«В некоторых областях мы по-прежнему на переднем крае научных исследований»

О.И. Кораблёв, заведующий отделом физики планет ИКИ РАН, член-корреспондент РАН: «В некоторых областях мы по-прежнему на переднем крае научных исследований»

– Олег Игоревич, какими исследованиями занимается ваш отдел?

– В нашем отделе в основном все исследования посвящены либо планетам земной группы, либо Луне. Чем отличается земные планеты – у них есть минеральная составляющая, они обладает твердой поверхностью, на них преобладают тяжелые элементы – такие как кремний и железо. Кто-то имеет атмосферу, кто-то нет. У нас исторически большая часть отдела занимается исследованием атмосфер, поэтому мне более близки такие планеты как Венера и Марс. Потом нас убедили, что надо заниматься и безатмосферными, точнее, считающимися безатмосферными небесными телами – такими как Луна и Меркурий.

– Давайте начнем с Луны, как ближайшей нашей соседки по Солнечной системе. Что нового за последнее время о ней выяснили? Там же, как я понимаю, вопросов очень много, и даже теория происхождения Луны еще до сих пор не считается общепринятой.

– Да, это так, сегодня мейнстрим – это происхождение Луны в результате большого удара, но многие ученые в нашей стране в частности в нашем институте считают, что слишком много здесь несоответствий и неувязок. В принципе, Луна могла сформироваться и другими путями – например, совместно в процессе формирования Земли. Сотрудник нашего института Игорь Георгиевич Митрофанов в этих исследованиях задействован, он изучает, в частности, гидратацию Луны, и сейчас выясняется, что наш спутник не такой уж сухой и унылый, как нам казалось.

– Неужели там есть вода?           

– Во всяком случае, там могут быть гидратированные соединения, которые образовались за счет солнечного ветра либо были принесены кометами. И, в принципе, если такой летучий элемент, как вода, попадает на Луну, то она не сразу ее покинет, а может достаточно долго на ней существовать, в результате, например, суточных циклов постепенно перемещаясь в места, где ей хорошо и покойно – так называемые холодные ловушки.

– Такие маленькие озёра, лужицы?

– Конечно, речь идет не о лужицах, а о ледяных глыбах или мерзлом грунте, который, может быть, находится в районе полюсов, в так называемых постоянно затененных кратерах, образующихся за счет того, что Солнце никогда не поднимается высоко над горизонтом в этих областях. В районе этих кратеров возможны такие запасы воды. Если говорить об освоении Луны, то это открывает широкие возможности. Там достаточно легко получать электроэнергию за счет Солнца. Имея достаточное количество воды, можно получать кислород и водород, значит, это ракетное топливо, которое можно использовать для организации поселений, временных или постоянных.

– Устроить лунную базу?

– Да, устроить базу. Не просто жить там космонавтам, но и рассматривать и возможность дозаправки космических кораблей. Скорость покидания Луны гораздо меньше, чем та, которая требуется для взлета с поверхности Земли. Это очень удобно – там большая поверхность, есть укрытие от радиации, может быть, даже есть какие-то пещеры, например лавовые каналы. Можно и лунный реголит использовать как строительный материал. Поэтому Луна сейчас в фокусе многих космических агентств.

– А ваш институт какие планы имеет по поводу Луны?

– Есть уже утвержденная программа исследования Луны, которая включает три космических проекта, и есть перспективное ее продолжение. Недавно состоялся объединенный Совет по космосу, где обсуждалась, в том числе, далеко идущая государственная программа на сей счёт. Эти три проекта предусматривают для начала технологическую посадку в полярную область Луны. Это область, куда еще пока никто не садился. То есть, наши рассуждения на счет воды пока основаны на дистанционных измерениях, которые, в принципе, имеют не совсем однозначную трактовку. Мы можем ошибаться. Есть измерения в инфракрасном диапазоне, при помощи нейтронной спектроскопии, когда нейтроны солнечного ветра замедляются за счет взаимодействия с атомами водородами, и по изменению спектра этих нейтронов можно судить о наличии водорода. Не воды, а именно водорода.

