Текст уведомления здесь

На Марсе забуриться

Зачем запустили аппарат InSight

5 мая 2018 года с калифорнийского космодрома Ванденберг стартовала ракета Atlas V с аппаратом InSight на борту. InSight должен добраться до Марса к концу ноября, чтобы пробурить первую скважину в Красной планете и дать ученым возможность наконец прислушаться к гулу ее недр.
Добавить в закладки
Комментарии

До этого ученым приходилось довольствоваться только поверхностными раскопками. Фреза марсохода Curiosity, самой тяжелой и оснащенной мобильной лаборатории на поверхности Марса, может погружаться в материал всего на пять сантиметров, в то время как InSight способен делать отверстия до пяти метров глубиной. Правда, поднимать потом из сделанной им скважины образцы он не может, но и скважина нужна исследователям совсем для других целей.

InSight в сборочном цеху, в процессе установки теплозащитного экрана. Фото: NASA / JPL-Caltech / Lockheed Martin
InSight в сборочном цеху, в процессе установки теплозащитного экрана. Фото: NASA / JPL-Caltech / Lockheed Martin

Внутрь скважины планируется опустить чувствительные термодатчики, которые измерят поток тепла из глубин планеты, — это нужно для проверки целого ряда гипотез о внутреннем строении Марса. Кроме того, скважина позволит измерить электропроводность грунта и выявить зависимость этой проводимости от частоты переменного тока — последнее поможет уточнить состав лежащих вблизи поверхности горных пород.

Успешное выполнение миссии InSight откроет новую главу в исследованиях Марса — за счет появления данных, полученных совершенно новыми методами в истории исследований Красной планеты. Но кроме термодатчиков и электродов аппарат также будет использовать ряд уже привычных инструментов. Не обошлось, разумеется, и без двух цветных камер того же типа, что и у последних марсоходов. Фотоаппараты имеют очень скромное по земным меркам разрешение матрицы — всего в один мегапиксель, но их электроника рассчитана на работу в жестких марсианских условиях, и предыдущие образцы прекрасно зарекомендовали себя на практике: камера марсохода Opportunity, например, функционирует уже 14 лет, невзирая на перепады температуры и радиацию.

«Селфи» марсохода Curiosity собрано из 20 кадров по 1 мегапикселю каждый. Практически идентичная камера будет стоять и на InSight, так что в случае успешной посадки нас ждут новые виды марсианского ландшафта. Фото: NASA / JPL-Caltech
«Селфи» марсохода Curiosity собрано из 20 кадров по 1 мегапикселю каждый. Практически идентичная камера будет стоять и на InSight, так что в случае успешной посадки нас ждут новые виды марсианского ландшафта. Фото: NASA / JPL-Caltech

Неподвижность аппарата будет компенсироваться наличием на борту сейсмографа для регистрации колебаний планеты — с помощью этого прибора геофизики рассчитывают также уточнить свои представления о внутреннем строении Марса. Информация о разделении планеты на кору, мантию и ядро получается путем анализа распространения сейсмических волн, которые отражаются от границы между разнородными слоями, поэтому на прибор возлагают едва ли не больше надежд, чем на бур с датчиками.

Инженеры NASA проверяют работу манипулятора, выгружающего сейсмометр. От этой операции зависит то, сможет ли один из самых сложных инструментов миссии оправдать возложенные на него надежды. Фото: NASA / JPL-Caltech

Инженеры NASA проверяют работу манипулятора, выгружающего сейсмометр. От этой операции зависит то, сможет ли один из самых сложных инструментов миссии оправдать возложенные на него надежды. Фото: NASA / JPL-Caltech

Именно неполадки с почти готовым SEIS — сейсмическим экспериментом по определению внутреннего строения, Seismic Experiment for Interior Structure, — заставили NASA перенести запуск всего аппарата на два года. По предварительным расчетам, чувствительность этого инструмента позволит даже проследить за гравитационным воздействием на Марс со стороны Фобоса, крошечного по сравнению с Луной спутника. Сейсмометр предполагается разместить на некотором расстоянии от корпуса InSight при помощи специального манипулятора — для минимизации помех от самого аппарата.

Фобос имеет весьма неправильную форму — его длина составляет около 27 километров. Кроме того, он довольно рыхлый: плотность Фобоса сопоставима скорее с плотностью суглинка, нежели сплошной горной породы вроде гранита. Фото: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona

Фобос имеет весьма неправильную форму — его длина составляет около 27 километров. Кроме того, он довольно рыхлый: плотность Фобоса сопоставима скорее с плотностью суглинка, нежели сплошной горной породы вроде гранита. Фото: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona

Оснований ожидать благополучной посадки в ноябре добавляет тот факт, что аналогичная комбинация посадочных парашютов и ракетных двигателей ранее применялась для доставки на Красную планету зонда Phoenix. Последний тоже раскладывался на месте и никуда не двигался, но имел заметно более скромный набор научной аппаратуры — никакого бурения Марса тогда, в 2008 году, не предполагалось.

