Обычно новости о Марсе связаны с поисками воды, роверами и планами когда-нибудь отправить на Красную планету людей (кстати, Маск, ну пора бы уже!). На этом фоне спутники Марса выглядят довольно скромно: ни атмосферы, ни красивых пейзажей, просто небольшие темные глыбы с кратерами. Но дело в том, что ученые пока не понимают, каким образом Марс получил эти «камушки». 

Японское агентство JAXA решило разобраться с вопросом при помощи MMX — Martian Moons eXploration. Аппарат стартовал с Земли 20 октября 2026 года по японскому времени и отправился за грунтом Фобоса. Если все пройдет по плану, капсула с добычей, то есть с образцами пород, вернется домой в 2031-м. Это будет первая доставка вещества с марсианского спутника. Давайте посмотрим, зачем понадобился такой рейс и что ученые собираются делать с тем, что получат.

Откуда у Марса два спутника

Одно из объяснений довольно простое: когда-то рядом пролетали астероиды, которые оказались на орбитах вокруг планеты. В пользу этой версии говорят темная окраска и сходство отраженного света с некоторыми углеродистыми малыми телами. Но одного притяжения для захвата недостаточно: если не снизить его скорость, он улетит. Как у Марса получилось это сделать? В ранней Солнечной системе затормозить его мог, например, газ вокруг молодого Марса. Правда, тогда непонятно, почему оба спутника движутся почти по кругу и примерно в плоскости экватора планеты: от захваченных астероидов скорее ожидали бы вытянутых и наклоненных орбит. 

По другой версии, когда-то в Марс врезалось крупное небесное тело. Удар выбросил в космос обломки обоих участников столкновения, из которых образовался диск вокруг планеты, из него со временем могли собраться Фобос и Деймос. Это уже хорошо объясняет, почему их орбиты почти круговые и лежат вблизи экватора. Но есть и сложность: большая часть вещества должна была остаться ближе к Марсу, а Деймос находится довольно далеко от него. Поэтому ученым еще нужно разобраться, как туда попало достаточное количество обломков для образования спутника. 

Есть и еще вариант: астероид не падал на поверхность, а разрушился при тесном сближении с планетой. В 2024 году ученые проверили эту версию с помощью компьютерного моделирования. В их расчетах астероид пролетал настолько близко к Марсу, что разница в притяжении его ближней и дальней сторон разрывала тело на части. Некоторые обломки оставались на орбите, сталкивались друг с другом и дробились дальше. Постепенно из них мог образоваться диск, причем вещества в нем при определенных условиях хватало для двух небольших спутников. 

Конечно, раз спутников два, то и изучать нужно оба. Сначала Фобос, и до Деймоса MMX тоже доберется, но садиться на него не будет: аппарат изучит его во время пролетов. Снимки и измерения помогут сравнить состав поверхности двух спутников.

Зачем все это изучать? 

Фобос небольшой, если сравнивать его с другими спутниками планет Солнечной системы, — всего 27 × 22 × 18 километров. Внешне он напоминает помятую картофелину: из-за небольшого размера у него не получилось принять шарообразную форму. Значительную часть видимой стороны занимает кратер. Его назвали Стикни, диаметр — около девяти километров. Вокруг него заметны борозды и следы других столкновений поменьше.

По снимкам можно изучить кратеры и борозды, примерно прикинуть состав и плотность спутника. Но понять, откуда взялся Фобос, гораздо сложнее. Больше информации дает отраженный от него свет: по его спектру ученые определяют, какие минералы могут находиться на поверхности. Но и тут есть небольшой затык: за миллиарды лет солнечное излучение и удары микрометеоритов изменили свойства верхнего слоя. Кроме того, с местным грунтом перемешались обломки, прилетевшие с других небесных тел. Предположений у специалистов много, ну а для проверки гипотез о происхождении спутника нужно получить образцы и обязательно доставить их на Землю.

