Случайное падение элементов посадочной системы миссии Perseverance превратилось в необычный научный эксперимент. Несколько массивных деталей, сброшенных во время прибытия марсохода к Марсу в 2021 году, столкнулись с поверхностью планеты и образовали пять кратеров. Поскольку масса и характеристики этих объектов были известны заранее, исследователи получили редкую возможность проверить модели формирования ударных кратеров в практически контролируемых условиях.

Анализ следов столкновения принёс неожиданный результат. Расчёты показали, что грунт в районе падения значительно рыхлее, чем предполагали некоторые прежние модели. Его связность оценили примерно в 7 кПа, что соответствует слабо сцепленному материалу, по своим механическим свойствам напоминающему рыхлый песок. Теперь учёные предлагают использовать подобные события в будущих миссиях как дополнительный способ изучения поверхности других небесных тел.

Пять искусственных кратеров на поверхности Марса

Во время приближения аппарата к Красной планете посадочная система Perseverance избавилась от нескольких массивных элементов. С высоты около 1300 километров были сброшены два вольфрамовых балластных груза. Масса каждого составляла примерно 77 килограммов.

Позднее на Марс также упали фрагменты маршевой ступени общей массой около 540 килограммов. Объекты двигались относительно планеты со скоростью порядка 4,7 км/с, а траектория их входа была очень пологой — угол составлял приблизительно 10 градусов.

Столкновения произошли примерно в 70 километрах к северо-западу от кратера Езеро, куда был доставлен Perseverance. В результате на поверхности образовались пять заметных ударных кратеров.

Почему этот случай оказался особенно ценным для науки

Ударные кратеры давно используются для изучения геологической истории планет и спутников. Их размеры, форма, глубина и характер выброса вещества позволяют судить не только об энергии столкновения, но и о свойствах материала, находящегося непосредственно под поверхностью.

Однако при исследовании естественных кратеров существует серьёзная проблема: параметры упавшего объекта обычно приходится оценивать косвенно. Учёные не знают с абсолютной точностью его первоначальную массу, размеры, скорость и особенности траектории.

В случае с деталями системы доставки Perseverance ситуация оказалась принципиально иной. Характеристики созданных человеком объектов были известны заранее. Фактически исследователи получили эксперимент с заранее заданными исходными параметрами, хотя изначально никто не планировал использовать падение оборудования именно таким образом.

Это позволило гораздо точнее сопоставить реальные размеры кратеров с результатами компьютерного моделирования и проверить, насколько хорошо существующие модели описывают марсианские условия.

Следы падения обнаружили с орбиты

Новые кратеры удалось найти на изображениях, полученных орбитальным аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter. Исследователи использовали данные двух его камер и сравнили снимки территории до и после посадки Perseverance.

На старых изображениях соответствующие повреждения поверхности отсутствовали. Это позволило достаточно уверенно связать появление кратеров именно с событиями, сопровождавшими прибытие марсохода в 2021 году.

Дополнительными подсказками стали размеры образований и особенности выброшенного при ударах материала. Затем эти сведения сравнили с результатами трёхмерного компьютерного моделирования столкновений.

По оценке исследователей, кратеры, обозначенные как CBMD-c и CBMD-e, с наибольшей вероятностью оставили два вольфрамовых балластных груза. Остальные три образования, предположительно, возникли после падения частей маршевой ступени.

При этом учёные подчёркивают, что абсолютно точно сопоставить каждый отдельный фрагмент с конкретным кратером пока невозможно.

Марсианская поверхность оказалась неожиданно рыхлой

Наиболее интересным результатом исследования стали данные о механических свойствах поверхности Марса.

Сопоставив фотографии кратеров с трёхмерным моделированием ударных процессов, специалисты оценили связность грунта приблизительно в 7 кПа. Такое значение характерно для довольно рыхлого материала, который по поведению можно сравнить с плохо сцепленным песком.

Полученный результат в целом согласуется с некоторыми более ранними наблюдениями, в том числе с данными миссии InSight. Однако новая работа дала возможность оценить свойства поверхности другим методом — по последствиям столкновения объектов с заранее известными характеристиками.

Расчёты указывают, что материал в исследованном районе может быть примерно вдвое менее плотным или прочным, чем предполагали использовавшиеся ранее модели. Для исследователей это стало неожиданностью и одновременно показало, насколько полезны реальные ударные эксперименты для уточнения представлений о поверхности Марса.

Впрочем, результат нельзя считать абсолютно универсальным для всей планеты. Столкновение произошло под очень небольшим углом, а такие условия способны заметно влиять на форму кратера, распределение выброшенного вещества и итоговые расчёты характеристик грунта.

От космического мусора к научному инструменту

История с Perseverance показывает, что даже элементы аппарата, которые после выполнения своей основной функции больше не нужны миссии, способны принести дополнительные научные данные.

В будущих экспедициях этот принцип можно учитывать ещё на стадии проектирования. Если падение балласта, ступени или другого элемента конструкции неизбежно, его массу, форму, траекторию и предполагаемую точку столкновения можно использовать для заранее подготовленного эксперимента.

Наблюдая последствия такого удара с орбиты или непосредственно с поверхности, исследователи смогут уточнять плотность, прочность и структуру верхних слоёв грунта. Особенно ценным такой подход может оказаться там, где полноценные геологические исследования ограничены возможностями посадочного аппарата.

Таким образом, случайные кратеры, появившиеся во время доставки Perseverance, оказались не просто следами работы космической техники. Они превратились в своеобразный эксперимент по изучению механики марсианской поверхности и показали, что даже завершающий этап работы отдельных элементов космического аппарата способен дать науке новую информацию.