THE UNIVERSE
YOURS TO DISCOVER +
INTERNATIONAL YEAR OF
ASTRONOMY
2009
Астрономия
Спутники Марса
A.B. КОЗЕНКО,
доктор физико-математических наук Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Открытие и последующее изучение Фобоса и Деймоса наземными и космическими средствами поставили перед учены/ми множество вопросов, некоторы/е из них до сих пор остаются без ответа. Программа экспедиции AMC "Фобос", предпринятая отечественными специалистами при широкой международной кооперации два десятилетия назад, к сожалению, вы/полнена не полностыю (Земля и Вселенная, 1989, № 5). Сего-
дня идет подготовка нового отечественного космического проекта "Фо-
бос-грунт" (старт AMC намечен на октябры 2009 г.; Земля и Вселенная, 2002, № 6; 2006, № 2). Согласно этому проекту, предстоит деталыно исследоваты Марс и Фобос, а также до-ставиты образцыi грунта Фобоса на Землю. Важ-носты изучения Фобоса обусловлена тем, что в малы/х телах Солнечной системыi, к их числу относится и Фобос, мог сохра-нитыся тот реликтовый материал, из которого об-разовалисы все объектыi нашей планетной системы i.
УДИВИТЕЛЬНОЕ ОТКРЫТИЕ
Известно, что существование у Марса двух спутников было предсказано задолго до их обнаружения. Еще в 1610 г. И. Кеплер предположил такую возможность. В 1702 г. в английском переводе "Бесед о множественности миров" Б. Фонтенеля говорится: "Марс не может испыты-
вать недостатка в лунах". В 1752 г. Вольтер в "Мик-ромегасе" писал: "Самые лучшие философыI знают, как трудно было бы/ Марсу обладать меньше чем двумя лунами, поскольку он от Солнца - следующий". Самым удивительным, пожалуй, было предсказание Дж. Свифта, сделанное в 1726 г. За 150 лет до открытия спутников Марса он
довольно точно указал периоды их обращения вокруг планеты (Земля и Вселенная, 1989, № 5, с. 78-81).
Немецкий историк науки Ф. Людендорф в начале прошлого столетия выдвинул гипотезу о том, что Дж. Свифт в качестве прообраза расположения спутников на орбитах Марса принял орбитальные параметры двух ближних к
16
© Козенко A.B.
планете галилеевых спутников Юпитера. Однако по такой аналогии их правильные периоды обращения вывести не удается. Английский теоретик Н. Ро-узвиер обратил внимание на утверждение И. Ньютона в "Математических началах натуральной философии": "Более мелкие планеты при прочих равных условиях имеют значительно большую плотность". Если предположить, что плотность Марса в 22 раза выше, чем у Юпитера (поскольку диаметр Юпитера приблизительно во столько же раз больше диаметра Марса), и применить третий закон Кеплера, то можно получить результат Дж. Свифта. Но такое объяснение весьма искусственно и, скорее всего, не отражает реальности.
Попытки обнаружить спутники Марса можно найти в журнале наблюдений В. Гершеля за 1783 г. В середине XIX в. их поисками интенсивно занимался немецкий астроном Г. д'Ар-ре с помощью 25-см рефрактора Копенгагенской обсерватории. Долгое время попытки обнаружить спутники Марса заканчивались неудачей.
Американский астроном Асаф Холл (1829-1907) после многолетних безуспешных поисков на 66-см рефракторе Военно-морской обсерватории США (Вашингтон) 11 августа 1877 г. все-таки увидел один из спутников Марса во время противостояния планеты. Через шесть суток, 17 августа, он открыл и второй (внутренний) спутник. Ближайший к
Марсу спутник он назвал Фобосом (страх), а внешний - Деймосом (ужас), именами спутников древнегреческого бога войны Ареса.
Наиболее удобны для наблюдения спутников Марса великие противостояния - случаи наибольшего сближения Земли и Марса, которые происходят каждые 15-17 лет. В
XX в. они состоялись 24 сентября 1909 г., 23 августа 1924 г., 23 июля 1939 г., 10 сентября 1956 г., 10 августа 1971 г. и 22 сентября 1988 г., в
XXI в. - 28 августа 2003 г., ближайшие произойдут 27 июля 2018 г. и 15 сентября 2035 г.
НАЗЕМНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Значительный вклад в исследование спутников Марса внесли русские астрономы. В 1894 г. А.А. Бе-лопольский (1854-1934) наблюдал Марс на 76-см рефракторе (большой нормальный астрограф) Пулковской обсерватории и получил восемь негативов с изображением Деймоса. Эта работа стала первым шагом в фотографическом изучении спутников Марса. Подчеркнем, съемки Деймоса, имеющего даже в периоды противостояний Марса 12-14т и наблюдаемого рядом с яркой планетой, дело чрезвычайно трудное. В дальнейшем фотографирование спутников Марса на том же инструменте продолжил С. К. Костинский (18671936). В 1896 г. он получил изображения Деймоса, а во время противостояния
Асаф Холл, открывший в 1877 г. спутники Марса.
1909 г. ему удалось сделать четкие снимки обоих спутников.
Первая теория движения марсианских спутников (1911) принадлежит Л.О. Струве (1854-1920), внуку основателя Пулковской обсерватории В.Я. Струве. На основе анализа наблюдений спутников в 1877-1909 гг. он рассчитал элементы их орбит, даже сегодня позволяющие весьма хорошо прогнозировать положения спутников на орбитах при наземных наблюдениях.
