Загадка Фобоса
Загадка Фобоса
В своих воспоминаниях член-корреспондент АН СССР B. С. Емельянов рассказывает об одной из своих встреч с C. П. Королевым. Она произошла в 1961 году в Кремле в перерыве между заседаниями на сессии Верховного Совета. На вопрос Емельянова, какие у него самые сокровенные мечты, Королев после непродолжительного молчания ответил:
— Ты в «Комсомольской правде» читал статью Шкловского о Марсе? Собственно, там речь шла не о Марсе, а о его спутниках. Как ты знаешь, у Марса два небольших спутника — Фобос и Деймос. В статье Шкловского изложена легенда о них. Но сами спутники — астрономическая загадка, ставящая многих астрономов в тупик… Кое-кто из астрономов считал, что это случайно захваченные Марсом астероиды. Но если это так, то непонятно, почему они движутся почти точно по круговым орбитам, лежащим в плоскости экватора. Спутники очень маленькие: диаметр Фобоса всего 16 километров, а Деймоса — вдвое меньше. Фобос вращается на расстоянии всего шести тысяч километров от поверхности Марса. У этих спутников есть много поразительных отличий от всех других спутников планет Солнечной системы. Шкловский говорит, что с Фобосом происходит то же, что и с искусственными спутниками Земли: их движение тормозит сопротивление, они снижаются, но при этом ускоряют свое движение. О причинах торможения Фобоса астрономы и астрофизики высказывали много разных предположений, но ни одно из них не подтверждается расчетами. Только одна гипотеза может объяснить все недоуменные вопросы, если предположить, что Фобос полый, пустой внутри. Шкловский отрицает возможность существования естественного полого космического тела и приходит к выводу, что оба спутника Марса имеют искусственное происхождение. Его статья так и названа «Искусственные спутники Марса»… Чего же я хочу добиться в первую очередь? Установить, действительно ли спутники Марса полые. А если они полые, промерить толщину стенки хотя бы одного из них. Такую задачу сейчас решить можно… А если я решу эту задачу, тогда можно подумать и о решении белее сложных. Меня это так захватило, что я покоя себе не нахожу. Ведь только подумай, что пас может ожидать на Марсе, если его спутники в самом деле искусственно созданные тела?! Развитие земной цивилизации шло одними путями, а если на Марсе была цивилизация, то вовсе не обязательно, чтобы ее развитие шло так же, как и нашей земной. Разве не захватывающая перспектива — познать эти пути развития? Ведь это открывает значительно больший простор, чем XV век — век географических открытий…
Приведенный эпизод раскрывает особенность гения С. П. Королева: у серьезного ученого-практика была душа романтика. Не романтика ли в начале 30-х годов позвала юного Сергея Королева вместе с небольшой группой единомышленников в долгую дорогу к звездам. В то время даже некоторым серьезным ученым ракетные дела гирдовцев казались безумной затеей. И все-таки энтузиасты добились своего: многие из той группы — Королев, Тихонравов, Победоносцев — непосредственно проложили путь в космос Юрию Гагарину.
Теперь мы знаем, что предположение об искусственном происхождении спутников не подтвердилось. Кстати, сам автор гипотезы, ныне покойный И. Шкловский, со временем из активного сторонника существования внеземных цивилизаций стал активным ее противником.
Сейчас вековое ускорение Фобоса объясняется действием приливных сил. (В небесной механике изменение какого-либо из элементов орбиты космического тела, происходящее все время в одном направлении, а не меняющееся периодически, называется вековым.)
Отметим: чтобы ускорить орбитальное движение спутнике, от него должна быть отведена энергия. Потеря энергии тормозит спутник, заставляет его приближаться к планете, а на меньших расстояниях он движется быстрее.
Приливные силы, обусловь ленные тяготением, имеются в любой системе из двух тел, в том числе и твердых, какими являются Марс и Фобос. В результате действия этих сил Фобос понемногу приближается к Марсу, а Деймос, наоборот, удаляется от него, правда, гораздо медленнее, чем Фобос, «падает» на Марс. По разным оценкам ученых (поскольку измеренные ими величины векового ускорения отличаются), Фобос упадет на Марс в течение 30–70 миллионов лет. Не исключено, что приливные силы сначала разрушат спутник и из его остатков образуется кольцо вокруг Марса. Этот интервал времени — всего лишь мгновение во вселенской истории. И потому то обстоятельство, что мы имеем возможность наблюдать Фобос, — счастливая случайность.
