И планеты нам покорятся

А БЫЛА ЛИ РЕЧКА?
Аппарат Perseverance «врезался» в атмосферу Красной планеты в ночь на 19 февраля 2021 года. Точка приземления – рядом с кратером Езеро – выбрана неслучайно. В этом месте могли сохраниться следы жизни, ведь оно представляется специалистам НАСА некогда большим озером, рядом с которым в марсианском ландшафте угадывается и дельта реки…
«Но при чём здесь казанские учёные?» – спросите вы. Дело в том, что изучение поверхности Марса – то, чем сегодня занимаются молодые татарстанские исследователи. И, возможно, результаты, полученные ими в ходе этой работы, смогут заинтересовать специалистов уже российско-европейской миссии ExoMars.
– Perseverance специально приземлили рядом с руслом высохшей реки, но кто сказал, что это была именно река? – задаётся вопросом Юрий Нефедьев, профессор КФУ, руководитель научно-исследовательской лаборатории космической навигации и планетных исследований САЕ «Астровызов», директор Астрономической обсерватории имени Энгельгардта.
Исследования, которые проводятся в Казанском университете под его руководством, позволят ответить на этот вопрос с большей долей вероятности. Речь идёт о работе студента Карлоса де ла Морена Коко, который с помощью методов фрактальной геометрии занимается определением самоподобных участков на Марсе. То есть мест, которые были образованы при одинаковых эволюционных условиях, включая те участки, где предположительно могли происходить процессы, связанные с водой, а значит, существовать живая материя. Та, на поиски которой и направился Perseverance.
Особым образом анализируя данные различных космических миссий, как, например, программа НАСА «Маринер», группа молодых учёных КФУ создаёт цифровую трёхцветную карту структуры поверхности Красной планеты, выделяя на ней те самые – самоподобные – области. Кстати, на первый взгляд такие участки могут выглядеть совершенно по-разному, а по существу – иметь одну эволюционную природу. К слову, казанцы фиксируют и изменения рельефа во времени. С прицелом на то, что их работа сможет помочь последующим марсианским миссиям в поисках воды, редких полезных ресурсов. Следов жизни, наконец!
– Последнее на Марсе имеет высокую вероятность, – говорит Юрий Нефедьев. – Условия там очень суровые – на экваторе днём до 35 градусов тепла, а ночью – все минус сто. Тем не менее даже на Земле существуют места с похожими перепадами температуры, что не мешает существованию там живых существ. А если когда-нибудь у нас получится проникнуть в глубь поверхности Марса, то там вероятность обнаружения каких-то микроорганизмов ещё выше. А может быть, даже и не микро…
ЛУННЫЕ ПОЗИЦИИ
Но если пилотируемые полёты на Марс сегодняшние технологии пока не позволяют реализовать, то Луна – это вполне реальный проект. Космический аппарат «Луна-25», или «Луна-Глоб», – первая лунная миссия России в новом тысячелетии и, по большому счёту, продолжение той лунной программы, которую СCCР свернул ещё в 1976 году. Её запуск запланирован на октябрь – ноябрь 2021 года. Основная цель российского проекта – перейти на качественно новый уровень исследования Луны. Это, по сути, разведка перед тем, как на спутницу Земли отправится пилотируемый корабль. Задача «Луны25» – отработать мягкую посадку и исследовать ландшафт. И, возможно, далеко не последнюю роль сыграют разработки казанских учёных.
К слову, Луна оказалась тем объектом, на исследование которого казанская наука затратила многолетние усилия. По этой части мы оказались в мировых лидерах и до сих пор своих «лунных позиций» не сдаём. Первое, что может быть использовано Роскосмосом в своей ближайшей миссии, – имитационная модель картографического обеспечения Лунной системы навигации, которая была разработана в Казани под управлением Юрия Нефедьева в рамках государственного оборонного заказа.
– На Луне нет приёмных станций с человеческим участием, как на Земле, и это создаёт существенные навигационные проблемы, – рассказывает Юрий Анатольевич. – Мы занимаемся вопросами координатно-временного обеспечения и создали метод построения координатной системы высокой точности, которая послужит основой распространения навигационной системы ГЛОНАСС на окололунной орбите.

«Закат на Марсе». Снимок НАСА.
Дело в том, что за весь период освоения человеком космоса было получено множество орбитальных снимков и карт лунной поверхности, но до сих пор не было ясно, к какой системе их можно привязать, ведь орбиты спутников нестабильны – они колеблются. Казанцы нашли возможность привести все полученные данные к единой системе отсчёта, создав на её основе базу данных оптических наблюдений Луны и решив с помощью неё основную проблему построения навигационной опорной сети на нашем естественном спутнике. Еще одна разработка казанских учёных способна существенно снизить риски предстоящей миссии, ведь она может сделать прилунение аппарата более точным, а значит, мягким. Дело в том, что сегодня эллипс прилунения составляет 15 на 8 километров! Вы можете представить, чтобы с подобной точностью сажали самолёт? Метод, разработанный молодым казанским учёным Алексеем Андреевым, позволяет довести её до нескольких десятков метров. Правда, пока только на определённой точке лунной поверхности, где будет установлен лазерный световой маяк. Но, как говорят, правильное начало – уже половина дела.