В 1945 г. американский астроном Б. Шарплесс пришел к выводу о вековом ускорении Фобоса. Ускорение движения спутника происходит с течением времени, при этом высота орбиты постоянно уменьшается, так что Фобос по спирали приближается к планете. Именно такое поведение присуще небесному телу, которое теряет свою кинетическую энергию, то есть ис-
Русский астроном Л.О. Струве, рассчитавший элементы орбит спутников Марса.
пытывает тормозящее влияние планеты.
В 60-х гг. XX в. член-корреспондент АН СССР И. С. Шкловский (19161985), в то время считавший разумную жизнь широко распространенным явлением в космосе, выдвинул гипотезу искусственного происхождения спутников Марса. Он предположил, что тормозящее воздействие оказывает атмосфера планеты, правда намного менее плотная, чем земная. Но подобный эффект мог проявляться только при достаточно больших размерах и очень малой массе спутников Марса. По оценке И.С. Шкловского, их средняя плотность настолько мала, что они, скорее всего, полые. Таких естественных космических тел не бывает, и, следовательно, спутники созданы какой-то внеземной цивилизацией. Эта увлекательная гипотеза И.С. Шкловского не подтвердилась. Почти одновременно с ним
член-корреспондент АН СССР Н.Н. Парийский объяснил, что вековое ускорение Фобоса может быть вызвано приливным торможением Марса. Такое явление происходит из-за меньшего в три раза периода обращения планеты вокруг оси. Возникающий на планете приливной выступ запаздывает по причине диссипации энергии в недрах Марса и отстает от быстро двигающегося Фобоса, отбирая у него момент количества движения, и он постепенно приближается к Марсу. Деймос обращается вокруг Марса медленнее собственного вращения планеты, поэтому приливное трение приводит к постепенному увеличению высоты его орбиты. После наблюдений движения Фобоса, проведенных в 1972 г. и 1978 г. А. Синклером и в 1975 г. В.А. Шором, установлено, что он действительно ускоряется, приближаясь примерно на 4 см в год к Марсу. Поэтому через 30-70 млн. лет Фобос может упасть на планету.
Впервые определил, что поверхность спутников Марса состоит из вещества, близкого по свойствам к углистым хондри-там, американский астрофизик Дж. Койпер (19051973) в конце 50-х гг. XX в. на основе фотометрических измерений. Об этом свидетельствовала, в частности, низкая отражательная способность (альбедо) обоих небесных тел, не превышающая 0.06-0.07.
В период противостояния 1971 г. американский
астроном Б. Цельнер провел прецизионные поляриметрические измерения Деймоса и установил, что его поверхностный слой по поляризационным свойствам близок к лунному реголиту и образован в результате микрометеоритной бомбардировки. Вероятно, Деймос, как и Луна, покрыт слабосвязанным раздробленным обломочным материалом.
КОСМИЧЕСКИЙ ЭТАП ИССЛЕДОВАНИЙ
Он начался в 1969 г., когда во время пролета около Марса американской АМС "Маринер-7" на одном из снимков была обнаружена тень Фобоса на поверхности Марса. По ней сделали вывод о его вытянутой форме. Первые изображения марсианских спутников с удовлетворительным разрешением получены в 1971-1972 гг. АМС "Маринер-9" с орбиты искусственного спутника Марса. Телевизионная съемка производилась при различных фазовых углах (углах освещения Солнцем). На борту этой станции размещались инфракрасный радиометр и ультрафиолетовый спектрометр, с помощью которых осуществлены фотометрические и поляриметрические измерения. В результате фотометрического анализа установлено, что поверхность спутников покрыта реголитом. Зарегистрированная значительная положительная поляризация излучения спутников (20-25%) подтвердила присутствие ре-
Эволюция орбит спутников Марса: а) Фобоса, б) Деймоса.
Фобос. Снимок сделан в 1972 г. "Маринером-9" с расстояния 5760 км. Во врезке - АМС "Маринер-9" (США, 1971-1972). Фото NASA.
Деймос. Снимок сделан 20 октября 1977 г. АМС "Викинг-1" с расстояния 1400 км. Во врезке - орбитальный отсек "Викинга" (США, 1976-1980). Рисунок и фото NASA.
голита. Во время прохождения Фобоса через тень Марса с помощью инфракрасного радиометра (за-тменный эксперимент) обнаружены быстрое охлаждение и нагрев поверхности спутника. Кроме того, у него выявлен очень низкий уровень потока излучения во время затмения. Полученная оценка тепловой инерции соответствует еще более рыхлому слою пыли, чем на Луне. Это и не удивительно, ведь на поверхности Фо-
боса гораздо слабее притяжение. По данным радиометрии на Фобосе и Деймосе слой реголита должен иметь толщину не менее 1 см.
При пролетах "Марине-ров" расстояние между ними и спутниками было не менее 4 тыс. км, а орбитальные аппараты АМС "Викинг-1 и -2" в 19761980 гг. сближались с Фобосом до 100 км, с Деймосом - до 50 км. "Викинги" впервые смогли с хорошим разрешением сфотографировать спутники, были продолжены исследования их поверхности с помощью инфракрасного радиометра. В июле 1988 г. к Марсу стартовали два аппарата-близнеца по советской программе "Фобос",
один из них, "Фобос-2", через семь месяцев вышел на орбиту вокруг Марса. После серии коррекций орбиты АМС "Фобос-2" сблизилась с Фобосом. Предполагался сброс двух посадочн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.