Операция „Фобос“

На 20 октомври 2026 г. вечерта местно време от космическия център Танегашима на Японската агенция за аерокосмически изследвания (JAXA) потегли необичаен космически апарат. Неговата цел е системата на Марс. Когато апаратът с размерите на автомобил пристигне там, той ще обиколи планетата, след което ще кацне върху скалистото тяло с неравна повърхност, което кръжи над нея. И тогава ще започне истинската драма. Бихме могли да наречем сегашния период в космическите изследвания епоха на „обирите“: през последните години САЩ и Япония събраха материал от няколко астероида с мисии от типа „грабвай и бягай“. През 2027 г. Китай също ще донесе проби от астероид, след като неотдавна извърши първото вземане на проби от обратната страна на Луната.

Японската мисия MMX за изследване на марсианските спътници, на стойност 350 милиона долара, обаче е още по-дръзка: тя ще достигне Фобос, един от двата малки, набраздени от космическите стихии спътника на Марс, и ще кацне не веднъж, а два пъти върху това небесно тяло с размерите на град. С помощта на два новаторски инструмента MMX трябва да събере няколко супени лъжици материал и да го върне на Земята през 2031 г.

– казва Матия Чук, изследовател в института SETI.

Дори няколко грама материал могат да разрешат загадката за произхода на Фобос, а потенциално и въпросите около възникването на малкия му събрат Деймос. Учените са разделени по въпроса дали двата спътника са прихванати астероиди, или са се образували от материал, изхвърлен в космоса при древен удар върху Марс. Независимо от произхода им изследователите от MMX смятат, че те вероятно са натрупали и малки количества марсиански материал. „Така че това няма да бъде просто мисия за вземане на проби от Фобос, а мисия, посветена както на Фобос, така и на Марс“, казва Крис Закни, вицепрезидент на Honeybee Robotics, която е изработила един от инструментите за вземане на проби на MMX.

Може би 1 % от събрания от MMX материал ще произхожда от Марс, казва Кийоши Курамото, планетолог от университета в Хокайдо и ръководител на международния екип на мисията, съставен от няколко десетки специалисти. Марсианският материал ще предложи поглед към златната епоха на планетата преди милиарди години, когато тя е била по-топла и по-влажна. А ако екипът има изключителен късмет, пробите може дори да съдържат доказателства за живот. „Съществува възможност почвените проби да съдържат и химически следи от биологична активност“, казва Курамото.

Достигането до Фобос обаче няма да бъде лесно. Три руски опита в тази посока завършиха с провал, а единствената предишна японска мисия до Марс също беше неуспешна: апаратът се повреди и пропусна срещата си с планетата. Ако към това добавим почти пренебрежимата гравитация на Фобос, непредвидимия терен и опасностите при вземането на проби, става ясно, че MMX е най-амбициозната и най-рискована мисия на JAXA досега. „Отправяме се към нов свят, който надхвърля въображението ни“, казва Юичи Цуда, заместник генерален директор на Института за космически и астронавтични науки (ISAS), който ръководи и управлява мисията.

Късчета от миналото

Ватару Фуджия, космохимик от университета в Ибараки, с вълнение си спомня момента, когато за първи път е държал метеорит в ръцете си в Токийския университет: реликва на 4,6 милиарда години, стара колкото самата Земя. „Беше изключително впечатляващо и трогателно“, казва той. Метеоритите несъмнено са удивителни, но несъвършени вестители: огненото им падане през атмосферата и земните замърсявания оставят следи върху тях. Затова учените искат по-чисти проби, взети направо от източника на повечето метеорити: астероидите, които на практика са капсули на времето от зората на Слънчевата система.

JAXA вече е доказала, че може да се сдобива с такива космически реликви. През 2010 и 2020 г. сондите Hayabusa на агенцията първи върнаха астероидни проби на Земята, след като събраха малки количества материал от астероидите Итокава и Рюгу. Като ръководител на екипа за изследване на пробите от MMX Фуджия има още по-мащабни планове. Той се надява през 2031 г. да изучава зрънца от чужд спътник в стерилизирана лаборатория. Какви истории ще крият тези зрънца? Най-голямата надежда на Фуджия е да дадат отговор на въпроса за произхода на Фобос.