Данные исследования также основаны на результатах изучения физической либрации (колебаний) и внутреннего строения Луны, чем в Казани занимаются уже более ста лет.
– Сегодня в мире существует всего две развитые научные школы, работающие в этом направлении. Одна из них – НАСА, вторая – Казанский университет, – рассказывает Юрий Нефедьев. – Конечно, эти наработки будут использованы в предстоящих лунных миссиях, ведь без знаний о физической либрации Луны невозможно вообще хоть что-то смоделировать.
НЕ ЗИЛАНТ – АПОФИС
Огромный злой змей, летающий во мраке, пытается уничтожить Солнце. В 2005 году из египетской мифологии Апофис перенёсся на звёздное небо. Получивший такое название астероид вращается со скоростью более 30 тысяч километров в секунду, сближаясь с Землёй почти каждые 10 лет. Следующая «аудиенция» назначена на 2029-й. Пройдёт ли она безобидно? К счастью, скорее да, чем нет. Впрочем, астероиды – «гости» опасные, требующие пристального наблюдения. Чем, собственно, и занимаются учёные. Казанцы – в их числе.
Юрий Нефедьев показывает фото трёхсотметрового Апофиса в сравнении с башней Казанского кремля. Такой «змей» способен стереть республику с лица земли в считанные секунды. К слову, астероид ещё будет изменять свою траекторию, в том числе и под влиянием своего «ненавистного» Солнца, которое нагревает стороны Апофиса, тем самым придавая новый реактивный сдвиг его движению…

Фото трёхсотметрового Апофиса в сравнении с башней Казанского кремля.
– Мы изучаем движение и структуру астероидов и других малых небесных тел, их связи, наличие на них полезных ресурсов, – рассказывает Юрий Нефедьев. – В России осталось не так много научных групп, работающих в этом направлении. К счастью, в Казанском университете остались сильные специалисты. И самое главное – эта тема интересует научную молодёжь.
Составляя схему движения небесных тел и метеоритного вещества, казанские учёные научились интерполировать околоземную метеорную обстановку и до других планет. Например, до Марса. Практическая польза подобных работ очевидна, ведь при столкновении с аппаратом даже небольшие космические «обитатели» могут поставить под угрозу любую миссию.
Кстати, объектами исследований казанских учёных становятся тела не только космического происхождения, но и вполне рукотворного. Речь здесь идёт о космическом мусоре. Юрий Нефедьев грустно шутит, что скоро из-за него земляне не смогут вылететь за пределы своей планеты – какие уж тут бесконечные дали!
– К сожалению, эта проблема становится темой очень перспективных исследований, – говорит он. – Вокруг нас летают десятки тысяч обломков бывших космических кораблей. Существует опасность столкновения космических аппаратов с этими обломками…
СТОИМОСТЬ НЕБЕСНОГО ТЕЛА
А что, если рассматривать астероиды не как опасность, а как… выгоду? «Запросто!» – считают казанские учёные. И не только астероиды, они и к Луне предлагают приглядеться как ко вполне прикладной единице земной экономики, которая вот-вот столкнётся с проблемой истощения природных ресурсов.
– В 2015 году крупный финансовый конгломерат Goldman Sachs Group опубликовал прогноз, согласно которому некоторых ресурсов, таких как золото, алмазы, платина, на Земле осталось примерно на 20–40 лет, – рассказывает Алексей Андреев, младший научный сотрудник Института физики КФУ и Центра космических исследований и технологий Астрономической обсерватории Энгельгардта. Он уточняет, что проблема человечества здесь кроется, конечно, не в сфере ювелирного бизнеса, а в оборонно-промышленном комплексе и в области потребительской электроники, без которой, как мы понимаем, никакое цифровое будущее невозможно.
Сегодня в решении этого вопроса свои усилия объединяют многие учёные мира. Казанцы также в стороне не остались. В 2019 году Алексей Андреев был приглашён для участия в исследованиях лунных и астероидных ресурсов в команду профессора МГУ Владислава Шевченко, главного в России специалиста по этому вопросу. Молодой учёный занимался разработкой методов поиска полезных ресурсов на поверхности Луны и создания ресурсных карт с перспективными местами для прилунения в районах, богатых этими ресурсами.
– Именно ресурсами, а не ископаемыми, – уточняет Алексей, ведь в обозримом будущем ничего добывать из недр Луны возможным не представляется. Роботы, которые могли бы этим заниматься, пока не изобретены, а человек не сможет это сделать по причине высокого радиоактивного фона – находиться долго на спутнице Земли чревато для здоровья.
