14 июля 1965 года американский космический аппарат «Маринер-4» пролетел всего в 9 846 км от поверхности планеты и передал первые в истории снимки Марса. Изначально аппарат должен был лететь без камеры, но благодаря усилиям астронома Роберта Лейтона его оснастили примитивной телекамерой. В результате удалось получить 22 снимка — хоть и с низким разрешением, но чрезвычайно значимые.
Полученные изображения и измерения атмосферного давления показали: Марс — это холодный и безжизненный мир, больше напоминающий Луну, чем планету, пригодную для существования развитой цивилизации.
Трудности перевода
В конце XIX века итальянский астроном Джованни Скиапарелли заявил о наблюдении линейных структур на поверхности планеты, которые он назвал итальянским слово canali. Этот термин был неправильно переведен на английский как canals. Если в итальянском (как и в русском) «канал» — это объект и искусственного, и природного происхождения, то английское canal означает прорытый канал (синоним для естественного канала — channel). Эта ошибка перевода породила массу предположений о том, что объекты могли быть построены разумными существами на Марсе. Хотя эта идея к началу XX века утратила поддержку среди ученых, она получила широкое распространение в научной фантастике и популярной культуре. Представления о планете с климатом, схожим с земным, и возможностью существования разумной жизни оставались актуальными и в работах некоторых астрономов вплоть до 1960-х. Дело в том, что даже лучшие наземные наблюдения Марса показывали мало деталей поверхности, однако фиксировали области, изменяющие размер, форму и цвет в зависимости от марсианских сезонов. Эти данные некоторыми исследователями интерпретировались как свидетельство существования примитивных растительных форм жизни.
Скиапарелли, разумеется, не был единственным астрономом, изучавшим соседнюю планету. В течение примерно пятнадцати лет, с 1893 по 1908 год, американский ученые Персиваль Лоуэлл проводил тщательные наблюдения Марса, создавая детальные рисунки тех фигур и отметин на поверхности планеты, которые казались ему очевидными. Результаты своей работы он опубликовал в трех книгах: «Марс» (1895), «Марс и его каналы» (1906) и «Марс как обитель жизни» (1908). Благодаря этим изданиям Лоуэлл сыграл ключевую роль в популяризации долго существовавшей теории о том, что видимые на поверхности Марса отметины свидетельствуют о наличии на планете разумной жизни.
В своих работах он подробно описал так называемые «неестественные образования» на поверхности планеты, уделяя особое внимание «каналам» — как одиночным, так и двойным; «оазисам» — темным пятнам на их пересечениях. Также астроном отмечал изменчивость их видимости, частично зависящую от марсианских сезонов. Лоуэлл выдвинул гипотезу, что эти каналы были построены высокоразвитой цивилизацией для добычи воды из полярных ледяных шапок Марса — последнего источника воды на планете, на которой пустыни постепенно завоевывали поверхность.
В то время как эта идея вызвала общественный резонанс, астрономическое сообщество отнеслось к ней со скептицизмом. Другие ученые не могли разглядеть описанные формации, и лишь немногие верили, что они были настолько многочисленны, как это утверждал Лоуэлл. В результате Лоуэлл и его обсерватория оказались изгоями в научном сообществе. Консенсус заключался в том, что существуют некоторые реальные геологические образования, которые могли бы объяснить появление этих отметин. В 1909 году телескоп обсерватории «Маунт-Вильсон» в Южной Калифорнии позволил провести более детальное исследование структур, которые Лоуэлл интерпретировал как каналы, и выявил нерегулярные геологические образования, вероятно, возникшие в результате естественной эрозии.
Существование каналообразных структур было окончательно опровергнуто в 1960-х с помощью миссий NASA «Маринер». Космические аппараты «Маринер-4», «Маринер-6», «Маринер-7» и «Маринер-9» не зафиксировали изображений каналов, зато обнаружили кратеры. Сегодня формации, воспринимавшиеся астрономами как каналы, считаются оптической иллюзией.
