Кроме того, физики проведут мониторинг радиационной обстановки на орбите вокруг Марса, изучат состояние гелиосферы и вклад разных типов частиц (электронов, протонов и других) в радиационную дозу на трассе перелёта «Земля — Марс» и на марсианской орбите.
На борту TGO размещены четыре научных прибора, два из которых создали российские исследователи из Института космических исследований РАН.
Первый — комплекс для изучения химии атмосферы ACS (Atmospheric Chemistry Suite), включающий три спектрометра и электронный блок управления и связи. Его чувствительность позволяет обнаруживать составляющие атмосферы в количестве нескольких частиц на триллион.
Второй — нейтронный детектор FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector — нейтронный детектор высокого разрешения). Он продолжит картирование распространённости водяного льда в грунте планеты, которые ведутся в ИКИ РАН с начала 2000-х годов. Высокое пространственное разрешение, до 40 км, позволит «увидеть» тонкие детали отложений вечной мерзлоты под поверхностью Марса. Такие карты необходимы, в частности, для выбора места посадки будущих марсианских миссий.
Демонстрационный посадочный модуль «Скиапарелли» предназначен для отработки технологии мягкой посадки, которая будет использована на втором этапе миссии — «ЭкзоМарс-2018», когда на планету будет доставлен полноценный марсоход. Тем не менее модуль несёт небольшое количество датчиков для сбора данных о марсианской атмосфере во время спуска и для изучения окружающей среды на поверхности Марса.
Ожидается, что после посадки приборы проработают от двух до восьми суток. Будут измерены влажность, давление, температура воздуха вблизи поверхности, прозрачность атмосферы, а также проведены первые измерения электрических полей на поверхности Марса. Последние в сочетании с измерениями концентрации атмосферной пыли позволят разобраться в роли электрических сил в пылевом подъёме — «спусковом крючке» знаменитых марсианских пыльных бурь.
Полёт к Марсу продлится около 7 месяцев. 16 октября 2016 года на расстоянии 900 000 км от планеты модули разделятся. 19 октября «Скиапарелли» осуществит посадку на поверхность Марса. Оставшийся на орбите TGO через двенадцать часов перейдёт на эллиптическую четырёхдневную орбиту вокруг Марса с минимальным удалением около 300 км и максимальным 96 000 км. А с середины декабря 2016 года начнёт манёвры по снижению с помощью атмосферы Марса, которые продлятся от 6 до 9 месяцев. В результате он перейдёт на круговую орбиту с высотой 400 км над поверхностью Марса. Запланированная длительность миссии — марсианский год, или около 687 земных суток.
На втором этапе миссии, который стартует в 2018 году, поиск жизни будет вестись на поверхности Марса в ходе комплексных исследований атмосферы и почвы, причём с учётом геологии и рельефа. На Марс доставят российскую посадочную платформу с марсоходом ЕКА, после схода которого платформа начнёт работать как научная станция. На её борту разместят 13 приборов, 11 из которых изготовят в России в кооперации с зарубежными организациями. Этот комплекс научной аппаратуры будет изучать состав и свойства атмосферы и поверхности Марса, метеоусловия, проводить электрические, магнитные и сейсмические измерения, поиск воды.
В состав комплекса научной аппаратуры «Пастер» марсохода также войдут два российских прибора: инфракрасный спектрометр ISEM (Infrared Spectrometer for Mars), служащий для минералогического анализа поверхности, и нейтронный спектрометр ADRON-MR для поиска воды. Поскольку органическое вещество на поверхности разрушается, марсоход снабжён буровой установкой, способной проникнуть на глубину до 2 м, где, возможно, органика сохранилась.
Марсианские исследования могут оказаться очень важными и для понимания эволюции жизни на нашей планете. При изучении древних биомаркеров на Земле существуют две основные сложности. Первая заключается в том, что некоторые неорганические процессы производят минеральные структуры, очень похожие на окаменелые простые биологические формы, что затрудняет установление их происхождения. Вторая — в том, что многие биомаркеры разлагаются при воздействии температуры выше 200оC, это и произошло для большинства древних земных пород. Тектоническая активность Марса значительно слабее, и есть надежда найти породы с образцами древних биомаркеров.
Многие молекулы могут иметь две формы, являющиеся зеркальным отражением одна другой. Невозможность совместить эти формы в пространстве называется хиральностью, а каждая из таких молекул — энантиомером (см. «Наука и жизнь» № 6, 2000 г., статья «Свет далеких звезд и жизнь на земле» и № 1, 2002 г., статья «Нобелевские премии 2001 года. Левая, правая где сторона»). Иллюстрацией несовместимости в пространстве служат левая и правая рука человека. На Земле все живые организмы используют один энантиомер, что называется гомохиральностью. Это свойство — самый надёжный признак биологического происхождения, поскольку синтетические органические вещества содержат оба энантиомера. Представляет большой интерес возможность протестировать марсианскую жизнь на гомохиральность.
Детальное описание иллюстраций
- «Сцепка» орбитального исследовательского комплекса Trace Gas Orbiter и спускаемого посадочного модуля «Скиапарелли». Показано расположение всех четырёх приборов TGO (Trace Gas Orbiter, орбитальный газовый индикатор). NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) — европейский прибор для исследования атмосферы. CaSSIS (Colour Stereo Surface Imaging System) — система получения цветного стереоизображения. Иллюстрация: ESA/ATG medialab.
- Схема посадки модуля «Скиапарелли». Он войдёт в плотные слои атмосферы на высоте около 121 км со скоростью почти 21 000 км/ч. В течение трёх-четырёх минут он будет тормозить с помощью переднего щита, который начнёт медленно плавиться и испаряться, защищая от нагрева остальную часть корабля. После того как скорость на высоте 11 км уменьшится до 1700 км/ч, развернётся парашют. А через 40 секунд будет сброшен передний щит. Парашют затормозит модуль до 250 км/ч, после чего будет сброшен. На высоте около 2 м скорость снизят до нескольких метров в секунду посадочные двигатели на жидком топливе. Удар о поверхность смягчится специальной разрушаемой конструкцией. Весь спуск и посадка займут менее 6 минут. Рисунок: ESA/ATG medialab.
- Спектральные диапазоны, в которых работают все три спектрометра (NIR, MIR и TIRVIM), входящие в состав комплекса для изучения химии атмосферы ACS, и основные детектируемые ими вещества в каждом диапазоне. По горизонтали отложена длина волны излучения в микрометрах (10-6 м). Красные полоски показывают рабочий диапазон каждого из трёх спектрометров и режимы наблюдений: SO — во время солнечного затмения, N — надирный (вертикально вниз). T-профиль — профиль температуры, определяемый по углекислому газу на длине волны 15 мкм. Рисунок: Роскосмос/ЕSА/АЦС/ИКИ.