Тем не менее считается, что и на самой поверхности Селены ресурсов – пруд пруди. Попадают они туда в результате метеоритного «обстрела», который на Луне, при отсутствии атмосферы, – дело обычное. В 2009 году НАСА запустило искусственный спутник Луны Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), который стал одной из самых плодотворных лунных миссий за последние годы. Автоматическая межпланетная станция фотографировала поверхность Луны с очень хорошим разрешением. В итоге учёные смогли понять, с какой скоростью «обрастает» Луна новыми кратерами: всего за семь лет съёмок аппарат обнаружил более двухсот новых кратеров! Как оказалось, рельеф Луны можно монетизировать.
– Мы знаем, что если скорость падения астероида не превышает 12 км в секунду, то порядка 50 процентов его вещества может остаться неглубоко под поверхностью Луны. Разумеется, большое значение играет и угол, Фото из архива Юрия Нефедьева № 4 (351) АПРЕЛЬ 2021 51 р под которым падает астероид, – рассказывает Алексей Андреев.
В 1994 году американскими учёными был проведён спектральный анализ астероида 1986 da – его длина составляет примерно 2 километра. По излучению, которое удалось от него зафиксировать, был определён примерный состав и вес – предположительно 30 триллионов килограммов! Его стоимость в ценах 1994 года составила порядка 25 триллионов долларов. А в пересчёте на цены 2012 года – уже 82,7 триллиона долларов. В общем, довольно перспективная область экономики.
Замахнуться на такого гиганта – цель из разряда фантастики. Но почему бы не обратить свой взор на тела поменьше? В теории уже существуют варианты того, что можно сделать с астероидом, длина которого в поперечнике всего-то несколько метров, рассказывает Алексей. Например, установить на него двигатель, подкорректировать орбиту и направить прямиком уже на орбиту околоземную. Или окололунную, а уже там более удобным образом разработать. Такие проекты планируется осуществлять ближе к 2030–2040 годам. И без знаний казанских учёных о малых телах и строении Селены здесь, наверное, не обойтись.
КОЛЫБЕЛЬ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
– Как вы думаете, насколько мы далеки от возможности колонизировать Марс? – спросили журналисты Адама Штельцнера, ведущего инженера марсианской научной лаборатории НАСА.
– Я надеюсь, бесконечно далеки, – ответил он.
Марс – совсем не то место, где нам нужно жить, считает Адам. И вряд ли человечеству удастся создать там пригодные для себя условия. Сумасшедшие перепады температуры, разряженная атмосфера и высокий радиоактивный фон даже при всей относительной близости Красной планеты ставят под сомнение проект её колонизации. Тем не менее идеей создания новой колыбели человечества озабочены учёные мира. Казанцы предлагают присмотреться к спутникам.
– В нашем университете проходили исследования Титана, спутника Сатурна, – рассказывает Юрий Нефедьев. – Именно его, а не Марс многие считают главным претендентом на место второй колыбели человечества. Вот и мы задаёмся вопросом: зачем нам Марс, если на Титане есть жидкость и плотная атмосфера?
Температура на Титане сопоставима с марсианской, но при этом его условия в будущем будут более приближены к земным. Учёные не исключают наличия на спутнике жизни, в том числе и подземной, ведь климат в его глубинах гораздо «мягче», чем на поверхности.
Конечно, колонизация других планет и их спутников – дело очень далёкого будущего. Но как оно вообще осуществится, если не будет начато в настоящем?
– Сегодня мы говорим о предстоящей колонизации, потому что знаем: тот момент, когда жизнь на Земле станет невозможной, обязательно наступит, – говорит Юрий Анатольевич. – Солнце начнёт нагреваться, расширяться и рано или поздно поглотит нашу планету. Конечно, до этого ещё очень далеко, тем не менее начало процесса заметно уже сегодня. Но также это означает и другое: на холодных планетах станет теплее, льды растают. Поэтому сегодняшнюю задачу человечество видит в поиске неземной живой материи. И если мы её найдём, это будет потрясающее открытие для всего человечества.
Ответы на многие основополагающие вопросы, связанные с эволюцией нашей планеты, как считают казанские учёные, можно найти на… Венере. Космические корабли России первыми стали исследовать «сестру Земли». Уже сегодня установлено: миллиарды лет назад на Венере плескался океан и, возможно, существовала жизнь.

– Нам интересна Венера, ведь не исключено, что Земля повторяет её эволюционный путь.
– Сейчас условия там адские – температура более 400 градусов и давление в 100 атмосфер! Тем не менее нам интересна Венера, ведь не исключено, что Земля повторяет её эволюционный путь, – говорит Юрий Нефедьев. – Считается, что причиной изменений на Венере стал парниковый эффект. Тот самый, что мы наблюдаем на Земле последние годы. Сейчас наша группа исследует структуру Венеры. С помощью фрактальных методов параметрического анализа её поверхности мы пытаемся определить, были ли какие-то венерианские структуры образованы с помощью участия живых организмов. Если наша гипотеза подтвердится и мы найдём признаки того, что там была жизнь, это будет крупное научное открытие, которое даст человечеству ключ к пониманию эволюции нашей собственной родной планеты.
Ольга Туманская
Фото из архива Юрия Нефедьева