Недавно журнал Universe Today рассказал о важности изучения ударных кратеров и о том, чему они могут научить нас в области поисков жизни за пределами Земли. Ударные кратеры считаются одним из многих поверхностных процессов (среди других — вулканизм, выветривание, эрозию и тектоника плит), формирующих поверхности многочисленных планетарных тел, причём все они происходят и на Земле. Здесь мы рассмотрим, как и почему учёные-планетологи изучают планетарные поверхности, с какими проблемами сталкиваются при изучении планетарных поверхностей других планет, чему могут научить нас планетарные поверхности в поисках жизни, а также как будущие студенты могут заняться изучением планетарных поверхностей. Почему же так важно изучать планетарные поверхности в Солнечной системе?
Хотя возраст Земли составляет около 4,6 миллиарда лет, причина отсутствия древних особенностей её поверхности кроется в вышеупомянутых поверхностных процессах — все они очень активно идут на Земле и приводят к радикальному изменению поверхности за время существования планеты. Однако наибольший вклад в изменение земной поверхности вносит тектоника плит. В этом процессе происходит переработка материалов поверхности и недр Земли в результате взаимодействия семи основных и восьми малых тектонических плит нашей планеты друг с другом в течение долгих геологических периодов, когда они раздвигаются, разбиваются и даже скользят друг мимо друга через три типа границ плит, известных как дивергентные, конвергентные и трансформные плиты. В то время как изучение всех этих процессов на Земле осуществляется с помощью непосредственного осмотра, лабораторных анализов и спутниковых снимков, с какими трудностями сталкиваются учёные при изучении планетарных поверхностей в других мирах?
Доктор Бирн рассказал Universe Today: «Изучение поверхности других миров является сложной задачей по нескольким причинам, первая (и самая главная) из которых заключается в том, что нам нужно туда попасть! Мы ограничены в том, что можем узнать с помощью телескопов с Земли (как на поверхности, так и в космосе), потому что эти телескопы обычно предназначены для изучения действительно огромных и очень далёких объектов, таких как туманности. Поэтому, чтобы как следует «разглядеть» поверхности тел в Солнечной системе, нам нужно отправить туда космические аппараты — либо пролететь мимо этих тел, либо, что предпочтительнее, выйти на орбиту рядом с ними. Во многих случаях, оказавшись там, мы сможем получить изображение поверхности и провести другие измерения относительно легко».
Доктор Бирн продолжил свой рассказ: «Но для таких миров, как Венера и Титан, с толстой атмосферой, нам нужен радар, чтобы увидеть поверхность. Затем нам нужно понять, что мы видим на самом деле! Именно здесь мы используем «сравнительную планетологию», применяя то, что мы знаем о Земле (и других местах, которые мы посещали), чтобы собрать воедино историю того, что мы видим. Это непросто, особенно для мест, которые мы никогда раньше не посещали — но чрезвычайно увлекательно!»
Спутники и орбитальные аппараты, проводящие дистанционное зондирование, во время пролёта мимо или находясь на орбите планетарного тела выполняют целый ряд задач — от получения прямых изображений до других научных измерений, включая спектроскопию, температуру и состав поверхности, и это лишь некоторые из них. Как следует из названия, пролёт — это процесс, в котором космический аппарат разработан специально для пролёта мимо планетарного тела или тел и проведения как можно большего количества научных исследований в это время. Две самые известные миссии пролёта в истории освоения космоса — это космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2«. Эти отважные первопроходцы совершили облёт внешних планет, что значительно расширило наши знания и понимание не только самих планет, но и их многочисленных лун.
Они обнаружили вулканическую активность на спутнике Юпитера Ио и отсутствие кратеров на Европе, что указывает на возможное существование океана жидкой воды под её ледяной поверхностью. Они получили первые изображения спутника Сатурна, Пана, в дополнение к нескольким другим сатурнианским спутникам, которые они также обнаружили. Кроме того, они сделали снимки нескольких других ранее открытых спутников, включая Титан, Рею, Диону, Тетис, Энцелад и Мимас. В то время как траектория «Вояджера-1» вывела его за пределы Солнечной системы, «Вояджер-2» продолжил движение к Урану и Нептуну, сделав снимки их спутников — Миранды и Тритона соответственно, причём на последней есть гейзеры, выбрасывающие в космос несколько километров. Совсем недавно космический аппарат НАСА «Новые горизонты» пролетел мимо Плутона, сделав снимки его поверхности и обнаружив ландшафт из гор и долин, которых, как предполагали учёные, раньше не существовало.