Первая посадка будет технологическая, затем планируется спутник, который позволит провести дистанционные исследования и отработать связь на орбите Луны. Ну, а потом планируется посадочный аппарат тоже в полярной области, который проведет измерения на поверхности – это забор грунта, бурение, его анализ более сложными приборами.

– Без участия человека?

– Да, это будет чисто автоматический полет без участия человека. И далее, за горизонтом космической программы, которая заканчивается у нас в 2025 году, – следующий 10-летний ее участок, планируется возврат грунта и так называемый криогенный возврат, то есть заморозить и сохранить грунт, не дав по дороге улетучиться ценным компонентам. Здесь очень много может быть интересного для исследования в наземных лабораториях. На Земле можно сделать гораздо больше и с гораздо большей точностью, ведь сейчас аналитические методы гораздо лучше развиты, чем то, что можно себе позволить в космических исследованиях. В дальнейшем также планируют запустить подвижную платформу, как луноход, а следом возможен ряд экспедиций, подготавливающих посещение Луны человеком. В рамках этой деятельности стоит так называемая окололунная станция, о которой сейчас говорит NASA, и в которой «Роскосмос» тоже выразил готовность участвовать. Возможно, это будет важной частью инфраструктуры при дальнейшей колонизации, но только в качестве временного перевалочного пункта.

– Очень большие планы сейчас связаны с Марсом. Какие открытия нас могут ждать на Красной планете?

– Надо сказать, с Марсом у нас отношения сложные. Но, кстати, были и удачи. Технически первая посадка была осуществлена советским аппаратом, Потом «Марс-3», «Марс-6» изучали спутники Марса. Тогда ведь даже попасть в Марс было проблемой, и это решалось достаточно интересными средствами. Планировались по четыре запуска в одной обойме: первый аппарат прокладывал курс, другие имели резервную систему автоматической коррекции курса при подлете к Марсу. Как правило, не все из этих аппаратов долетали до цели. Вот в одном из случаев именно эта автоматическая система подвела аппарат к нужным коррекциям в окрестности Марса. Поэтому, хотя большого научного выхода это не имело, технические достижения здесь были немалые.

В какой-то момент, когда NASA запланировало и стало реализовывать программу Viking, стало ясно, что тут нам трудно конкурировать, и советская программа полностью переориентировалась на Венеру, где у нас были большие достижения, а вот о Марсе забыли на много лет.

Затем была программа «Фобос». Это был парный запуск в 1988 году. В принципе, он считается неудачей, но на самом деле это не совсем так, поскольку был спутник, он работал несколько месяцев на орбите Марса. До Фобоса дело не дошло, поскольку аппарат в какой-то момент перестал слушаться команд. Тем не менее, на орбите Марса были получены очень интересные данные.

Затем и в Штатах, и у нас были две очень крупные программы – у них Mars Observer, у нас «Марс-96». Следом – программы в 1994-м и 1996-м, и обе эти программы, к сожалению, были неудачными. Особенно было обидно, что это был настоящий монстр – наш космический аппарат «Марс-96». Там были две малые станции, два пенетратора на борту, в общей сложности полтонны научной аппаратуры. Буквально напичкан, набит приборами и системами, предназначенными для исследований.

– Конец 90-х – вообще очень тяжелое для научных исследований время…

– Да, тогда нам помогли коллеги из ЕКА, на борту Марс-96 было немало европейских приборов. Все понимали, что надо хоть что-то из наших наработок спасти, и была организована программа «Марс Экспресс», что позволило запустить ряд приборов, в том числе и наших. В этом году мы отмечаем 15 лет с тех пор, как «Марс Экспресс» на орбите.

– Поздравляю! Какие основные достижения?