Кроме сложных приборов, создание которых заняло годы слаженного труда сразу нескольких научных институтов, на борту InSight есть инструмент, который будет работать даже после полного отказа всего остального оборудования. Уголковый отражатель, призванный возвращать нацеленные на него лазерные импульсы назад отправителю, позволит дистанционно измерять расстояние до поверхности Марса с очень высокой точностью и, таким образом, даст возможность следить за поведением планеты на протяжении многих десятилетий. Схожие отражатели, доставленные на Луну экипажами «Аполлонов», советскими «Луноходами» и автоматическими станциями «Луна», до сих пор используются астрономами: с их помощью расстояние до спутника можно определять с точностью до нескольких миллиметров.

Копать не обязательно

Геофизикам известно множество способов заглянуть внутрь планеты без того, чтобы копать шахты или бурить скважины. Более того, все наши знания о том, что происходит на глубинах свыше 12 километров (Кольская сверхглубокая скважина достигла отметки 12 262 метра), получены косвенными путями.

Сейсмографы, например, фиксируют колебания поверхности, и при сопоставлении данных от сейсмографов в разных точках можно делать выводы о том, как внутри планеты распространяются вызванные землетрясением волны. Эта информация позволила в 1909 году открыть границу между корой и мантией Земли, а вскоре и определить границу между мантией и ядром — последнее, также на основе анализа сейсмограмм, выяснилось еще в конце XIX века. Отражение сейсмических волн от чего-то менее крупного — например, от границы между нефтеносным и обычным пластом — используется при поиске полезных ископаемых, и в последнем случае геофизики создают волны при помощи небольших взрывов или даже механизмов, стучащих по поверхности земли. Когда отработавшие свое модули «Аполлона-12» и «Аполлона-13» разбились о Луну, возникшие при этом колебания тоже были использованы с пользой для науки: их зарегистрировал оставленный заранее сейсмометр.

Другой метод, тоже представленный на InSight, основан на очень точном измерении расстояний от заданной точки на поверхности планеты до какого-либо космического аппарата. При помощи лазерной локации (для нее, еще раз напомним, как раз и нужны уголковые отражатели) или обмена радиосигналами можно проследить за такими процессами, как, к примеру, сближение Луны с Землей, или отклонениями оси вращения планеты после крупного землетрясения. Зная, насколько изменилось движение небесного тела в целом, физики могут рассчитать распределение масс внутри.

Наконец, к услугам геофизиков — наблюдение за движением искусственных спутников. Они немного ускоряются, попав в область с повышенной гравитацией, и этот эффект позволяет картировать гравитационное поле планет или спутников. Такие карты, в свою очередь, позволяют делать выводы уже не о строении небесного тела в целом, а буквально находить потенциальные месторождения чего-либо, следы от древних кратеров и другие интересные объекты. Выход в космос позволил ученым не просто добавить Марс с Луной в список изучаемых объектов, но и обогатил арсенал исследовательских методов.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Vita ex machina № 9

Нанопоезда едут по биорельсам, шампиньоны осваивают логику, а искусственная сетчатка управляет мышами

В лабораториях бьются искусственные сердца, молекулярные компьютеры играют в крестики-нолики, а крошечные медицинские роботы учатся взаимодействовать между собой внутри наших тел. Люди всегда мечтали подражать природе, и теперь это получается у них все лучше. «Чердак» отбирает самые интересные бионические новости, чтобы вы не потерялись в этом новом, странном мире.
Добавить в закладки
Комментарии

В бионике есть одна бесконечно благодатная тема, к которой все возвращаются на новых и новых уровнях, — это создание биоподобных вычислительных элементов вроде искусственных нейронов, мемристоров или синапсов. О последних речь в новой работе южнокорейских и американских ученых, где искусственный синапс сделали на основе электропроводящего полимера и пары металлических электродов.

Синапс — это контакт между нейроном, передающим электрический сигнал, и другой клеткой — например, вторым нейроном, принимающим сигнал, или клеткой мышечной ткани, приводимой в действие этим сигналом. В природе синапсы чаще всего работают за счет дополнительных веществ-агентов, нейромедиаторов: нервный импульс в первом нейроне вызывает выделение нейромедиаторов в синаптическое пространство, по которому они доходят до второй клетки, чтобы запустить сигнал уже там.

