда улеглась охватившая всю планету пылевая буря, он открыл огромный вулкан Олимп - самую высокую гору Солнечной системы, гигантскую систему каньонов, позднее названную долинами Маринер, и, что самое важное, высохшие русла, похожие на следы древних рек. Значит, когда-то на Марсе могла течь вода, а там, где есть вода, может быть и жизнь.

Советские попытки

Советский Союз тоже стремился к Марсу. После серии неудач 1960-х годов в 1971 году к планете ушли станции «Марс-2» и «Марс-3». Спускаемый аппарат «Марса-2» разбился, став первым рукотворным объектом на поверхности Марса. 2 декабря 1971 года спускаемый аппарат «Марса-3» впервые в истории совершил мягкую посадку, но через несколько секунд после начала передачи связь прервалась. Причиной, по наиболее распространенной версии, стала бушевавшая тогда пылевая буря.

В 1973-1974 годах к Марсу была отправлена новая флотилия из четырех советских станций. Спускаемый аппарат «Марса-6» передавал данные во время спуска, но связь прервалась незадолго до касания поверхности, а «Марс-7» из-за неисправности прошел мимо планеты. Успешная работа на поверхности Марса оставалась недостигнутой целью.

Самая дорогая научная экспедиция

Американская программа «Викинг» была утверждена в 1968 году. Ее целью было не просто сесть на Марс, а провести полноценное исследование и прежде всего ответить на вопрос, есть ли там жизнь. Общее руководство поручили Исследовательскому центру Лэнгли НАСА, руководителем проекта стал инженер Джеймс Мартин, а научным руководителем - биолог Джеральд Соффен. Орбитальные аппараты строила Лаборатория реактивного движения в Пасадене, посадочные - компания Martin Marietta.

Программа стала одной из самых дорогих автоматических научных миссий своего времени: ее стоимость составила около миллиарда долларов в ценах 1970-х годов. Были построены два одинаковых аппарата, каждый из которых состоял из орбитального модуля, который должен был фотографировать планету и служить ретранслятором, и посадочного модуля.

Посадочный модуль весил около 600 килограммов без топлива. Он получал энергию от двух радиоизотопных генераторов, работавших на плутонии, - солнечные батареи на Марсе с его пылевыми бурями были бы ненадежны. На борту были две камеры, метеостанция, сейсмометр, рука-манипулятор для забора грунта, газовый хроматограф с масс-спектрометром и миниатюрная биологическая лаборатория размером с ящик для инструментов.

Чтобы не занести на Марс земные микробы и не обмануть самих себя ложной находкой, посадочные модули перед запуском стерилизовали: их долгое время нагревали в специальной камере до температуры свыше ста градусов. Вся аппаратура должна была это выдержать.

Полет и выбор места

20 августа 1975 года ракета «Титан-3E» с разгонным блоком «Центавр» запустила «Викинг-1» с мыса Канаверал. 9 сентября стартовал «Викинг-2». Через десять месяцев, 19 июня 1976 года, «Викинг-1» вышел на орбиту Марса.

Посадку планировали на 4 июля 1976 года - двухсотлетие независимости США. Но когда орбитальный модуль сфотографировал выбранный район на равнине Хриса, оказалось, что он гораздо более пересеченный, чем предполагалось по снимкам «Маринера-9». Ученые несколько недель искали более безопасное место. В итоге юбилейная дата была упущена, а посадку назначили на 20 июля - седьмую годовщину высадки «Аполлона-11» на Луну.

20 июля 1976 года

Посадочный модуль отделился от орбитального и начал спуск. Сначала его тормозила атмосфера, защищал теплозащитный экран, затем раскрылся парашют, а на последнем этапе включились тормозные двигатели. Чтобы не перемешать и не загрязнить грунт, сопла двигателей были сделаны с множеством мелких отверстий, рассеивающих струю. Всем управляла бортовая автоматика: сигнал от Марса до Земли шел около 19 минут, и вмешаться с Земли было невозможно.

Около 11 часов 53 минут по Гринвичу 20 июля 1976 года «Викинг-1» мягко опустился на западную часть равнины Хриса. Когда сигнал о посадке дошел до Лаборатории реактивного движения, зал управления взорвался аплодисментами.

Через несколько минут камера начала передавать первый снимок. Инженеры решили, что сначала нужно сфотографировать опору самого аппарата: если бы модуль вскоре вышел из строя, ученые по крайней мере знали бы, что представляет собой грунт под ним. Изображение строилось полоска за полоской. На нем появилась круглая металлическая опора, стоящая на песке среди камней, - первая четкая фотография с поверхности другой планеты, не считая Луны и коротких снимков советских станций с Венеры.