– «Марс Экспресс» – небольшой и недорогой аппарат, но он очень много дал. Компромиссная орбита позволяет проводить дистанционные исследования самой планеты и окружающего её пространства. Сложность вот в чем: когда исследуешь Марс, лучше быть поближе к нему, а когда исследуешь взаимодействие планет с солнечным ветром, плазменную оболочку, – лучше быть подальше. С тех пор как с 2004 года космический аппарат работает,  практически все приборы на борту еще «живы», в том числе и наши. Там есть наш канал французского прибора. Этот прибор уже не «живет», а вот наш канал работает. Еще в России сделана входная оптика очень мощного прибора, который  много дал для исследований, в частности, древнего Марса.

– Существует гипотеза, что атмосфера древнего Марса и, возможно, Земли была метановой. Она подтверждается?

–  Это пока неизвестно, но, исследуя Марс, действительно, можно с большей достоверностью говорить о том, что было в те далекие, очень смутные времена, когда планеты только зародились, что с ними происходило, какие были на них атмосферы. Сейчас всё изменилось, и Марс – это почти мертвая планета, но не совсем.

– Что значит не совсем?

– Ну, все-таки активность на Марсе есть, хотя по сравнению с Землей и небольшая. Поверхность Земли меняется каждые несколько сотен тысяч лет, горы возникают за миллионы лет, поверхность перерабатывается очень быстро, в том числе, за счет биосферы. За счет тектоники плит перерабатывается вся кора Земли, и на нашей планете ничего не осталось с тех вот пор. А вот на Марсе почти все сохранилось. Там есть, конечно, эрозия, ледники в определенных местах, которые, возможно, периодически возникали и уходили, и сейчас они сохранились только в полярных областях. И Земля, и Марс испытывают колебания климата, колебания, связанные с неустойчивостью небесно-механических параметров, наклонность и эксцентриситет орбиты чуть-чуть меняются. Но изменения на Марсе значительно меньше. Поэтому такие исследования очень важны. И их позволил провести прибор «Омега», в частности впервые исследовать минеральный состав грунта. Для этого прибора в России сделана вся входная оптика. Этот прецизионный механизм работает до сих пор без замечаний.

Кроме того, функционирует спектрометр для исследования атмосферы Марса. Этот прибор был задуман и создан для Марса-96 создателем нашего отдела Василием Ивановичем Морозом.

Наши приборы есть и на американских миссиях. До сих пор работает российский прибор «Хэнд» на космическом аппарате «Mars Odyssey». Это тоже нейтронный спектрометр, очень важный для исследования гидратации грунта Марса. Было участие в паре знаменитых роверов Spirit и Opportunity, где был наш прибор на основе так называемого эффекта Мессбауэра исследовал грунт Марса. Воздействие магнитного поля с твердым телом дает сверхтонкое расщепление спектральных линий, и прибор позволяет определять структуру вещества. Все эти приборы были созданы здесь. Это участие в проектах других стран позволило нам сохранить научные коллективы, опыт, что очень помогло нам в работе по программе «Фобос-Грунт».

– О печальной судьбе которого мы все знаем.

– Да, он, к великому сожалению, не состоялся.

– Но я знаю, что вы собираетесь повторить эту программу с другим названием – «Бумеранг».

– Об этом говорить несколько преждевременно, потому что эта программа, к сожалению, попадает за горизонт планирования Федеральной космической программы.

– Тем не менее, на ней крест не поставлен?

– Нет, не поставлен. Сначала у нас был энтузиазм повторить всё немедленно, но руководство Роскосмоса оценило наши силы и приняло решение об участии в программе «ЭкзоМарс». Это, думаю, было правильное решение. Программа состоит из двух частей. Одна из них – это спутник Trace Gas Orbiter, то есть спутник для исследования малых атмосферных газов в атмосфере Марса. Он запущен в 2016 году с помощью нашей ракеты «Протон» с разгонным блоком «Бриз». Космический аппарат европейский, а приборы на борту в соотношении 50 на 50. Всего четыре прибора, два европейских и два российских, сделанных в ИКИ.

За исследование малых атмосферных газов отвечают два прибора, один наш, другой европейский. Еще на борту наш нейтронный детектор, который  позволяет определить, где на поверхности расположены области, богатые водой, где более сухие. И есть европейская камера для выбора места посадки.