Изображение: CI Photos / Фотодом / Shutterstock

Изображение: CI Photos / Фотодом / Shutterstock

По похожему принципу работает и этот искусственный синапс, который выглядит как трехслойный сэндвич: сверху — кремниевая пластина (пресинаптический нейрон), снизу — алюминиевая (постсинаптический нейрон), а между ними прослойка из полимера, способного пропускать электрический ток и еще диссоциировать (то есть разделяться) на массивный заряженный остов и легкие подвижные ионы, которые и играют роль нейромедиаторов — электрический ток в верхней пластине шевелит ионы в полимерной прослойке, которые бегут к нижней пластине и запускают новую волну тока уже там. [ ... ]

Читать полностью

Есть кто внутри?

Нейрофизиологи научились поддерживать жизнь в мозге, извлеченном из тела. Это можно считать «камерой предельной сенсорной депривации»?

Последние годы в Йельском университете проводились эксперименты, в ходе которых ученые научились успешно восстанавливать жизнь мозга свиньи, обезглавленной за четыре часа до того, и после поддерживать его жизнь в течение 36 часов. Через лабораторию прошло не менее сотни свиней — или, если угодно, свиных голов, — которые раз за разом ученым предоставляла скотобойня.
Добавить в закладки
Комментарии

Получив мозг, исследователи подсоединяли его к разработанной ими системе жизнеобеспечения BrainEx, обеспечивая мозгу циркуляцию подогретой до температуры тела искусственной крови. Будучи по сути просто весьма эффективным прибором искусственного кровообращения, которые используются в медицине не первый год, BrainEx, однако, заставляет задуматься о том, как правильно ставить вопрос об объекте манипуляций. Кого или что подключают к системе жизнеобеспечения — «минимальную» свинью или ее орган, головной мозг? И можно ли между ними поставить знак тождества?

Все, что широкая публика знает сегодня об исследованиях Ненада Сестана и его группы, известно благодаря публикации американского научного журналиста Антонио Регаладо из журнала MIT Technology Review. Сестан упомянул о том, чем занимается его научная группа, на встрече, которую организовали Национальные институты здравоохранения США (NIH) в конце марта, — та была посвящена этическим вопросам, с которыми сталкиваются сейчас нейрофизиологи.

Примерно через месяц после этой встречи в журнале Nature был опубликован текст, подписанный крупнейшими фигурами в области экспериментов с тканями головного мозга и специалистами по био- и медицинской этике. В нем обозначаются этические вызовы, зашитые в такие лабораторные практики, как выращивание органоидов человеческого мозга из стволовых клеток, извлечение фрагментов мозга живых людей и последующие эксперименты над ними, а также «подсаживание» выращенных тканей человеческого мозга к мозгу лабораторных животных, но о казусе «мозга-в-бочке», примером которому служит BrainEx Сестана (который также вошел в число авторов уже упомянутого материала в Nature), не упоминается.

Оживший орган [ ... ]

Читать полностью

Ваш сын, дядя Шарик

Коммерческий сервис генетического тестирования принял собаку за человека. Как так вышло?

Журналисты NBC Chicago решили проверить честность компаний, предлагающих «генетическое тестирование на дому». Для этого они отправили на анализ образцы ДНК одного из журналистов, куда подмешали несколько проб ДНК лабрадора. А после поделились результатами: одна из компаний попалась на их удочку и напророчила собаке успехи в баскетболе, боксе и велогонках. Пока широкая общественность возмущается, «Чердак» рассказывает, что это за безобразие, куда они смотрят и за кого нас держат.
Добавить в закладки
Комментарии

Технологии ДНК-скрининга вышли из лабораторий и атакуют неподготовленного потребителя. То, что изначально было полезным аналитическим инструментом со множеством применений (от установления родства до подбора индивидуальных лекарств и профилактики возможных заболеваний), все чаще используется в околонаучных лотереях. Человек плюет в пробирку, опускает ее в черный ящик (почтовый), а через две недели достает из него письмо, где сообщается — в зависимости от специализации конторы, к которой он обратился, — что у него нашелся троюродный дядя, вот-вот разовьется рак груди или обнаружены выдающиеся способности к вокалу. Таким образом генетическое тестирование из инструмента медицинской диагностики превращается в развлечение, не сильно отличающееся от чтения гороскопа. Отсюда и популярный сегодня термин — «развлекательная генетика».

Принципиальное отличие ДНК-тестов от других анализов состоит в том, что компания берет на себя не только получение результатов, но и их интерпретацию. И если, сдавая анализ крови, мы получаем на выходе ее состав в сравнении с нормальными показателями, то в случае генетического скрининга нередко все решения приняты за нас. Получается, что эффективность генетического тестирования, как и достоверность гороскопа, зависит от мастерства толкователя. С той лишь разницей, что в случае с ДНК есть шанс разобраться в процессе и оценить научную достоверность результатов.

Что мы ищем в ДНК?

Геном человека — это сотни миллионов пар нуклеотидов и тысячи генов. В этих информационных джунглях людей интересуют, как правило, только отдельные небольшие участки. [ ... ]

Читать полностью