Неудача близнеца
Зонд-близнец «Маринера-4» «Маринер-3» был запущен 5 ноября 1964 года. Ракета-носитель успешно вывела аппарат на полетную траекторию к Марсу. Через час после запуска были получены первые телеметрические данные, показавшие исправность научных приборов, однако не поступило сигналов о работе солнечных батарей. Не установив точную причину, специалисты отдали команду на отключение гироскопов скорости для экономии энергии во время диагностики. Анализ телеметрии указывал на возможный отказ отделения либо последней ступени ускорителя, либо головного обтекателя. При этом низкая скорость космического аппарата свидетельствовала именно о неполном отделении обтекателя. Была отдана команда на ручное сбрасывание защитного кожуха, но аппарат не отреагировал. Инженеры рассматривали вариант использования маршевого двигателя для сброса обтекателя, однако времени на эту операцию уже не осталось. Спустя восемь часов после запуска аккумуляторы аппарата разрядились, и миссия была официально прекращена. Даже в случае успешного отделения обтекателя, из-за низкой скорости «Маринер-3» промахнулся бы мимо Марса на несколько миллионов километров, так что миссия в любом случае была обречена на неудачу.
Инженеры Лаборатории реактивного движения (JPL) предположили, что причиной поломки стал отказ механизма отделения металлической внешней оболочки от стеклопластиковой внутренней из-за разницы давления между внутренней и внешней частями обтекателя. Это могло привести к тому, что пружинный механизм отделения застрял и не сработал должным образом.
Испытания в JPL подтвердили эти выводы, после чего инженеры начали разработку нового, полностью металлического обтекателя. Однако его значительно большая масса снизила грузоподъемность ракеты-носителя Atlas-Agena. Для компенсации этого недостатка компании Convair и Lockheed-Martin провели ряд усовершенствований двигателя, чтобы увеличить тягу ракеты. Несмотря на опасения, что работы не получится завершить до закрытия окна запуска в 1964 году, новый обтекатель был готов к ноябрю.
28 ноября «Маринер-4» был запущен с мыса Канаверал и после выхода на орбиту успешно сбросил защитный обтекатель, начав полет к Марсу. Космический аппарат пролетел мимо Красной планеты 14–15 июля 1965 года. Он максимально сблизился с поверхностью планеты на расстояние 9846 километров. В этот момент расстояние аппарата от Земли составляло 216 миллионов километров, а скорость — 7 км/с относительно Марса и 1,7 км/с относительно Земли.
Пролет у Марса
В ходе полета «Маринер-4» сделал 22 фотографии с использованием чередующихся красного и зеленого фильтров (с последнего снимка была получена лишь 21 полоса). Изображения охватывали отдельные участки поверхности Марса от примерно 40° северной широты и 170° восточной долготы до 35° южной широты и 200° восточной долготы, затем переходили к терминатору планеты на широте 50° южной и долготе 255° восточной, что в сумме составило около одного процента площади Марса.
Снимки, сделанные во время сближения, были записаны на бортовой магнитофон. Затем аппарат ушел за тень Марса, из-за чего радиосигнал прервался. Связь была восстановлена спустя два часа, после этого «Маринер-4» перешел в режим крейсерского полета. Передача записанных изображений на Землю началась примерно через 8,5 часа после восстановления сигнала и продолжалась до 3 августа. Все снимки транслировались дважды для исключения потери или повреждения данных.
Аппарат успешно выполнил все запланированные операции и продолжал передавать ценные данные с момента запуска до 1 октября 1965 года, когда из-за большого расстояния до Земли (на тот момент оно составило 309,2 миллиона километров) и точности ориентации антенны с аппаратом связь была временно утрачена. Сбор данных возобновили в конце 1967 года. Детектор космической пыли зафиксировал 17 столкновений за 15 минут 15 сентября. Предположительно, «Маринер-4» попал в дождь из микрометеороидов, который временно изменил ориентацию космического аппарата и, возможно, незначительно повредил его тепловой щит. Позже выдвигалась версия, что «Маринер-4» прошел через обломки кометы D/1895 Q1 (D/Swift) и даже совершил пролет у разрушенного ядра этого небесного тела на расстоянии 20 миллионов километров.
7 декабря запасы газа в системе управления ориентацией аппарата закончились. С 10 по 11 декабря было зафиксировано в общей сложности 83 столкновения с микрометеороидами, что вызвало нарушение ориентации космического аппарата и ухудшение принимаемого сигнала. 21 декабря 1967 года связь с «Маринером-4» была потеряна. В настоящее время космический аппарат находится на гелиоцентрической орбите.
22 исторические фотографии
Фотокамера «Маринера-4» преобразовывала аналоговый сигнал в цифровой формат и медленно передавала данные обратно на Землю со скоростью 8⅓ бит в секунду. Такая скорость передачи означала, что на передачу одного изображения уходило до 10 часов.