Затем камера передала панораму: каменистая пустыня цвета ржавчины, россыпи валунов, дюны, далекий горизонт. На следующий день пришло первое цветное изображение. Сначала, после обработки, небо получилось голубым, как на Земле. Вскоре инженеры откалибровали цвета и выяснили, что марсианское небо на самом деле желтовато-розовое из-за пыли в атмосфере.

Погода другого мира

Метеостанция «Викинга» стала первой на другой планете. Она показала, что даже летом в районе посадки температура перед рассветом опускалась примерно до минус 85 градусов, а днем поднималась лишь до минус 30. Слабый ветер менялся по суточному ритму, давление колебалось по сезонам: зимой часть атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа, вымерзала на полярных шапках.

Анализ атмосферы показал, что она на 95 % состоит из углекислого газа, а также содержит азот и аргон. Соотношение изотопов ряда газов указывало, что когда-то атмосфера Марса была гораздо плотнее, а значит, планета могла быть теплее и влажнее.

Не все работало безупречно. Сейсмометр «Викинга-1» так и не удалось привести в рабочее положение. Рука-манипулятор сначала заклинило из-за не выпавшего фиксирующего штифта, и инженерам пришлось придумывать на Земле, как ее освободить командами с расстояния в сотни миллионов километров. Им это удалось.

Есть ли жизнь на Марсе

Главной целью экспедиции были биологические опыты. Астроном Карл Саган, входивший в научную группу, призывал не исключать даже крупных организмов и следить за камерами в поисках движения; камеры действительно регулярно снимали одни и те же участки, но ничего живого на снимках не появилось. Рука-манипулятор зачерпывала марсианский грунт и засыпала его в приборы, где проводились три разных эксперимента.

В опыте «газообмена», которым руководил Вэнс Ояма, грунт увлажняли питательным раствором и следили, не изменится ли состав газа над ним. В опыте «пиролитического выделения» группы Нормана Хоровица грунт освещали искусственным солнцем в атмосфере с мечеными атомами углерода, проверяя, не усвоят ли его гипотетические микробы, как растения. В опыте «меченого выделения» Гилберта Левина в грунт добавляли питательный раствор с радиоактивным углеродом: если микробы питаются им, они должны выделять радиоактивный газ.

Первые результаты взбудоражили ученых. Опыт газообмена показал бурное выделение кислорода. Опыт меченого выделения тоже дал положительный результат: радиоактивный газ выделялся, а после нагрева грунта, который должен был убить микробов, реакция исчезала - именно так, как и предполагалось при наличии жизни.

Но решающим оказался четвертый прибор - газовый хроматограф с масс-спектрометром, которым руководил химик Клаус Биманн. Он не нашел в грунте органических веществ, даже в самых малых концентрациях. Большинство ученых пришли к выводу, что без органики жизни быть не может, а необычные реакции вызваны химически активными веществами - окислителями, образовавшимися в грунте под действием ультрафиолета. Официальный вывод НАСА гласил, что убедительных доказательств жизни не найдено.

Гилберт Левин до конца жизни настаивал, что его эксперимент обнаружил марсианские микроорганизмы, а интерпретация его результатов была предвзятой.

Лицо на Марсе

Тем временем орбитальный модуль «Викинга-1» фотографировал планету. 25 июля 1976 года на снимке района Кидония оказался холм, игрой света и тени напоминавший человеческое лицо. НАСА опубликовало снимок, отметив в подписи, что образование похоже на голову, и назвав это иллюзией. Но «Лицо на Марсе» стало сенсацией для любителей тайн: его объявляли постройкой древней цивилизации, писали книги и снимали фильмы. Снимки более поздних аппаратов в 1998 и 2001 годах с высоким разрешением показали обычный выветренный холм.

«Викинг-2» и долгая служба

3 сентября 1976 года на равнину Утопия, на противоположной стороне планеты, сел «Викинг-2». Его биологические опыты дали похожие результаты. Зимой его камеры сфотографировали тонкий слой инея на камнях.

Аппараты работали гораздо дольше расчетного срока в 90 дней. Орбитальные модули передали десятки тысяч снимков, по которым была составлена подробная карта Марса. Посадочный модуль «Викинга-2» проработал до апреля 1980 года. В 1981 году посадочный модуль «Викинга-1» был назван станцией памяти Томаса Матча - руководителя группы съемки, погибшего в 1980 году в Гималаях. Он работал до ноября 1982 года, когда из-за ошибочной команды с Земли его антенна перестала быть направленной на Землю, и связь была утрачена.