Нито Фобос, нито Деймос изглеждат особено привлекателни цели за неспециалиста. Небесните тела с неправилна форма имат диаметър съответно едва 22 и 12 километра, а дните им са преброени. Деймос постепенно се измъква от гравитационната хватка на Марс, докато Фобос все повече се приближава към него. След около 100 милиона години приливните сили ще разкъсат Фобос и на негово място ще остане само система от прашни пръстени. Но учените са впечатлени от самото съществуване на двата спътника. „Защо Марс има два толкова странни малки спътника?“, пита Том Статлър, изследовател от NASA, участващ в мисията MMX.

Според една от теориите тези небесни тела са се образували по подобие на земната Луна. Предполага се, че някога голям астероид е ударил Марс и е изхвърлил отломки в космоса. Част от тях са се събрали в орбита и така са възникнали Фобос и Деймос. За това би било достатъчно ударилото се тяло да е с диаметър няколкостотин километра, а подобни сблъсъци са били често явление в бурните ранни дни на Слънчевата система. Някои изследователи имат и още по-силен аргумент: същият гигантски удар, който е издълбал обширната северна низина на Марс, може да е създал и отломките, от които са се образували спътниците.

Не е ясно обаче защо са се получили два малки спътника вместо един по-голям, както е станало при Земята. Когато през 70-те години на XX век сондата Viking на NASA направи първите снимки отблизо на Фобос и Деймос, химичният състав на повърхността им изглеждаше по-близък до този на някои астероиди, отколкото до лунния.

Но и това би било доста необичайно, казва Оливие Барнуен, планетолог от Лабораторията по приложна физика на университета „Джонс Хопкинс“ (JHUAPL), който участва в мисията. За Марс, чиято маса е едва една десета от земната, не би било лесно да прихване бързо движещ се астероид. Според наличните данни това не се е удавало дори на Земята и Венера.

Орбитите на прихванатите астероиди вероятно биха имали наклон, съответстващ на траекторията, по която първоначално са преминали край Марс. Вместо това марсианските спътници обикалят по почти кръгови орбити около екватора на планетата, което прави произхода им от гигантски сблъсък много по-вероятен. „Бих заложил всичките си пари и къщата си, че това не са прихванати астероиди“, казва Чук. Курамото обаче отбелязва със смях, че се старае да остане неутрален: „Смятам, че шансът теорията за прихващането да е вярна е 50 на 50.“

Конкуриращи се теории

Някои изследователи доразвиват основните хипотези, за да създадат по-правдоподобни версии. Джейкъб Кегерайс, планетолог от Imperial College London, се опитва чрез симулации да докаже, че вместо да бъде прихванат цял, един астероид би могъл да бъде разкъсан от гравитацията на Марс и да се превърне в пръстен от отломки. След това парчетата му биха се подредили в същите правилни екваториални орбити, които предвижда и хипотезата за сблъсъка.

Чук и други учени допускат поредица от разпадания, която би могла да обясни малкия размер на Фобос. В този сценарий по-голям древен спътник, възникнал от прихванат астероид или от отломки след удар, се е приближил прекалено до Марс и се е разпаднал на пръстен от отломки. Част от тях са паднали върху Марс, а останалите са се събрали в по-малък спътник. Този цикъл може да се е повторил няколко пъти. „Материалът непрекъснато се е преработвал във все по-малки спътници“, казва Чук. Ако е така, повърхността на Фобос трябва да е млада и да носи малко следи от продължително излагане на космическото лъчение, което променя скалите.

– казва Абигейл Фрейман, планетолог от Лабораторията за реактивно движение на NASA и член на екипа на MMX. Единственият начин да разберем истината е да отидем там и да вземем проби от Фобос, добавя тя. Двете теории за произхода му дават много различни прогнози за това какво може да открие MMX.