Почему же Шкловский не нашел лучшего объяснения торможению Фобоса, чем выдвинуть гипотезу об искусственном происхождении спутников Марса? Дело, по-видимому, в том, что за отправную точку в своих оценках он принял величину векового ускорения, полученную американским астрономом Шарплессом. Кстати, именно Шарплесс в 1945 году обнаружил в движении Фобоса вокруг Марса эту замечательную особенность.
Ученый рассмотрел все, с его точки зрения, возможные причины наблюдаемого векового ускорения Фобоса. Это и влияние тормозящего действия марсианской атмосферы и межпланетной среды, и приливное трение, и эффекты классической небесной механики, и световое давление, и электромагнитный механизм торможения.
«Таким образом, — писал Шкловский, — все мыслимые механизмы, по-видимому, не в состоянии объяснить замечательную особенность движения этого спутника Марса. Разумеется, остается еще тривиальная возможность считать наблюдения Шарплесса ошибочными. Однако для этого у нас в настоящее время нет оснований, хотя, конечно, такую возможность следует постоянно иметь в виду. В создавшемся весьма затруднительном положении автор (то есть Шкловский. — Ред.) в 1959 году выдвинул гипотезу радикального и не совсем обычного свойства. Если бы плотность Фобоса была бы около 10-3 г/см3, то его вековое ускорение вполне могло быть объяснено сопротивлением атмосферы Марса. Нельзя, однако, представить себе естественную субстанцию столь малой плотности. Материал этого спутника должен быть твердым, чтобы силы сцепления препятствовали его постепенному разрушению притяжением Марса. А это исключает значения плотностей меньших, чем 0,1 г/смг. В таком случае остается только одна возможность — считать Фобос полым. Но естественное космическое тело не может быть полым. Значит, Фобос (так же как и, по-видимому, Деймос) — искусственный спутник Марса. При этом его масса может быть порядка нескольких сот миллионов тонн».
Шкловский считал, что для высокоорганизованных разумных существ создание таких гигантских спутников принципиально возможно и что через несколько сот лет Земля будет иметь спутники размером в несколько километров. Пути решения этой проблемы ясны, а общественная потребность в таких гигантских спутниках, несомненно, будет. Если говорить о серьезной искусственной космической станции — мощном ракетодроме, то ее габариты должны быть существенно больше 100 метров (по-видимому, это характерный размер будущих межпланетных ракет),
В пользу своей гипотезы ученый приводил следующие аргументы. Из-за сравнительно малого значения силы тяжести изготовление гигантского спутника на Марсе легче, чем на Земле. Кроме того, у Марса нет большого естественного спутника, такого, как наша Луна, так что при освоении космического пространства (неизбежного процесса для всякой неограниченно развивающейся цивилизации) задача изготовления гигантских искусственных спутников должна быть особенно важной.
В этой связи ученый ссылался на исследования известного американского космохимика Юри, по данным которого многие сотни миллионов лет назад на Марсе могло быть значительное количество атмосферного кислорода и обширные океаны, что является благоприятным фактором для развития высокоорганизованной жизни.
Ну и конечно, гипотеза давала радикальное решение проблемы происхождения спутников Марса: их запустила высокоорганизованная цивилизация! Даже то обстоятельство, что Фобос через несколько десятков миллионов лет упадет на Марс, трактовалось в пользу искусственного происхождения спутника. Ведь и искусственные спутники Земли в конце концов падают на Землю.
Однако величина векового ускорения, полученная Шарплессом, оказалась в несколько раз завышенной. И объяснить странное поведение Фобоса можно без всяких экзотических теорий. Наиболее правдоподобная версия уже упоминалась — орбита спутника изменяется под действием приливных сил.
Фотоснимки спутников Марса, полученные с помощью космических аппаратов, наглядно показали: Фобос и Деймос породила природа. Это огромные с отметинами кратеров бесформенные глыбы. Фобос, кроме того, испещрен множеством борозд, в том числе и параллельных.