Рекорд «Викинга-1» по продолжительности работы на поверхности Марса продержался почти три десятилетия и был побит лишь американским марсоходом Opportunity в 2010 году.

Метеориты с Марса

Измерения «Викинга» неожиданно помогли решить загадку метеоритов. В 1980-е годы ученые обнаружили, что газ, заключенный в пузырьках некоторых редких метеоритов, по составу совпадает с марсианской атмосферой, измеренной «Викингом». Стало ясно, что эти камни были выбиты с поверхности Марса ударами астероидов и долетели до Земли. В 1996 году ученые НАСА объявили, что в одном из таких метеоритов, найденном в Антарктиде, обнаружены возможные следы окаменевших бактерий. Эта гипотеза вызвала бурную дискуссию и большинством специалистов была отвергнута.

Марс в каждом доме

Для НАСА «Викинг» стал важной победой в трудное время. После окончания программы «Аполлон» бюджет агентства сокращался, интерес публики к космосу падал, а последний полет «Аполлона» на стыковку с советским «Союзом» прошел годом раньше. Снимки марсианской пустыни снова привлекли внимание к космосу. Их печатали на первых полосах газет по всему миру, а журналисты, дежурившие в Лаборатории реактивного движения, ждали каждого нового изображения, медленно проявлявшегося на экранах.

Карл Саган стал одним из главных популяризаторов экспедиции. В его телесериале «Космос» (1980), который посмотрели сотни миллионов зрителей в разных странах, рассказ о «Викинге» и поисках жизни на Марсе занял целую серию. Саган мечтал о марсоходах, которые смогут ездить по планете, а не стоять на одном месте; эта мечта осуществилась через двадцать лет.

В Советском Союзе об успехе «Викинга» сообщали сдержанно, но специалисты внимательно изучали его результаты. Советские ученые и американские исследователи обменивались данными о Марсе в рамках соглашений о космическом сотрудничестве, заключенных в годы разрядки. Сам советский научный мир в это время сосредоточился на Венере, где станции «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 году передали первые снимки поверхности.

Перерыв в двадцать лет

После «Викингов» на Марс надолго не садились. Вывод об отсутствии жизни охладил интерес к планете и сократил финансирование. Советские станции «Фобос-1» и «Фобос-2», запущенные в 1988 году, свою задачу не выполнили: первая была потеряна в пути, вторая вышла на орбиту Марса, но вскоре вышла из строя. Американский «Марс Обзервер» был потерян в 1993 году. Следующая успешная посадка произошла только 4 июля 1997 года, когда «Марс Пасфайндер» доставил на планету маленький марсоход «Соджорнер».

Новая жизнь старого спора

В 2008 году американский аппарат «Феникс» обнаружил в марсианском грунте перхлораты - соли, которые при нагревании разрушают органические вещества. Ученые поняли, что прибор «Викинга», нагревавший пробы для анализа, мог уничтожить органику, если она там была. Повторный анализ данных в 2010 году показал, что следы органических соединений, найденные «Викингом» и тогда объясненные загрязнением с Земли, могли быть марсианскими. В 2010-е годы марсоход «Кьюриосити» обнаружил на Марсе органические молекулы.

Это не означает, что «Викинг» нашел жизнь, но показывает, что окончательный ответ на вопрос, поставленный в 1976 году, пока не получен. Именно с «Викинга» начались поиски жизни за пределами Земли как научная дисциплина - астробиология.

Итоги

• 20 августа 1975 года «Викинг-1» стартовал к Марсу; 19 июня 1976 года он вышел на орбиту, а 20 июля 1976 года совершил первую успешную долговременную посадку на Марс.
• Аппарат передал первые четкие изображения марсианской поверхности и показал, что небо Марса желтовато-розовое, а атмосфера в основном состоит из углекислого газа.
• Метеостанция «Викинга» стала первой на другой планете, зафиксировав суточные и сезонные изменения погоды.
• Биологические эксперименты дали неоднозначные результаты, но отсутствие органики привело НАСА к выводу, что жизнь не обнаружена.
• Посадочный модуль проработал более шести лет, до ноября 1982 года; вместе с «Викингом-2» и орбитальными модулями программа составила подробную карту Марса.
• Открытие перхлоратов в 2008 году возобновило спор о результатах «Викинга».