Миссия NASA 2003 Mars Exploration Rover Mission собрала огромное количество научной информации, касающейся геологии и атмосферы Марса, а также предоставила некоторые астрономические наблюдения с Марса. В этой статье рассматривается информация, собранная марсоходом Opportunity на начальном этапе его миссии. Информацию о научных данных, собранных Spirit, можно найти в основном в статье о марсоходе Spirit .
Беспилотная миссия по исследованию Марса , начатая в 2003 году , отправила два роботизированных марсохода, Spirit и Opportunity , для исследования марсианской поверхности и геологии . Миссию возглавили руководитель проекта Питер Тайзингер из Лаборатории реактивного движения NASA и главный исследователь Стивен Сквайрес , профессор астрономии в Корнеллском университете .
Главной научной целью миссии является поиск и характеристика широкого спектра пород и почв , которые содержат ключи к прошлой водной активности на Марсе. В знак признания огромного объема научной информации, собранной обоими марсоходами, в их честь были названы два астероида : 37452 Spirit и 39382 Opportunity .
24 января 2014 года НАСА сообщило, что текущие исследования планеты Марс марсоходами Curiosity и Opportunity теперь будут направлены на поиск доказательств древней жизни, включая биосферу, основанную на автотрофных , хемотрофных или хемолитоавтотрофных микроорганизмах , а также древней воды, включая флювио-озерные среды ( равнины , связанные с древними реками или озерами ), которые могли быть пригодны для жизни . [1] [2] [3] [4] Поиск доказательств обитаемости , тафономии (связанной с ископаемыми остатками ) и органического углерода на планете Марс теперь является основной целью НАСА . [1]
2 марта 2004 года НАСА объявило, что «Opportunity приземлился в районе Марса, где жидкая вода когда-то заливала поверхность». Заместитель администратора Эд Вайлер сообщил журналистам, что эта область «была бы хорошей пригодной для жизни средой», хотя никаких следов жизни обнаружено не было.
Это заявление было сделано во время пресс-конференции, на которой ученые миссии перечислили ряд наблюдений, которые убедительно подтверждают эту точку зрения:
Подробный анализ экологических, химических и минералогических данных, полученных с марсохода Opportunity, привел к исключению конкурирующих гипотез и подтверждению вывода о том, что сферулы образовались на месте как постдепозитные осадочные конкреции из водного источника [5]
23 марта 2004 года НАСА объявило, что, по их мнению, Opportunity приземлился не в месте, просто «залитом водой», а на том, что когда-то было прибрежной зоной. «Мы считаем, что Opportunity припаркован на том, что когда-то было береговой линией соленого моря на Марсе», — сказал доктор Стив Скуайрес из Корнелльского университета .
Объявление было основано на доказательствах осадочных пород , которые соответствуют тем, которые были сформированы водой, а не ветром. «Характеристики напластования в некоторых тонкослоистых породах указывают на то, что песчинки осадка размером с песок, которые в конечном итоге связались вместе, были сформированы в рябь водой глубиной не менее пяти сантиметров (два дюйма), возможно, гораздо глубже, и текущей со скоростью от 10 до 50 сантиметров (от четырех до 20 дюймов) в секунду», - сказал доктор Джон Гротцингер из Массачусетского технологического института . Местом посадки, вероятно, была соляная равнина на краю большого водоема, покрытого мелководьем.
Другие доказательства включают в себя находки хлора и брома в породах, что указывает на то, что породы, по крайней мере, пропитались богатой минералами водой, возможно, из подземных источников, после того, как они образовались. Повышенная уверенность в находках брома усиливает тот факт, что породообразующие частицы осаждались из поверхностной воды, когда концентрации соли поднимались выше насыщения, пока вода испарялась.
Доказательства наличия воды были опубликованы в серии научных статей, причем первоначальные результаты появились в журнале Science [6] , а затем подробное обсуждение осадочной геологии места посадки появилось в специальном выпуске журнала Earth and Planetary Science Letters [7].
На начальном этапе миссии ученым удалось доказать, что многочисленные сферулы в кратере Игл были источником гематита в районе, обнаруженном с орбиты.
Геологи стремились достичь богатой гематитом области (в центре картинки справа), чтобы тщательно изучить почву, которая может раскрыть секреты того, как гематит попал в это место. Знание того, как образовался гематит на Марсе, может помочь ученым охарактеризовать прошлую среду и определить, обеспечивала ли эта среда благоприятные условия для жизни.
