Несколько лет назад Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос» и Европейское космическое агентство подписали соглашение, давшее старт совместному проекту «ЭкзоМарс». Этот фактически первый по-настоящему совместный проект России и ЕКА сегодня объединяет международную группу ученых из 29 научных организаций, включая Институт космических исследований РАН (головной исполнитель по созданию научной нагрузки проекта с российской стороны), а также МФТИ. Сегодня на орбиту вокруг Красной планеты уже доставлена научная аппаратура, которая позволит если не поставить точку в дискуссии о том, существовала ли когда-либо жизнь на Марсе, то подбросить в нее горючего — наверняка. В наступающем году орбитальный модуль миссии «ЭкзоМарс-2016», выйдя на рабочую орбиту, приступит к наблюдению марсианской атмосферы. В журнале Space Science Reviews вышла статья с подробным описанием одного из двух российских инструментов на борту новейшей марсианской миссии и его научных задач.
14 марта 2016 года с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Протон-М» с космическими аппаратами совместной миссии ГК «Роскосмос» и Европейского космического агентства «ЭкзоМарс-2016». На борту ракеты-носителя находились посадочный модуль «Скиапарелли» и орбитальный модуль TGO (сокращение от Trace Gas Orbiter, «орбитальный аппарат для исследования малых составляющих атмосферы»). За 226 дней межпланетная автоматическая станция преодолела расстояние почти в 500 миллионов километров.
«Скиапарелли» предназначался для отработки технологии посадки на поверхность Марса. Орбитальный модуль TGO в свою очередь был нацелен на изучение малых газовых составляющих атмосферы, распределения водяного льда в грунте Марса и детальную фотосъемку, в том числе стереосъемку поверхности.
Программа исследования Красной планеты «ЭкзоМарс» состоит из двух этапов. Первый этап начался с запуска в 2016 году. Запуск аппаратов второго этапа намечен на 2020 год, когда откроется очередное баллистическое «окно» для запусков к Марсу. После его прибытия и посадки орбитальный модуль TGO будет также осуществлять передачу данных с марсохода миссии «ЭкзоМарс-2020».
Основной целью программы «ЭкзоМарс» является поиск ответа на один из самых интригующих научных вопросов современности: существовала ли когда-либо жизнь на Марсе?
Орбитальный аппарат TGO несет на себе четыре научных прибора: два спектрометрических комплекса: ACS и NOMAD, — детектор нейтронов с высоким разрешением FREND и комплекс цветных камер высокого разрешения CaSSIS. Из этих четырех приборов два: ACS и FREND — были созданы в Институте космических исследований РАН.
Основная научная цель работы орбитального аппарата TGO — подробные исследования атмосферы и климата Марса, а также его поверхности. Этот модуль несет на своем борту ряд приборов для подробного мониторинга малых газовых составляющих атмосферы Марса. В частности, эти приборы должны внести ясность в дискуссию о присутствии в марсианской атмосфере метана, который ранее наблюдался наземными телескопами и марсоходом «Curiosity».
Наблюдения TGO в разных режимах: солнечных затмений, во время которых свет Солнца проходит через атмосферу Марса и регистрируется прибором, а также дневных и ночных наблюдений в надир, когда регистрируются отражённый солнечный свет и собственное излучение планеты
ACS состоит из четырех частей: спектрометров NIR, MIR, TIRVIM и блока электроники
Канал ближней ИК-области NIR (от Near-InfraRed) представляет собой универсальный эшелле-спектрометр, охватывающий спектральный диапазон от 0,7 до 1,6 мкм с разрешающей способностью ~2×104. Этот прибор будет в основном эксплуатироваться для мониторинга вертикальных профилей и горизонтального распределения водяного пара, исследования дневного свечения молекулярного кислорода, поиска ночных свечений, вызываемых фотохимическими процессами в атмосфере Марса. Измерения будут проводиться в режиме солнечных затмений, во время которых свет Солнца проходит через атмосферу Марса и регистрируется прибором, и наблюдений в надир, когда регистрируются отраженный солнечный свет и собственное излучение планеты, а также в режиме наблюдения лимба планеты.
Канал средней инфракрасной области MIR (Mid-InfraRed) представляет собой инструмент, предназначенный для наблюдений атмосферы Марса в режиме солнечных затмений в диапазоне 2,2–4,4 мкм. Эшелле-спектрометр со скрещенной дисперсией MIR достигает разрешающей способности > 5×104. Он был разработан для самых чувствительных измерений малых газовых составляющих атмосферы Марса и будет измерять содержание метана, отношение содержания дейтерия к водороду, малых составляющих атмосферы и аэрозолей. Канал MIR был создан для решения главных задач всей орбитальной миссии «ЭкзоМарс», именно от него ожидаются основные научные «прорывы».
«Точность измерений будет в сотни раз превышать имеющиеся у нас данные об атмосфере Марса, кроме того, орбита космического аппарата позволит проводить наблюдения солнечных затмений довольно часто», — рассказывает ведущий по прибору MIR, главный специалист ИКИ РАН Александр Трохимовский.
Протекание основных фотохимических реакций, известных или предполагаемых на Марсе, и возможность их обнаружения прибором ACS
«Для спектрометров MIR и NIR на Физтехе были разработаны алгоритмы обработки данных, а для планирования и интерпретации результатов экспериментов была построена модель общей циркуляции атмосферы Марса», — добавляет руководитель лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ Александр Родин.
Наконец, третий Фурье-спектрометр теплового инфракрасного диапазона TIRVIM охватывает спектральный диапазон 1,7–17 мкм с разрешением от 0,2 до 1,3 см-1. Этот прибор будет нести основную задачу по предоставлению информации о климате на Марсе: профили температуры атмосферы, содержание пыли, температура поверхности. Ожидается, что наблюдения TIRVIM обеспечат измерения температуры от поверхности до высоты ~60 км с большей точностью, а также лучшую оценку оптических толщин пыли и облаков, обеспечивая при этом уникальную возможность для обнаружения газов O3 и H2O2 — они имеют фундаментальное значение для фотохимии. Название этого прибора, а вернее, три последние буквы его аббревиатуры, VIM, — дань памяти Василию Ивановичу Морозу, основателю инфракрасной спектрометрии в нашей стране, который долгое время руководил отделом физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН.