Следующий этап программы «ЭкзоМарс» предполагает уже более существенное наше участие. Речь идет о том, что «Роскосмос» фактически отвечает за доставку европейского марсохода на поверхность Марса. Конечно, тут много сложностей – и технических, и инженерных, но мы надеемся, что это будет все завершено с успехом.

– О каких инженерных сложностях речь?

– Скажем, посадочная платформа – это не просто железка, а после схода марсохода это будет полноценная стационарная научная платформа. Некоторые исследования даже выгодно проводить на неподвижной платформе, где ничего не меняется, например, метеорологические. Тут как раз ведущая роль принадлежит «Роскосмосу», Академии наук, поскольку основная масса приборов российская и всего два европейских. Мы здесь сильно сжаты по времени, работа нервная, но приятная.

– А сейчас этот аппарат что делает?

– Сейчас он перешел в режим вот этого аэроторможения. С этого момента мы начали регулярные наблюдения. С апреля, то есть уже полгода, мы очень хорошо работаем и многое видим. Вначале мы видели атмосферу Марса в спокойном состоянии, потом прошла пылевая буря.

– И что же там за атмосфера, на Марсе?

–  Атмосфера Марса слабее земной почти в 100 раз, но тем не менее она очень важна. Активность на поверхности Марса – это результат именно атмосферных процессов. Перенос воды, движение ледников, которые переходят с одной части Марса на другую, случаются именно за счет атмосферного переноса. Случаются пылевые бури, дуют ветры, хотя понятно, что совсем не такие, как изображено в фильме «Марсианин».

– Да, там главный герой катался по поверхности на тележке и вообще прекрасно себя чувствовал.

– На тележке можно, но разрушительный ураган, конечно, художественная гипербола. Но вообще на Марсе жить можно.

– Серьёзно?

– Вполне. Там приличная температура на солнышке, хотя ночью температура падает где-то до минус 80 градусов. А если взять полярные области, где происходит конденсация углекислого газа, то температура там примерно  минус 140. Атмосфера там, конечно, остаточная. Это обычная атмосфера для земной группы. И она не метановая. На Марсе она углекислотная, и на Земле она была когда-то такой. И на Венере тоже. Только на Венере она сохранилась, а на Земле нет, поскольку углекислота фактически захоронена в нашей мантии, в коре за счет механизма тектоники плит и за счет того, что у нас есть океаны, где она прекрасно растворяется и не без участия биологических процессов оседает на дно. На Марсе такой активности нет, хотя вулканизм присутствует, но плиты не движутся, поэтому вулканы сидят на месте, они не образуют цепи, как на Земле. На Марсе самый большой вулкан 500 километров имеет в основании и высоту 25 километров.

– Там и  горы выше.

– Таких гор, как у нас, там нет, потому что нет процесса сталкивания плит, но есть разломы достаточно глубокие, примерно километровые.

– 25-километровая гора – это же рай для альпинистов.

– Альпинистам такие пологие горы не нравятся. Так что атмосфера на Марсе и климат исследуются, в том числе и пылевые бури. Кстати, при всех неприятностях, которые они могут доставлять, нет худа без добра. Знаменитые «пылевые дьяволы» на Марсе не только поднимают пыль, но и очищают поверхность солнечных батарей. Многолетняя эксплуатация посадочных аппаратов и роверов показала, что это именно так.

– Есть ли среди результатов ваших исследований сюрпризы?

– Есть. Но об этом до публикации в Nature рассказать не могу.

– Будем ждать этой публикации. Так есть ли жизнь на Марсе?

– Скажем прямо: марсианам тяжело. Если они и есть, то только какие-то очень неразвитые и где-то глубоко закопались. В принципе, если жизнь возникла или была занесена, что, в общем, в данном случае не важно, то ее уже истребить, как показывает практика, невозможно. Она везде. С другой стороны, мы общаемся с людьми, которые занимаются микробиологическим анализом ледяных кернов. И там условия почти стерильные. Вроде бы, Антарктида, море, обилие жизни, пингвины. А от берега отойти, несколько сотен километров и копнуть снег немножко, – он почти стерильный.