Конечно, кое-что MMX сможет выяснить прямо на месте, для этого на борту есть научные приборы. Но все нужное оборудование с собой не взять: оно должно пережить запуск и долгий перелет, а потом работать при ограниченном запасе энергии. На Земле с этим проще: можно использовать большое количество приборов и изучать одну и ту же частицу несколькими способами. Если возникнут вопросы, образец останется под рукой и его можно будет проверить еще раз. Ну и часть грунта сохранят на будущее: со временем появятся новые инструменты, а лететь за следующей порцией уже не придется. 

А как будут изучать? 

К Марсу MMX должен прибыть в 2027 году, после чего он начнет сближаться с Фобосом. Для наблюдений аппарат выведут на квазиспутниковую орбиту: он будет обращаться вокруг планеты так, чтобы оставаться рядом с ее небольшой луной. Со стороны это будет выглядеть как полет вокруг спутника, хотя движение зонда определяется прежде всего притяжением Марса. Такая траектория позволит подолгу изучать поверхность с близкого расстояния. Прежде чем спускаться, нужно составить подробную карту и найти площадки, где можно безопасно сесть и взять грунт. 

За съемку рельефа отвечают камеры, а лазерный высотомер поможет измерить расстояние до поверхности и уточнить высоту отдельных участков. Французский спектрометр MIRS будет анализировать отраженный инфракрасный свет, чтобы определить, какие минералы есть внизу. Американский MEGANE дополнит эти наблюдения: по гамма-излучению и нейтронам он сможет оценить содержание ряда химических элементов в грунте. Вместе эти данные помогут выбрать место для отбора проб. Важно найти площадку, где можно безопасно сесть и получить материал, который поможет разобраться в происхождении Фобоса. 

Первым на поверхность отправится небольшой франко-германский ровер Idefix. Его отделят от MMX на высоте нескольких десятков метров и позволят ему свободно упасть — при местной слабой гравитации это вполне рабочий способ посадки. После касания он может несколько раз отскочить, а когда остановится, должен самостоятельно перевернуться в нужное положение и раскрыть солнечные панели. Затем мини-ровер проверит, как грунт ведет себя под колесами, насколько быстро нагревается и остывает, какие минералы в нем встречаются. Эти сведения помогут подготовить спуск основного аппарата и работу пробоотборников. Начать разведку планируют на рубеже 2028–2029 годов, а продлится она около ста дней. 

Как собрать грунт и не улететь кубарем в космос

Улететь с Фобоса сравнительно легко, а вот удержаться на нем во время работы сложнее. Гравитация здесь примерно в 1 700 раз слабее земной, поэтому даже самый тяжелый аппарат может летать. Без двигателей, просто неудачно повернувшись или стукнувшись о поверхность, можно стать спутником спутника. Кроме того, если пробоотборник встретит сопротивление, он может приподнять или наклонить сам зонд, вместо того чтобы углубиться в грунт. Поэтому при посадке и сборе образцов нужно точно контролировать движения всех механизмов.

Для сбора грунта у MMX есть C-SMP — пробоотборник с полой трубкой на конце манипулятора. Он поможет захватить материал с глубины не менее двух сантиметров. Смысл в том, чтобы добраться до частиц, которые меньше подвергались воздействию солнечного ветра и излучения. 

Второй пробоотборник, P-SMP, работает иначе: он направляет на поверхность струю сжатого азота. Поток подхватывает мелкие частицы и переносит их в контейнер. Здесь не нужно ничего вдавливать в грунт, поэтому такой способ пригодится, если площадка окажется слишком твердой для трубки C-SMP. Правда, собрать удастся только материал из самого верхнего слоя. Зато у команды будет два разных способа получить образцы, что повышает шансы вернуться с добычей. 