Тем временем представители СМИ собрались в Лаборатории реактивного движения в ожидании публикации первой фотографии. Ожидание затягивалось, и по мере нарастания напряжения некоторые члены команды «Маринер-4» приняли решение действовать самостоятельно.
Дело в том, что после получения данных требовалось еще несколько часов, чтобы компьютеры обработали их и получили настоящие изображения. В ожидании инженеры начали думать, как превратить набор единиц и нулей из реальных данных в картинку вручную. После нескольких попыток самым эффективным вариантом оказалось распечатать цифры и раскрасить их в зависимости от яркости каждого пикселя.
Один из сотрудников JPL Ричард Грамм отправился в местный художественный магазин и купил набор цветных мелков. Грамм распечатал единицы и нули ленте шириной около 7,5 сантиметра, и его команда раскрасила их по уровню яркости.
Хотя специалисты использовали коричнево-красную цветовую схему, мысль о том, что Марс красный, даже не приходила им в головы. Они просто искали цвета, которые наилучшим образом отражали градацию серого. Поразительно, насколько близка палитра получилась к реальным цветам Марса, ведь команда пробовала и зеленые, и фиолетовые мелки.
Пока Грамм и его команда раскрашивали изображение, сотрудники PR-отдела JPL начали нервничать — ведь журналисты могли увидеть эту «самодельную» картинку вместо красивого «официального» снимка. Инженерам велели прекратить, но Грамм настоял на том, что работа ведется для того, чтобы подтвердить, что прибор действительно функционирует как нужно. В итоге и разрешили продолжать — но за ширмой, под охраной вооруженных сотрудников. Вскоре СМИ все равно узнали об этой истории, пришли в полный восторг, и PR-отдел уже не смог их остановить. Так раскрашенное вручную изображение стало первым крупным планом Марса, который показали по телевидению.
На фотографии на самом деле запечатлен край, или лимб планеты. Темно-коричневая часть внизу — это космос, светлая область — поверхность планеты, а оранжевая полоса между ними — облака над поверхностью. И хотя кажется, будто картинка в высоком разрешении, ее большая ширина объясняется тем, что каждый раз, когда команда Грамма прикрепляла новую бумажную ленту шириной 7,5 сантиметра, изображение немного удлинялось.
Когда работа была закончена, то ширму, на которой раскрашивали изображение, буквально распилили, вставили снимок в раму и подарили Уильяму Пикерингу, тогдашнему директору JPL.
634 килобайта с Марса
Общий объем данных, переданных миссией, составил около 634 килобайт. Все приборы работали успешно, за исключением части ионизационной камеры — трубки Гейгера-Мюллера, которая вышла из строя в феврале 1965 года. Кроме того, работа плазменного зонда ухудшилась из-за отказа резистора 8 декабря 1964 года, но исследователи смогли откалибровать прибор и все же интерпретировать данные.
Полученные изображения показали поверхность, покрытую кратерами, напоминающую лунный ландшафт — чего ученые не ожидали. Позднее миссии показали, что такие кратеры не типичны для Марса, а характерны лишь для более древней области, запечатленной «Маринером-4».
Были оценены атмосферное давление на поверхности — от 4,1 до 7,0 миллибар (410–700 Паскалей) — и дневные температуры — около −100 °C. Не были обнаружены ни магнитное поле, ни радиационные пояса Марса, ни — что тоже стало неожиданностью — вода на поверхности.
Изображения кратеров и данные о тонкой атмосфере — гораздо более разреженной, чем ожидалось — свидетельствовали о том, что Марс представляет собой относительно «неактивную» планету, открытую суровым условиям космоса. Это в значительной степени развеяло надежды на существование разумной жизни на Марсе.
Если жизнь на Марсе все же была, то после миссии «Маринер-4» большинство исследователей заключили, что она, скорее всего, могла представлять собой лишь простые формы. Однако другие утверждали, что при поиске признаков жизни на Земле с разрешением в километр по нескольким тысячам снимков большинство изображений вовсе не демонстрировали очевидных признаков жизни. Таким образом, по результатам всего лишь 22 фотографий, сделанных «Маринером-4», нельзя было окончательно утверждать, что разумной жизни на Марсе не существует. Неугасающий научный оптимизм требовал дальнейших исследований. В 1976 году «Викинг-1» передал на Землю первые снимки с поверхности Марса. Но это уже совсем другая история.