– Но в то же время в Кольской сверхглубокой скважине находят микроорганизмы.

– Находят, в камнях, в почве. Так что на Марсе эта надежда сохраняется.

– А на Венере?

– С Венерой у меня на этот счет достаточно четкая позиция, хотя было много соответствующих публикаций, которые предполагали, что и там возможна жизнь. Но я считаю, что это не имеет оснований. Лучше вспомнить о богатой советской истории исследования Венеры.

– И не только советской – первым исследовать эту планету начал Ломоносов.

– Читать работу Ломоносова на эту тему очень интересно. Он писал, что Венера окружена знатною газовой оболочкой, таковою, если не большею, чем вокруг земного шара обливается.

– Тем не менее, атмосферу открыл именно он.

– Он наблюдал прохождение Венеры по диску Солнца и обнаружил в момент выхода Венеры, как он выразился, пупырь, вызванный рефракцией света в атмосфере планеты, и все это полностью правильно интерпретировал.

– То есть, нам изначально принадлежит первенство исследований Венеры.

– Да, исторически. С тех пор было запущено большое количество космических аппаратов, проведены приоритетные посадки на атмосферу, на поверхности планеты. Никто не предполагал, хотя были измерения дистанционные в радиодиапазоне, но им не верили, что на поверхности Венеры такие большие значения температуры.

– Там ведь и давление 90 атмосфер.

– Ну, давление померить дистанционно невозможно. Венера окутана облаками, которые непрозрачны во всем диапазоне. Теперь оно, конечно, известно. Аппараты постепенно опускались все ниже и ниже, и на определенной высоте их сдавливало. Ближе к поверхности они начали страдать из-за высокой температуры. Но в итоге это завершилось совершенно триумфальными посадками наших аппаратов. Во время экспедиций «Венера», потом «Вега», производился забор и анализ грунта, получали цветные панорамы поверхности, измеряли массу других параметров. Проводился анализ атмосферы во время спуска при помощи очень сложных аналитических приборов. Например, Первый космический хроматограф,  работал на спускаемых аппаратах Венеры. Но потом, после космического проекта «Вега», а это был запуск 1984 года, и про Венеру забыли. И только в 2005 году удалось реализовать очень интересный проект «Венера-Экспресс», где нами были предложен ряд приборов для измерения атмосферы. Проект проработал много лет. Условия работы у него сложные: для того, чтобы обеспечить тепловой режим, аппарат должен переворачиваться при каждом прохождении вокруг Солнца, и на это тратилось топливо. Он проработал очень успешно на орбите с весны 2006-го и до конца 2014 года. Было много интересных публикаций, посвященных атмосфере, были открыты новые свечения, очень много данных, посвященных циркуляции атмосферы Венеры. Она очень своеобразная: планета медленно вращающаяся.

– Причем она вращается в противоположную сторону в сравнении с другими планетами.

– В этом как раз нет ничего удивительного. Это одно из небесно-механических решений. Учитываются взаимодействие всех основных тел Солнечной системы. Так что астрологи в чем-то правы, когда говорят про влияние Юпитера.

– Как неожиданно слышать это от сотрудника ИКИ!

– Это гравитационное влияние. Оно есть и может влиять на траектории. А если тело небольшое, то его траектория вообще меняется.

– А на Землю Юпитер тоже влияет?

– В какой-то степени влияет.

– Олег Игоревич, мы подходим к интереснейшей теме – полету «BepiColombo», в котором мы тоже принимаем участие. Он пролетает через Венеру. Хочется надеяться, что и с точки зрения исследований Венеры там будут какие-то новости, но главная цель это, конечно, Меркурий.

