Серия «Космические исследования»

2 декабря 1971 года советский аппарат «Марс‑3» прошёл сквозь глобальную пылевую бурю и совершил первую мягкую посадку на Марс. Затем он заговорил — и уже более полувека мы спорим, что именно он успел передать и почему замолчал, не сказав главного.

Краткое содержание (TL;DR): У СССР была полноценная и амбициозная программа исследования Марса, но череда аварий, закрытость исходных данных и слабая публичная подача частичных успехов почти вытеснили её из общественной памяти. Ни одна экспедиция не выполнила всю программу, однако советские аппараты достигли Марса, вышли на его орбиту и совершили первую мягкую посадку. Более того, современная обработка сигнала «Марса‑3» допускает, что он может содержать первое изображение марсианского грунта, которое в 1971 году приняли за помехи. Статья рассказывает об этой драматичной истории и предлагает представить, что произошло бы, если бы «Марс‑3» успел передать полную панораму.

От автора: К истории космонавтики у меня особое отношение. Я провёл детство в Советском Союзе, читал в журнале «Наука и жизнь» публикации об экспедиции «Вега» и американских «Викингах», размышлял об интерпретации их биологических экспериментов, с замиранием сердца следил за полётами «Фобоса‑1» и «Фобоса‑2» и собирал посвящённые им газетные вырезки. Я до сих пор помню, как плакал, когда в новостях сообщили, что экспедиция завершилась неудачей на последнем этапе, а потом не мог объяснить друзьям, почему воспринимал произошедшее как настоящую трагедию. Они меня не понимали.

Экспедиция СССР к Марсу 1971 года состоялась немного раньше моего времени, но её история всегда поражала меня талантом и упорством создавших её учёных и инженеров. В детстве я долго размышлял о том, что могло скрываться в таинственном сигнале «Марса‑3». Удивительно спустя примерно 35 лет найти возможные ответы на вопросы, которыми я задавался ещё ребёнком. Собственно, именно об этом эта статья.

Советские исследования Марса
В сети значительно чаще рассказывают о советских исследованиях Венеры. Именно с этой планетой связаны наиболее бесспорные достижения СССР: первые непосредственные измерения в атмосфере другого мира, первая мягкая посадка на другой планете, первые панорамы её поверхности и первый полёт аэростатного зонда во внеземной атмосфере. Учитывая экстремальные условия Венеры — чудовищное давление, температуру около 460 °C и химически агрессивную среду, — эта история действительно выглядит как героическое покорение неукротимой планеты.

На таком фоне советская марсианская программа СССР часто представляется второстепенной чередой неудачных запусков и зондов, оставившей после себя лишь несколько технических рекордов. Вскоре их затмили значительно более полные исследования НАСА: первые снимки Марса с близкого расстояния, глобальное картографирование планеты аппаратом Mariner 9 и, наконец, блестящая программа Викинг 1 и Викинг 2. Два орбитальных аппарата и две посадочные станции годами исследовали Марс, передали десятки тысяч изображений и провели первые прямые эксперименты по поиску жизни на поверхности другой планеты и возможно, в зависимости от интепретации экспериментальных результатов, нашли её.

Однако такое противопоставление во многом возникло задним числом — под влиянием конечных результатов обеих программ. В начале 1960‑х годов в ОКБ‑1 исследования Марса и Венеры рассматривались как два равноправных направления единой советской межпланетной программы.

Короткая предыстория

Первые советские аппараты отправились к Марсу ещё в октябре 1960 года — до полёта человека в космос. Две станции 1М создавались в спешке на основе опыта «Луны‑3», но из-за упущенного стартового окна с них пришлось снять камеры. Обе погибли при запуске вследствие аварий ракеты «Молния»: одна — из-за колебаний в топливной системе, другая — после утечки жидкого кислорода и отказа третьей ступени. Конструкция самих межпланетных аппаратов причиной аварий не была.

В 1962 году «Марс‑1» впервые удалось вывести на межпланетную траекторию. Однако утечка азота лишила станцию возможности поддерживать трёхосную ориентацию. Аппарат стабилизировали вращением, сохранив питание солнечных батарей, но направленную антенну и двигатель коррекции использовать уже было нельзя. До потери связи «Марс‑1» провёл 61 сеанс и установил рекорд дальности радиосвязи — 106,76 миллиона километров. В июне 1963 года неработающая станция прошла примерно в 193 тысячах километров от Марса.

Запущенный в 1964 году «Зонд‑2» потерял половину мощности из-за нераскрывшейся солнечной батареи. Панель позднее удалось освободить, но аппарат пропустил коррекцию, а весной 1965 года связь прекратилась. По расчётам, станция всё же прошла поблизости от Марса, однако часто упоминаемое расстояние 1500 километров достоверно не подтверждено.

Эти миссии показали главную проблему ранней программы: аппаратам удавалось покинуть Землю, но их служебные системы не выдерживали многомесячного перелёта. При жёстко заданных циклограммах и почти полном отсутствии возможности перепрограммирования отказ единственного клапана, привода или элемента радиокомплекса мог погубить всю экспедицию. К стартовому окну 1971 года СССР подошёл уже с принципиально другими аппаратами — тяжёлыми специализированными комплексами М‑71, способными одновременно исследовать Марс с орбиты и его поверхности.