„Ако се установи, че Фобос е съставен предимно от марсиански материал, това на практика би означавало, че е имало гигантски сблъсък“, казва Кегерайс. При такъв удар летливите вещества, например водата, биха се изпарили, а скалите биха се разтопили за миг. В този случай MMX ще открие изсъхнал къс стъкловидна лава, потенциално богат на базалтови минерали като оливин, пироксен и плагиоклаз.

Изхвърленият материал, от който се е образувал прото-Фобос, вероятно съдържа и минерали, кристализирали при екстремни температури и налягания. Това може да позволи на изследователите да възстановят хаотичните условия на сблъсъка. В материала може да са се примесили и фрагменти от първоначалното ударило се тяло. Откриването им би разкрило дали космическият „нападател“ е бил скалист астероид, или ледена комета. А радиоактивните елементи в минералите, образувани при удара, могат да послужат като часовник, с който да се определи кога е настъпил сблъсъкът.

Ако обаче Фобос някога е бил астероид, първоначалният му източник би бил много далече от Марс, казва Мидзухо Коике, космохимик от университета в Хирошима и член на екипа за анализ на пробите от MMX. Съдейки по външния му вид, много специалисти смятат, че Фобос прилича на въглероден хондрит – богат на въглерод тип метеорит, представител на някои от най-примитивните астероиди в Слънчевата система. Ако това е така, MMX може да открие глина, карбонати и органични вещества. В материала му може да бъдат установени и важни за живота съединения, включително захари, карбоксилни киселини и аминокиселини.

Огледало на Марс

Астероид, дошъл от външната част на Слънчевата система, вероятно би донесъл и летливи вещества, включително вода, съдържаща деутерий – рядък изотоп на водорода. Тъй като съотношението между деутерия и водорода е различно в отделните части на Слънчевата система, измерването му в пробите от Фобос може да разкрие произхода на спътника. То може да хвърли светлина и върху това как водата и пребиотичните вещества са достигнали до планетите от земен тип.

За разлика от съотношенията в земната вода, които геологичните и биологичните процеси са променяли през хилядолетията, Фобос може да е останал сравнително незасегнат в това отношение. Така той би могъл да предложи по-ясна картина за източниците на древната вода на планетите. Разположени в преходната зона между вътрешната и външната Слънчева система, спътниците на Марс могат да покажат какви материали са изминавали този път, казва Ясухиро Кавакацу, ръководител на проекта MMX в ISAS.

Днес малки астероиди редовно бомбардират планетата, изхвърляйки в космоса късчета като конфети. Понякога те падат и върху Фобос, тъй като спътникът обикаля само на 6.000 километра над повърхността на планетата – по-малко от една трета от височината на орбитите на GPS спътниците около Земята. С течение на времето ударите на по-малки астероиди вероятно са нанесли върху Фобос нов „слой боя“ от Марс. Този слой може да съдържа марсиански материали отпреди милиарди години, когато климатът на Марс е бил по-умерен и планетата е била по-богата на вода, казва Фуджия. Те биха могли да хвърлят светлина върху еволюцията на Марс, а може би и върху съществуването на живот в миналото му.

Това превръща MMX в своеобразен обходен път: сондата може да предложи евтин начин за връщане на марсиански проби, без действително да каца на Марс. От 2021 г. марсоходът Perseverance на NASA събира и съхранява внимателно подбрани скални проби, които впоследствие да бъдат върнати на Земята с друга мисия. Амбициозният план на NASA за връщането им, на стойност 11 милиарда долара, обаче се сблъска с технически и финансови затруднения. В началото на 2026 г. NASA на практика прекрати програмата, така че осъществяването ѝ в близко бъдеще изглежда все по-малко вероятно.

Макар за марсианските зрънца, открити на Фобос, да липсва контекстът, с който разполагаме за пробите на Perseverance, екипът на MMX може да успее да свърже част от най-младия материал с някои сравнително пресни ударни кратери на Марс, казва Курамото. Ударите може да са извадили и материали от по-дълбоки слоеве, съхранили миналото на планетата. Ако на Марс някога е имало живот, той може да се е оттеглил в подземни убежища, когато планетата е изсъхнала и се е превърнала в мразовита пустош, изложена на силна радиация. За Лили Джао, наскоро защитила докторат в университета „Джонс Хопкинс“, този сценарий повдига вълнуващ въпрос: възможно ли е ударите да са посипали Фобос не само с марсиански материал, но и със следи от марсиански живот?