– Этот проект этот очень давно планировался. «BepiColombo» – проект большого масштаба. Там есть два специализированных спутника. Один направлен на исследования самой планеты и предназначен для дистанционных наблюдений, но на более близкой орбите, и другой для исследования взаимодействия солнечного ветра на экзосферы магнитного поля. Очень хорошо подобраны орбиты, очень интересны и богато оснащены оба аппарата. Миссия была запущена в конце ноября нынешнего года, и буквально накануне нашего интервью произошло знаменательное для нас событие – включилось наше сканирующее устройство. Оно похоже на огромную загипсованную руку, которая медленно вращается. Это очень чувствительный прибор, который потом будет работать, облетая Венеру, затем Меркурий. Так что работа уже началась.

– Когда планируется достичь цели?

– Полет будет долгим и трудным. В нём используется, помимо электрореактивной тяги, гравитационные маневры, то есть эффект пращи. Первый облет Земли будет примерно через год. Соответственно, аппарат выходит на околосолнечную орбиту. Затем сближается с Венерой. Это будет, по-моему, в 2020 году, и еще через год – второе сближение с Венерой. После этого сближения заканчиваются, и начинается монотонный перелет в сторону Меркурия. В 2025 м году он должен достичь этой цели.

– Какие исследования предполагает миссия?

– Для исследования Меркурия, например, предназначен спектрометр жесткого ультрафиолета. Это совместный прибор, достаточно дорогой и сложный. В нём принимает участие три страны: Франция, Япония и Россия.

Чисто российский прибор – это гамма-нейтронный спектрометр Игоря Митрофанова. Он предназначен для исследования поверхности Меркурия. Гамма-спектроскопия позволяет определить элементный состав по спектру гамма-квантов, нейтронный поможет определить наличие водорода. Как ни странно, в горячем Меркурии тоже есть полярные области и тоже, судя по поляризации отраженных радиоволн, в полярных областях может быть влажно. Мы надеемся найти там ловушки, в которых присутствует водяной лед.

Ещё один важный прибор – PHEBUS, спектрометр вакуумного и жесткого ультрафиолета. Эти приборы находятся на аппарате Mercury Planetary Orbiter, который  выйдет на круговую, ближайшую к планете орбиту. Другой прибор установлен на космическом аппарате Mercury Magnetosphere Orbiter. Этот аппарат предназначен для исследования плазменного окружения планеты, магнитосферы, он оборудован очень чувствительным магнитометром.

Есть там и оптический прибор для исследования экзосферы. По наблюдениям натриевого свечения Меркурия мы можем судить об её динамике. Поверхности Меркурия миллиарды лет, тем не менее, она все еще активна, более летучие элементы испаряются, покидают планету. Экзосфера взаимодействует с солнечным ветром. Построить картину ее движений легче именно в лучах натрия. Наша часть здесь – это оптомеханическое устройство, которое позволяет строить картину свечения в широком угловом разрешении. Вообще Меркурий интересен для получения фундаментальных знаний о Солнечной системе. Эти знания чрезвычайно важны, поскольку это позволяет нам лучше понять, что происходило и будет происходить с Землей

– Олег Игоревич, слушая вас, понимаешь, что все совсем не так плохо, как иногда кажется, когда смотришь телевизор – там упало, здесь не состоялось. Оказывается, наша космическая программа развивается, причем достаточно бурно, интересно. Мы участвуем в международных проектах, и у нас есть результаты.

– У нас есть результаты, и очень неплохие. Например, в области исследований атмосферы Марса в данный момент мы на самом переднем крае научных исследований. Конечно, хотелось бы больше своих проектов, и это я чувствую наиболее ярко сейчас, когда начал работать в «ЭкзоМарс» 2016 года. Конечно, свой проект – это свой проект. И мы надеемся, что планируемый «ЭкзоМарс» 2020 года будет успешным. Другие проекты, которые мы намечаем, о которых мечтаем, тоже обязательно состоятся. Даже не сомневайтесь. Космические исследования должны оставаться нашим национальным приоритетом. Без них сегодня невозможно развитие цивилизации, и мы тут не можем отставать.

Беседу вела Наталия Лескова.