§ 12. Исследование планет космическими аппаратами

После успешного опыта посылки советских автома­тических межпланетных станций к Луне в 1959 г., в начале 60-х гг. в пашей стране были предприняты первые запуски космических аппаратов к планетам Солнечной системы: в 1961 г. к Венере и в 1962 г. к Марсу. АМС «Венера-1» преодолела расстояние до Венеры за 97 суток, АМС «Марс-1» затратила на перелет Земля — Марс более 230 суток. В дальнейшем сроки перелета к Венере были увеличены до 117—120 суток,;

так как при этом скорость сближения с планетой была

68

ниже, что облегчало спуск в атмосфере и мягкую посад­ку на планету. Перелеты к Марсу, в зависимости от его положения на орбите, занимают от 6 до 10 месяцев.

Первая жесткая посадка на Венеру была осуществ­лена советской станцией «Венера-3» 1 марта 1966 г., плавный спуск в атмосфере с передачей большого комплекса научных данных впервые совершила АМС «Венера-4» 18 октября 1967 г., а мягкую посадку на поверхность Венеры произвела АМС «Венера-7» 15 де­кабря 1970 г. В октябре 1975 г. вышел на орбиту пер­вый искусственный спутник Венеры — «Венера-9».

Первая передача изображений поверхности другом планеты (Марса) была осуществлена американским космическим аппаратом «Маринер-4» в июле 1965 г.,^ первым искусственным спутником Марса стал «Мари-нер-9» (США) 14 ноября 1971 г., а спустя две недели искусственными спутниками планеты стали советские АМС «Марс-2» и «Марс-3». Первую мягкую посадку на поверхность Марса произвел спускаемый аппарат АМС «Марс-3» в начале декабря 1971 г.

Подлет к Меркурию с передачей изображений его поверхности с близкого расстояния был осуществлен американским космическим аппаратом «Маринер-10» в марте 1974 г., подлет к Юпитеру — «Пионером-10» (США) в декабре 1974 г. Фотографии Венеры с боль­шого расстояния передал тот же «Маринер-10» в феврале 1974 г., первые панорамные изображения поверхности Венеры с нее самой передали советские АМС «Венера-9» и «Венера-10» в октябре 1975 г., а панорамные изобра­жения поверхности Марса — американские спускае­мые аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2», начиная с 20 ию­ля 1976 г.

Применение космических аппаратов намного расши­рило возможность исследования планет. Основными методами научных исследований при этом являются следующие:

1. Прямое фотографирование планеты с более или менее близкого расстояния или небольших участков ее поверхности как с орбиты или пролетной траектории, так и с самой поверхности планеты. Примеры приме­нения этого метода уже приводились выше. Иногда съемка производилась с использованием светофильтров («Марс-3», «Маринер-10»). Полученные изображения

69

передаются на Землю методом, давно уже используемым в «земном» телевидении: изображение развертывается построчно в цепь сигналов, которые передаются антен­ной станции на Землю, а затем луч в электронно-луче­вой трубке телевизора превращает полученный сигнал снова в изображение. Это изображение, фотографируе­мое с экрана телевизора, проходит затем длительную обработку, направленную на устранение помех, иска­жении и дефектов, а также специальных марок с экра­на телевизора, служащих для ориентировки изображе­ния, но ненужных при рассматривании вида поверх­ности планеты.

2. Измерение давления и температуры атмосферы планеты при спуске производится с помощью маномет­ров (работающих по принципу барометра-анероида) и термометров сопротивления, плотность измеряется плотномерами различных типов (ионизационный, ка­мертонный и др.). Подробное описание устройства этих приборов имеется в книге А. Д. Кузьмина и М. Я. М а р о в а «Физика планеты Венера» (М.: «Нау­ка», 1974) и в других книгах и статьях, перечисленных в списке литературы в конце книги.

Кроме прямых измерений, параметры атмосферы планеты и их изменение по высоте могут быть вычис­лены по скорости снижения аппарата, поскольку аэро­динамические характеристики его известны. Опыт пока­зал, что этот метод дает хорошее согласие с предыду­щим.

3. Измерение химического состава атмосферы. Про­изводится с помощью газоанализаторов различных ти­пов. Обычно каждый газоанализатор предназначен для определения содержания какого-то определенного газа.

4. Изучение верхних слоев атмосферы по методу радиопросвечивания. Этот метод состоит в том, что косми­ческий аппарат, заходя (для земного наблюдателя) за диск планеты или выходя из-за него, посылает радио­волну определенной длины (используются волны от 8 см до 6 м). Проходя сквозь атмосферу планеты, радиовол­на испытывает преломление (рефракцию) и дефокуси­ровку, связанную с тем, что показатель преломления атмосферы убывает с высотой. Поэтому волна, прошед­шая сквозь более высокие слои атмосферы, преломля­ется меньше^ чем проходящая через более низкие слои

70

(Рис. 18). В результате весь пучок радиоволн расширяется и интенсивность сигнала ослабевает. В зависимо­сти от показателя преломления меняется и частота сиг­нала.

Если планета имеет ионосферу, то в ионосферных слоях происходит, наоборот, фокусировка радиолуча и

Рис. 18. Метод радиопросвечивания (схема).

усиление сигнала. Поскольку космический аппарат движется, посланный им радиолуч, пересекая последо­вательно верхние и нижние слои атмосферы планеты (или в обратном порядке — при выходе из-за планеты), испытывает то усиления, то ослабления, что позволяет построить модель верхних слоев атмосферы, включая ионосферу (в нижних слоях луч ослабевает настолько, что принимать сигнал уже нельзя).

5. Спектральные наблюдения свечения газов атмос­феры в ультрафиолетовых лучах позволяют регистри­ровать самые интенсивные,— так называемые резонанс­ные спектральные линии. К ним относится знаменитая линия водорода La (Лайман-альфа) на длине волны 1216 А, кислородный триплет с длиной волны 1302— 1305 А и ряд других. Исследование свечения этих линий дает сведения о составе и плотности атмосферы до самых больших высот. Напомним, что ультрафиолето­вый участок спектра совершенно недоступен для на­блюдений с Земли.

6. Измерения содержания заряженных частиц в ат­мосфере и в околопланетном пространстве с помощью

71

ионных ловушек; измерения скорости и потока заря­женных частиц в магнитосфере планеты.

7. Измерения напряженности магнитного поля пла­неты и изучение структуры ее магнитосферы с помощью чувствительных магнитометров.

8. Различные методы изучения физических свойств и состава грунта планеты; определение содержания ра­диоактивных элементов с помощью гамма-спектромет­ров, определение диэлектрической проницаемости грун­та с помощью бортового радиолокатора, химический анализ забираемых проб грунта приборами спускае­мых аппаратов, измерение плотности грунта плотно­мером и т. д.

9. Изучение рельефа Марса по интенсивности полос поглощения главного компонента его атмосферы —

углекислого газа.

10. Изучение гравитационного поля планеты по движению ее искусственных спутников или пролетаю­щих мимо нее космических аппаратов.

11. Исследование собственного теплового и радиоиз­лучения планеты с близких расстояний в широком диапазоне длин волн — от микронных до дециметровых.

Этот перечень далеко не полон. Некоторые методы будут описаны или упомянуты ниже, при изложении результатов исследований планет. Однако уже из этого перечня можно видеть, насколько разнообразны методы космических исследований планет, какие богатые воз­можности они представляют ученым. Неудивительно, что за какие-нибудь 15 лет эти исследования дали нам колоссальный объем информации о природе планет.