За да провери дали микроби биха могли да преживеят такова пътуване, Джао подложила Deinococcus radiodurans – издръжлива бактерия, устойчива на изсушаване и интензивно лъчение – на ударна вълна като тази при сблъсък с астероид. Тя изстреляла снаряд срещу две стоманени плочи, притискайки тях и поставените между тях микроби с налягане, подобно на това при астероиден удар. Очаквала бактериите да бъдат унищожени.

Но някои все пак оцелели, дори при пиково налягане, 30 пъти по-високо от това на дъното на най-дълбоката океанска падина. В крайна сметка експерименталното оръдие се разпаднало, преди да успее да унищожи всички микроби. Ако древните удари действително са изхвърлили микроби, потърсили убежище дълбоко в марсианската кора, те може да са преживели неочакваното пътуване до Фобос и да са останали погребани там до днес. „Ако всички условия са подходящи, според мен това е напълно възможно“, казва изследователката.

Сложен график

MMX ще достигне Марс след едногодишно пътуване, след което ще отдели двигателния си модул. После изследователският модул ще заеме особена квазиспътникова орбита около Фобос и ще започне да го изучава от разстояние. Лазерен висотомер ще картографира повърхността му, а инфрачервен спектрометър ще определя минералния състав и ще търси органични съединения и вода.

Друг инструмент, MEGANE, разработен от изследователи от JHUAPL и Националната лаборатория „Лорънс Ливърмор“, ще търси първите улики за произхода на спътника. Името MEGANE е съкращение от Mars-moon Exploration with GAmma rays and NEutrons и означава „очила“ на японски. Инструментът използва повсеместното галактично космическо лъчение. Тези заредени частици, изхвърлени с огромна скорост от експлодиращи звезди, разбиват атомните ядра, когато се сблъскат с някоя повърхност, казва Дейвид Лорънс от JHUAPL, водещ изследовател на MEGANE. Разбитите ядра излъчват неутрони и гама-лъчи, които могат да бъдат засечени отдалече. Техните енергии и честотата, с която се регистрират, отразяват елементния състав на повърхността.

Изобилието от водород, натрий и хлор може да означава, че Фобос съдържа летливи вещества – характерна особеност на прихванат астероид. Ако обаче MEGANE установи ниско съотношение на желязото към силиция, каквото се наблюдава и в някои марсиански метеорити, това може да е признак за гигантски сблъсък.

А има и камери. Две камери с изключително висока резолюция, разработени съвместно с японския обществен радио- и телевизионен оператор NHK, ще заснемат Фобос в 4K и 8K, разкривайки всички негови видими особености с невероятна детайлност. „Искаме хората да видят марсианските спътници и Марс така, както никога досега не са ги виждали, и да почувстват, че са изминали това пътуване заедно с нас“, казва Кавакацу.

По-подробните снимки ще бъдат направени от по-малкия спътник на MMX – Idefix. Преди да кацне, MMX ще прелети близо до спътника, ще отвори люк и ще спусне 25-килограмовия роувър, разработен от френските и германските партньори на JAXA. „Това е голяма микровълнова печка на колела“, шегува се Жулиен Барух, ръководител на проекта Idefix във френската национална космическа агенция CNES. Разбира се, апаратът може много повече: оборудван е с камери, спектрометър за определяне на минералния състав и система за автономно придвижване. Задачата му е да разузнае терена преди MMX, да прецени дали повърхността е твърда или рохкава, равна или опасна, и да открие интересни от геоложка гледна точка места.

За целта роувърът първо трябва да кацне успешно. MMX ще освободи Idefix на по-малко от 100 метра над повърхността и ще го остави да падне. Слабата гравитация на Фобос, която е под 0,1 % от земната, означава, че падането ще бъде плавно. Но именно ниската гравитация ще затрудни приземяването на роувъра без накланяне или отскачане.