Что касается орбитальных аппаратов, то НАСА и ряд космических агентств мира отправили множество космических аппаратов на орбиты вокруг Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна, а «Вояджер-2» — единственный космический аппарат, посетивший Уран и Нептун. В качестве примера одной из бесчисленных орбитальных миссий прошлого можно привести космический аппарат НАСА «Кассини«, который исследовал систему Сатурна в период с 2004 по 2017 год. Эта историческая миссия предоставила учёным новые ценные данные о кольцевой планете и её многочисленных лунах, в том числе подтвердила существование озёр жидкого метана на Титане и гейзеров, бьющих из южного полюса Энцелада, через который пролетел «Кассини» и взял пробы на органику. Кроме того, зонд Европейского космического агентства «Гюйгенс» отделился от «Кассини» и совершил посадку на Титан, став первым космическим аппаратом, совершившим посадку на планетарное тело внешней Солнечной системы, где он получил изображение округлых камешков на поверхности, которые могли образоваться в результате активности жидкостей.
Примером активного орбитального аппарата является орбитальный аппарат НАСА Mars Reconnaissance Orbiter, который использует свою камеру High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) для получения самых потрясающих изображений всех когда-либо исследованных планетарных тел. Он не только предоставляет ценные научные данные о Красной планете, но и неоднократно снимал активные лавины на марсианской поверхности. Но если учесть все эти миссии и их научные снимки и данные, чему могут научить нас поверхности планет в поисках жизни за пределами Земли?
«Один из самых больших вопросов, который мы задаём себе, — это почему и когда на Земле возникла жизнь, и для ответа на него нам необходимо понять, когда и почему Земля стала пригодной для жизни», — рассказывает доктор Бирн в интервью Universe Today. Таким образом, изучение других планетарных поверхностей может рассказать нам об условиях на раннем этапе истории Солнечной системы, а также о процессах, которые характерны для планетарных тел в целом или кажутся уникальными для Земли». Полный ответ мы получим благодаря сочетанию химии, биологии, полевых исследований на Земле и планетарных наблюдений, но, безусловно, ключевой частью головоломки является изучение других миров».
Доктор Бирн с гордостью рассказывает Universe Today, что его любимая планетарная поверхность, которую он изучал в течение своей карьеры, — это Венера, известная своими экстремальными температурами на поверхности — около 464 градусов по Цельсию и сокрушительным давлением на поверхности, которое более чем в 90 раз превышает земное. Радарные изображения, полученные с космического аппарата НАСА «Магеллан» в 1990-х годах, выявили поразительные особенности поверхности, свидетельствующие о вулканической активности в прошлом или настоящем. К ним относятся массивные щитовые вулканы, некоторые из которых более чем в 100 раз превышают размеры всех лавовых куполов на Земле, что, вероятно, объясняется экстремальными температурами и давлением на поверхности. Несмотря на это, учёные предполагают, что микробная жизнь все ещё может существовать в облаках, температура и давление в которых больше похожи на земные. Кроме того, несмотря на чрезвычайно суровые условия, существующие сегодня, учёные также предполагают, что в глубоком прошлом поверхность Венеры была более похожа на земную.
«Это невероятный мир, почти такой же по размеру, как Земля, но с совершенно другими условиями на поверхности — по причинам, которые мы до сих пор не понимаем», — говорит доктор Бирн в интервью Universe Today. «На Венере есть множество объектов, которые мы можем узнать на Земле: вулканы, лавовые потоки, тектонические структуры, ударные кратеры и даже пара дюнных полей. Но на ней также есть формы рельефа, очевидных аналогов которых мы не видим ни на Земле, ни в других мирах. И, возможно, наиболее интригующими являются «тессеральные рельефы» Венеры — тип ландшафта, который действительно не похож ни на что другое в Солнечной системе, за исключением, возможно, земных континентов. Выяснить, почему Венера так фантастически отличается от Земли, — очень важная задача для планетологов, не только для понимания Венеры, но и для того, чтобы понять, как два больших скалистых мира могут оказаться такими разными, один из которых является домом для нас, а другой — совершенно негостеприимным».
Учитывая множество миров, которые были исследованы в космическую эру, изучение планетарных поверхностей включает в себя множество научных знаний и дисциплин, которые помогают собрать воедино сложнейшую головоломку того, как наша Солнечная система и её многочисленные планеты, луны и астероиды стали такими, какими они являются сегодня. Помимо изучения спутниковых снимков, дополнительные исследования включают в себя лабораторные эксперименты, реальные и компьютерные симуляции, анализ данных, полевые работы, бесчисленные измерения и расчёты и многое другое. Что же советует доктор Бирн будущим студентам, желающим заняться изучением планетарных поверхностей?
«Конечно, стандартная подготовка в области математики, физики и химии поможет, но не менее (если не более) важна прочная основа в геологииЮ, — говорит доктор Бирн в интервью Universe Today. «Но даже такая подготовка может принимать самые разные формы, например, как часть образования в области экологии или в области наук о Земле, геологии или даже геофизики. Опыт работы с программным обеспечением для дистанционного зондирования и методами обработки данных будет очень полезен. Но, пожалуй, самое важное — это знакомство с различными видами ландшафтов на Земле и в Солнечной системе, которое может начаться ещё в детстве, когда вам просто интересно, как выглядит ваша местность!»
Какие новые открытия сделают учёные о поверхностях планет в Солнечной системе и, возможно, в других местах в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет — и именно поэтому мы занимаемся наукой!