Во время выполнения американской программы «Викинг» космический аппарат «Викинг-Орбитер-1» в феврале 1977 года прошел около Фобоса на минимальном расстоянии 100 километров, а в октябре 1977 года космический аппарат «Викинг-Орбитер-2» прошел около Деймоса на расстоянии всего 30 километров. По данным, полученным «Викингами», ученые сделали вывод, что спутники скорее всего состоят из материала типа углистых хондритов, то есть вещества, которое согласно большинству моделей образования Солнечной системы конденсируется только на расстояниях по крайней мере вдвое больших от Солнца, чем Марс.
Итак, инопланетяне к созданию Фобоса и Деймоса оказались не причастны. Теперь мы знаем размеры спутников, их массы, средние плотности, структуры поверхности. Знаем, что они, по-видимому, принадлежат к С-астероидам — очень интересному виду первичных объектов в Солнечной системе. Но все же остаются нерешенными фундаментальные вопросы, касающиеся происхождения этих двух спутников, их возраста, состава, структуры…
Если найти ответы на эти вопросы, то многое прояснится в понимании одной из основных проблем мироздания — как произошла и эволюционировала Солнечная система.
И вот спустя четверть века задумка, о которой говорил С. П. Королев в 1961 году, начинает сбываться.
Летом 1988 года с космодрома Байконур с интервалом в несколько дней планируется запустить два космических аппарата для исследования Марса и его спутников. Этот крупный международный проект, названный «Фобосом», в котором примут участие ученые Австрии, Болгарин, Венгрии, ГДР, Польши, СССР, ФРГ, Финляндии, Франции, Чехословакии, Швеции и стран Европейского космического агентства, вызывает большой интерес в мире.
«Две автоматические станции, которые создаются сейчас по проекту «Фобос», — рассказывает заместитель директора Института космических исследований АН СССР В. М. Балебанов, — смогут широким комплексом интернациональных приборов исследовать с орбиты спутника поверхность Марса, его атмосферу, ионосферу и магнитосферу. Например, мы получим телеизображения планеты, подробные данные о химическом и минералогическом составе ее поверхности, радиофизических характеристиках, будет составлена тепловая карта. Бортовые приборы позволят выяснить компонентный состав атмосферы, установить, как меняются по высоте температура, плотность пылевых частиц. И понять механизм возникновения пыльных бурь на красной планете.
В конечном итоге обе станции после сложных маневров перейдут на круговую орбиту, весьма близкую к той, по которой летит ближний спутник планеты — Фобос. И земные аппараты будут отделять от Фобоса всего десятки километров. Затем станции приблизятся на 70–30 метров к нему и проведут исследование на бреющем полете. Прорабатывается возможность сброса на Фобос посадочных зондов, которые будут затем вести научный репортаж прямо с его поверхности. Так схематично выглядит кульминационный момент проекта «Фобос».
Чтобы узнать внутреннее строение Фобоса, ему будет сделан своеобразный рентген: он будет просвечен длинноволновым излучением. При сближении аппаратов со спутником он будет облучаться лазерными и ионными пучками, а приборы смогут изучать результаты их воздействия. Это поможет установить элементный и изотопный состав грунта поверхности Фобоса.
Экспедиция «Фобос» рассчитана на 460 дней, а сам перелет от Земли до Марса займет 200 суток. Во время полета к Марсу будут проводиться детальные исследования межпланетного пространства и разного рода излучений от Солнца и из глубин Вселенной.
К концу экспедиции земные аппараты, ставшие спутниками Марса, и наша планета окажутся с противоположных сторон от Солнца. Ученые используют эту уникальную возможность одновременно исследовать Солнце с обеих сторон. В частности, можно будет вести прямые наблюдения центров солнечной активности на невидимой с Земли стороне нашего светила, проследить, как они появляются благодаря вращению Солнца на его видимой стороне.
А пока на советской космической верфи идет напряженная работа. Создаются станции, которые возьмут к себе на борт приборы, разрабатываемые в лабораториях многих стран мира.
Когда-нибудь в XXI веке люди всерьез задумаются над такой проблемой: как спасти Фобос от гибели, ведь при освоении Солнечной системы он может пригодиться. В принципе это возможно. Надо только изменить знак векового ускорения на противоположный. Со временем космические возможности человечества многократно умножатся, и такая задача будет ему по силам.