– казва Кавакацу.

Ако кацането не мине добре, образувалата се вдлъбнатина върху повърхността на спътника също може да даде информация за нейните свойства – своеобразна утешителна награда. Ако Idefix преживее маневрата и запази подвижността си, ще прекара около 100 дни в изследване на Фобос, помагайки на JAXA да реши къде да кацне MMX.

Загадките на повърхността

Изборът не се свежда само до избягването на опасни терени, които биха могли да повредят или преобърнат MMX. Повърхността на Фобос не е еднородна: през определени спектрални филтри се виждат петнисти шарки с червеникави и синкави области, чийто състав може да е различен. Тази двойственост може да е резултат от метеоритни удари, космическо изветряне или минерални различия, възникнали при формирането на Фобос.

След внимателна преценка JAXA ще насочи MMX към повърхността с плавно спускане и четири разгънати опорни крака. Ако този сложен маньовър бъде изпълнен успешно два пъти, MMX ще може да вземе проби от различни по тип области. Двете кацания могат да разкрият и друга разлика: тъй като Фобос винаги е обърнат с една и съща страна към Марс, количеството марсиански отломки, падащи върху него, може да е по-голямо в полукълбото, насочено към планетата.

Преди кацането сензор и роботизирана ръка ще изследват повърхността, за да проверят дали тя действително е подходяща за съприкосновението с апарата. Самото кацане също служи за събиране на проби. Повърхностният материал, раздробяван от космическото лъчение и ударите на микрометеорити, може да прилича на пясък, но слоят под него вероятно е по-твърд. За да бъде достигнат, е нужен импулс.

Според Хироки Като, инженер от JAXA, който ръководи екипа за вземане на проби от вътрешните слоеве, наричан екип C, това ще бъде особено труден етап. Вероятно лопатка няма да успее да разрохка желания слой, а свредлата могат да се счупят. Затова през дългите години на проектиране е разработен своеобразен пробовземач тип спринцовка, който, както се надяват специалистите, ще може да проникне в спътника и да извлече материал. При всяко кацане C-пробовземачът ще прави по един опит да събере около 10 грама материал. Той има три контейнера, така че мисията ще разполага и с един резервен опит.

Независимо дали сондата за вземане на ядкова проба успее, или се провали, JAXA има и друг начин за събиране на материал, макар той да позволява вземането само на рохкав пясък от повърхността: пневматичния пробовземач, разработен от Honeybee Robotics, или P-пробовземача. „По същество това е прахосмукачка“, казва Закни. Устройството насочва газови струи към повърхността, раздвижва рохкавия материал и го отвежда в събирателен контейнер. P-пробовземачът вече се е доказал в космоса: негова версия летя през 2025 г. на борда на лунния спускаем апарат Blue Ghost на Firefly Aerospace. Но и той крие рискове. Газовите струи могат да преобърнат космическия апарат, затова инструментът изпуска газ и нагоре, за да запази стабилността му.

Ако MMX преживее първото кацане и вземане на проби, JAXA вероятно ще поеме риска и втори път. MMX ще излети, след което ще се придвижи плавно обратно, за да кацне в друга част на Фобос. После, с късчетата от Фобос на борда, MMX ще се издигне, за да извърши последните си наблюдения в системата на Марс, включително няколко близки прелитания край Деймос. През 2030 г. от апарата ще бъдат отделени опорите за кацане и инструментите на изследователския модул. След това двигателите ще насочат модула за връщане към едногодишното пътуване към дома.

Ако всичко върви по план, пробите могат да кацнат в Австралия през 2031 г. Оттам ще бъдат пренесени в лаборатория, където капсулата ще бъде внимателно отворена в свръхчиста стая. Научният принос на мисията може да бъде огромен. Освен произхода на Фобос тя може да разкрие много и за Марс, включително дали някога е имало живот на него. Така че вълнуващите моменти няма да приключат с връщането на Земята.