«Серый гематит — это минеральный индикатор прошлой воды», — сказал доктор Джой Крисп, научный сотрудник проекта JPL . «Он не всегда связан с водой, но часто это так».
Ученые хотели выяснить, какой из этих процессов создал серый гематит на Марсе с 1998 года, когда Mars Global Surveyor обнаружил большие концентрации минерала вблизи экватора планеты (на правом снимке). Это открытие предоставило первое минеральное доказательство того, что история Марса могла включать воду.
«Мы хотим узнать, округлены ли зерна гематита и скреплены ли они под воздействием жидкой воды или это кристаллы, выросшие из вулканического расплава», — сказал Крисп. «Находится ли гематит в слоях, что предполагает, что он был отложен водой, или в жилах в породе, что более характерно для воды, протекавшей через породы».
На следующем снимке показана минеральная карта, впервые созданная на поверхности другой планеты, которая была создана из части панорамного снимка, наложенного на данные, полученные с Mini-TES марсохода. Спектральные данные Mini-TES были проанализированы таким образом, что была выведена концентрация минерала гематита и его уровень закодирован цветом. Красный и оранжевый означают высокую концентрацию, зеленый и синий — низкую концентрацию.
На следующем снимке показана «карта индекса» содержания гематита, которая помогает геологам выбирать богатые гематитом места для посещения вокруг места посадки Opportunity . Синие точки соответствуют областям с низким содержанием гематита, а красные точки соответствуют областям с высоким содержанием гематита. Цветные точки представляют данные, собранные миниатюрным термоэмиссионным спектрометром на 11-й сол, после того как Opportunity съехал с посадочного модуля, а марсоход оказался в центре синего полукруга (спектрометр расположен на мачте панорамной камеры).
Территория слева (с высокой концентрацией гематита) была выбрана членами миссии для дальнейшего исследования и названа Гематитовым склоном .
В течение 23-го сола (16 февраля) Opportunity успешно провел раскопки почвы на склоне Хематита и приступил к исследованию деталей ее напластования.
Микроскопические снимки почвы, сделанные Opportunity , выявили небольшие сферические гранулы. Впервые они были замечены на снимках, сделанных на 10-й сол, сразу после того, как марсоход выехал с посадочного модуля на марсианскую почву.
Когда Opportunity вырыл свою первую траншею (23-й сол), на снимках нижних слоев были видны похожие круглые сферулы. Но на этот раз у них была очень блестящая поверхность, которая создавала сильные блики и отблески. «Они кажутся блестящими или отполированными», — сказал Альберт Йен, член научной группы, во время пресс-конференции 19 февраля. Он сказал: «Надеюсь, данные помогут нам выяснить, что их изменяет». На том же пресс-брифинге доктор Скуайрес отметил это как один из главных вопросов: «Откуда взялись эти сферулы, упали сверху или выросли на месте?»
Ученые миссии сообщили 2 марта, что они завершили исследование распределения сферул в коренной породе. Они обнаружили, что они равномерно и хаотично распределяются внутри скал, а не слоями. Это подтверждает идею о том, что они выросли на месте, поскольку, если бы их происхождение было связано с вулканическими или метеоритными эпизодами, можно было бы ожидать, что слои сферул будут «записью во времени» для каждого события. Это наблюдение было добавлено в список доказательств присутствия жидкой воды на этом участке скалы, где, как считается, образовались сферулы.
18 марта были объявлены результаты исследования области под названием «Berry Bowl». Это место представляет собой большую скалу с небольшой чашеобразной впадиной, в которой скопилось большое количество сферул. Спектрометр MIMOS II Mössbauer был использован для анализа впадины, а затем области скалы прямо рядом с ней. Любое различие в измеренных данных затем было приписано материалу в сферулах. Была обнаружена большая разница в полученных «спектрах». «Это отпечаток гематита , поэтому мы приходим к выводу, что основным железосодержащим минералом в ягодах является гематит», - сказал Даниэль Родионов, сотрудник научной группы марсохода из Университета Майнца , Германия . Это открытие, похоже, подкрепляет вывод о том, что сферулы - это конкреции, выросшие во влажном состоянии с растворенным железом.