План предусматривает две посадки на разных участках с пребыванием внизу примерно по два-три часа. Минимальная цель миссии — доставить на Землю десять граммов. Для лабораторной работы важно не только набрать нужную массу, но и понимать, откуда взята каждая порция. Поэтому фотографии и измерения вокруг точек касания будут частью будущего исследования наряду с самим содержимым капсулы. Сопоставление двух площадок поможет проверить, насколько местные особенности влияют на выводы о составе всего спутника.

Ну хорошо, а что дальше? 

На Земле грунт сначала рассмотрят под микроскопом и выберут частицы для подробного анализа. Ученых интересуют минералы, их строение и химический состав. Особое внимание уделят соотношениям изотопов кислорода, хрома и титана. У атомов одного элемента может быть разное число нейтронов: например, у кислорода встречаются более легкие и более тяжелые разновидности. Их пропорции в марсианских породах и разных группах метеоритов различаются, поэтому служат своего рода подсказкой, откуда взялся материал. Сравнив сразу несколько таких показателей, исследователи смогут выяснить, ближе ли грунт Фобоса к веществу астероидов или к породам соседней планеты. 

Затем ученые попробуют восстановить историю отдельных частиц. Сильный нагрев меняет строение минералов, а расплавленная порода после остывания может превратиться в стекло — такие следы помогут проверить версию крупного столкновения. Чтобы выяснить, когда это произошло, используют радиоизотопные методы: одни элементы со временем распадаются и превращаются в другие с известной скоростью. По их соотношению можно рассчитать, сколько времени прошло с образования минерала или его последнего сильного нагрева. Правда, это еще не обязательно возраст Фобоса: зерно могло возникнуть раньше, а затем попасть в состав спутника. Поэтому полученную дату придется сопоставить со строением образца и понять, какое событие она отражает. 

Если Фобос окажется бывшим астероидом, ученые попробуют выяснить, где он сформировался до встречи с Марсом. Подсказки будут искать в органических соединениях и минералах, которые могли измениться при взаимодействии с водой. Результаты сравнят с образцами других малых тел, в том числе Рюгу, грунт которого японцы уже привезли на Землю. Это поможет проверить версию о том, что будущий спутник появился в более холодной области Солнечной системы, а затем переместился ближе к Солнцу. Это уже полезно и для понимания прошлого нашей планеты: астероиды могли доставить на молодую Землю часть воды и веществ, из которых формировалась атмосфера. 

В грунте Фобоса ученые рассчитывают найти и частицы самого Марса. При ударах астероидов о планету часть выбитых пород может улетать в космос и оседать на соседнем спутнике. Со временем эти обломки перемешиваются с местной пылью. Поскольку они могли попадать сюда из разных районов и в разные эпохи, среди образцов могут оказаться породы с совершенно разной историей. Если удастся определить их происхождение и возраст, получится больше узнать о том, как менялась марсианская поверхность.

По одному из расчетов, в десяти граммах грунта могут найтись несколько десятков марсианских зерен. Число приблизительное: оно зависит от предполагаемого размера частиц, их перемешивания и того, как менялась орбита Фобоса. Но интерес представляет не только количество. Чтобы добраться до близкого спутника, обломкам не нужен такой сильный разгон, как для полета к Земле, поэтому среди них могут сохраниться менее поврежденные и более хрупкие породы. Это даст возможность изучить материал, который редко попадает к нам в виде метеоритов. Правда, сначала его придется найти среди местных частиц и проверить, пригоден ли он для подробного анализа.

Особенно внимательно будут проверять возможные находки органических соединений. Сами по себе они не говорят о существовании жизни, а еще могут оказаться загрязнением, принесенным с Земли. Поэтому чистоту оборудования контролируют еще при сборке, а образцы использованных материалов сохраняют, чтобы позднее было с чем сравнить подозрительные примеси. После посадки в Австралии капсулу отправят в японский центр ISAS, где начнут извлекать и описывать ее содержимое. Только после этого станет понятно, что именно удалось привезти и какие исследования можно провести. Так что возвращение MMX завершит космическую часть работы, а разбираться с добычей ученые будут еще много лет.