Породы на равнинах Гусева представляют собой тип базальта . Они содержат минералы оливин , пироксен , плагиоклаз и магнетит, и выглядят как вулканический базальт, поскольку они мелкозернистые с нерегулярными отверстиями (геологи сказали бы, что у них есть пузырьки и каверны). [8] [9] Большая часть почвы на равнинах произошла от распада местных пород. В некоторых почвах были обнаружены довольно высокие уровни никеля ; вероятно, от метеоритов . [10] Анализ показывает, что породы были слегка изменены небольшим количеством воды. Внешние покрытия и трещины внутри пород предполагают наличие минералов, отложенных водой, возможно, соединений брома . Все породы содержат тонкий слой пыли и одну или несколько более твердых корок материала. Один тип можно счистить щеткой, в то время как другой нужно было отшлифовать с помощью инструмента для абразивной обработки горных пород (RAT). [11]
В Колумбийских холмах (Марс) есть множество пород , некоторые из которых были изменены водой, но не очень большим ее количеством.
Пыль в кратере Гусева такая же, как и пыль по всей планете. Было обнаружено, что вся пыль является магнитной. Более того, Spirit обнаружил, что магнетизм был вызван минеральным магнетитом , особенно магнетитом, содержащим элемент титан . Один магнит смог полностью отклонить всю пыль, поэтому вся марсианская пыль считается магнитной. [12] Спектр пыли был похож на спектры ярких областей с низкой тепловой инерцией, таких как Фарсис и Аравия, которые были обнаружены орбитальными спутниками. Тонкий слой пыли, возможно, менее одного миллиметра толщиной, покрывает все поверхности. Что-то в нем содержит небольшое количество химически связанной воды. [13] [14]
Наблюдения за породами на равнинах показывают, что они содержат минералы пироксен, оливин, плагиоклаз и магнетит. Эти породы можно классифицировать по-разному. Количество и типы минералов делают породы примитивными базальтами — также называемыми пикритовыми базальтами. Породы похожи на древние земные породы, называемые базальтовыми коматиитами . Породы равнин также напоминают базальтовые шерготтиты , метеориты, прилетевшие с Марса. Одна система классификации сравнивает количество щелочных элементов с количеством кремнезема на графике; в этой системе породы равнин Гусева лежат вблизи стыка базальта, пикробазальта и тефрита. Классификация Ирвина-Барагера называет их базальтами. [8] Породы равнин были очень слабо изменены, вероятно, тонкими пленками воды, потому что они мягче и содержат прожилки светлоокрашенного материала, который может быть соединениями брома, а также покрытиями или корками. Считается, что небольшое количество воды могло попасть в трещины, вызвав процессы минерализации. [9] [8] Покрытия на камнях могли образоваться, когда камни были захоронены и взаимодействовали с тонкими пленками воды и пыли. Одним из признаков того, что они были изменены, было то, что эти камни было легче измельчать по сравнению с теми же типами камней, которые встречаются на Земле.
Первой скалой, которую исследовал Spirit, был Адирондак. Он оказался типичным для других скал на равнинах.
Ученые обнаружили в Колумбийских холмах множество типов горных пород и поместили их в шесть различных категорий. Шесть из них: Clovis, Wishbone, Peace, Watchtower, Backstay и Independence. Они названы в честь выдающейся горной породы в каждой группе. Их химический состав, измеренный с помощью APXS, значительно отличается друг от друга. [15] Самое главное, что все горные породы в Колумбийских холмах демонстрируют различную степень изменения из-за водных жидкостей. [16] Они обогащены элементами фосфором, серой, хлором и бромом — все они могут переноситься в водных растворах. Породы Колумбийских холмов содержат базальтовое стекло, а также различные количества оливина и сульфатов . [17] [18] Содержание оливина обратно пропорционально количеству сульфатов. Это именно то, что и ожидалось, поскольку вода разрушает оливин, но способствует образованию сульфатов.
Считается, что кислотный туман изменил некоторые породы Сторожевой башни. Это произошло на участке длиной 200 метров от хребта Камберленд и вершины холма Хасбенд. Некоторые места стали менее кристаллическими и более аморфными. Кислотный водяной пар из вулканов растворил некоторые минералы, образовав гель. Когда вода испарялась, образовывался цемент и производил небольшие бугорки. Этот тип процесса наблюдался в лабораторных условиях, когда базальтовые породы подвергались воздействию серной и соляной кислот . [19] [20] [21]
Группа Кловис особенно интересна, поскольку спектрометр Мёссбауэра (МБ) обнаружил в ней гётит . [22] Гётит образуется только в присутствии воды, поэтому его открытие является первым прямым доказательством наличия воды в прошлом в породах Колумбийских холмов. Кроме того, спектры МБ пород и обнажений показали сильное снижение присутствия оливина, [17] хотя породы, вероятно, когда-то содержали много оливина. [23] Оливин является маркером отсутствия воды, поскольку он легко разлагается в присутствии воды. Был обнаружен сульфат, и для его образования нужна вода. Вишстоун содержал много плагиоклаза, немного оливина и ангидрата (сульфата). В породах Пис обнаружена сера и убедительные доказательства наличия связанной воды, поэтому предполагается наличие гидратированных сульфатов. В породах класса Сторожевая башня отсутствует оливин, поэтому они могли быть изменены водой. В классе Индепенденс обнаружены некоторые признаки глины (возможно, монтмориллонита, члена группы смектита). Глинам требуется довольно длительное воздействие воды для формирования. Один тип почвы, называемый Пасо Роблес, из Колумбийских холмов, может быть испарительным отложением, поскольку он содержит большое количество серы, фосфора , кальция и железа . [24] Кроме того, МБ обнаружил, что большая часть железа в почве Пасо Роблес была в окисленной форме Fe +++ , что произошло бы, если бы присутствовала вода. [13]
К середине шестилетней миссии (миссия, которая должна была длиться всего 90 дней) в почве были обнаружены большие количества чистого кремния . Кремний мог появиться в результате взаимодействия почвы с кислотными парами, образующимися в результате вулканической активности в присутствии воды или из воды в среде горячих источников. [25]
После того, как Spirit прекратил работу, ученые изучили старые данные с миниатюрного термоэмиссионного спектрометра ( Mini-TES) и подтвердили наличие большого количества карбонатных пород, что означает, что регионы планеты могли когда-то иметь воду. Карбонаты были обнаружены в обнажении пород под названием «Команчи». [26] [27]
Подводя итог, Spirit обнаружил доказательства незначительного выветривания на равнинах Гусева, но никаких доказательств того, что там было озеро. Однако в Колумбийских холмах были явные доказательства умеренного количества водного выветривания. Доказательства включали сульфаты и минералы гетит и карбонаты, которые образуются только в присутствии воды. Считается, что в кратере Гусева могло быть озеро давным-давно, но с тех пор оно было покрыто магматическими материалами. Вся пыль содержит магнитный компонент, который был идентифицирован как магнетит с некоторым количеством титана. Более того, тонкий слой пыли, покрывающий все на Марсе, одинаков во всех частях Марса.
Во время пресс-конференции 11 марта 2004 года ученые миссии представили первый когда-либо измеренный температурный профиль марсианской атмосферы. Он был получен путем объединения данных, полученных с инфракрасного спектрометра Opportunity Mini-TES, с данными с прибора TES на борту орбитального аппарата Mars Global Surveyor (MGS). Это было необходимо, поскольку Opportunity может видеть только до 6 км в высоту, а камера MGS не могла измерять данные на всем пути к земле. Данные были получены 15 февраля (22-й сол) и разделены на два набора данных: поскольку орбитальный аппарат находится в движении, некоторые данные были получены во время его приближения к месту Opportunity , другие — во время его удаления. На графике эти наборы обозначены как «входящие» (черный цвет) и «исходящие» (красный цвет). Точки представляют данные Mini-TES (= марсоход), а прямые линии — данные TES (= орбитальный аппарат).
Атмосферные исследования, проведенные марсоходами MER, были опубликованы в серии научных статей в журналах Science [28] [29] и Journal of Geophysical Research [30].
Opportunity наблюдал затмение или прохождения Фобоса и Деймоса по диску Солнца [31] , а также сфотографировал Землю , которая выглядела как яркий небесный объект на марсианском небе.
Транзит Меркурия по диску Марса произошел 12 января 2005 года примерно с 14:45 UTC до 23:05 UTC, но разрешение камеры не позволило увидеть угловой диаметр Меркурия в 6,1 дюйма.
Были замечены прохождения Деймоса по диску Солнца, но при угловом диаметре 2' Деймос примерно в 20 раз больше углового диаметра Меркурия, составляющего 6,1".
{{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)