Большая экспедиция 1971 года

«Марс‑2»: первый аппарат, достигший поверхности Марса, но не переживший посадку

«Марс‑2» был одним из трёх аппаратов проекта М‑71, подготовленных к благоприятному стартовому окну 1971 года. В отличие от прежних универсальных марсианско-венерианских платформ, это были станции, специально спроектированные для комплексного исследования Марса.

Первый аппарат серии из-за ошибки в программе разгонного блока остался на околоземной орбите и получил официальное обозначение «Космос‑419». Два других — будущие «Марс‑2» и «Марс‑3» — представляли собой практически одинаковые тяжёлые межпланетные станции.

Это были уже не сравнительно небольшие пролётные зонды начала 1960-х годов, а полноценные экспедиционные комплексы массой около 4,6 тонны. Каждый состоял из орбитальной станции и отделяемого спускаемого аппарата. Такая схема позволяла одновременно исследовать Марс глобально, с орбиты, и непосредственно на его поверхности.

Перелёт к Марсу

«Марс‑2» стартовал с Байконура 19 мая 1971 года на ракете «Протон‑К» с разгонным блоком Д. Сначала комплекс вышел на промежуточную околоземную орбиту, после чего блок Д направил его к Марсу. Перелёт продолжался немногим более шести месяцев.

На пути к планете станция исследовала межпланетную среду, солнечный ветер и потоки заряженных частиц, а также выполняла коррекции траектории. Для своего времени аппарат обладал весьма совершенной автономной системой управления. Солнечные и звёздные датчики, оптические визиры Земли и Марса и система ориентации по звезде Канопус позволяли определять положение станции в пространстве, поддерживать направление солнечных батарей и антенны и готовить аппарат к манёврам без непрерывного управления с Земли.

Аварийный спуск

27 ноября 1971 года, ещё до включения тормозного двигателя орбитальной станции, спускаемый аппарат отделился от «Марса‑2». Его собственный твердотопливный двигатель должен был перевести модуль с пролётной траектории на траекторию входа в атмосферу.

Однако автоматическая система управления рассчитала манёвр неправильно. Согласно описанию ИКИ РАН, из-за программной ошибки аппарат вошёл в атмосферу под значительно более крутым углом, чем было допустимо. Аэродинамический экран не успел погасить скорость до условий, при которых могла штатно сработать парашютно-ракетная система. Парашют не раскрылся, и спускаемый аппарат врезался в поверхность Марса.

Точное место падения неизвестно. Более того, в источниках приводятся существенно различающиеся расчётные координаты: от 4° северной широты и 47° западной долготы в ранних описаниях до района около 45° южной широты и 47° восточной долготы, который в 2014 году фотографировала камера HiRISE орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter. На полученных снимках убедительного поля обломков обнаружить не удалось. NASA/HiRISE

Поэтому выражение «первая посадка “Марса‑2”» вводит в заблуждение. Это была первая советская попытка мягкой посадки на Марс, завершившаяся аварией. Корректнее говорить, что спускаемый аппарат «Марса‑2» стал первым созданным человеком объектом, достигшим поверхности планеты. Его исторический приоритет связан не с выполнением посадочной программы, а с самим фактом столкновения с Марсом.

Первый советский спутник Марса

После отделения спускаемого аппарата основная станция включила тормозной двигатель и успешно вышла на вытянутую орбиту с высотами примерно от 1380 до 25 000 километров, наклонением около 49 градусов и периодом обращения около 18 часов. «Марс‑2» стал вторым аппаратом в истории, выведенным на орбиту другой планеты, и первым советским искусственным спутником Марса — через тринадцать дней после американского «Маринера‑9».

Выход на орбиту был серьёзным самостоятельным достижением. Вблизи перицентра станция проводила короткие сеансы наблюдений, а на удалённых участках орбиты передавала накопленные данные на Землю. К официальному завершению совместной программы «Марса‑2» и «Марса‑3» 22 августа 1972 года аппарат совершил 362 оборота вокруг планеты.

Однако экспедиция прибыла в исключительно неблагоприятный момент. Осенью 1971 года на Марсе началась глобальная пылевая буря. Когда к планете приблизились «Маринер‑9», «Марс‑2» и «Марс‑3», почти вся поверхность была скрыта плотной пылевой завесой. На первых изображениях различались главным образом полярная область и вершины крупнейших вулканов. Даже значительно более совершенная телевизионная система «Маринера‑9» смогла приступить к полноценному картографированию только после ослабления бури. NASA: миссия Mariner 9

Для советских станций эта проблема оказалась особенно серьёзной. Их фототелевизионная система снимала Марс на плёнку, которая автоматически проявлялась на борту, а затем сканировалась для передачи изображения на Землю. Выдержки и другие параметры съёмки задавались заранее и не обладали достаточной гибкостью, чтобы приспособиться к неожиданно изменившимся условиям.

Судьба фотографий «Марса‑2» остаётся одной из самых неясных частей миссии. В позднейших описаниях упоминаются несколько серий съёмки, кадры которых оказались пересвеченными и почти непригодными. Однако в открытых источниках нет ни самих изображений, ни их каталога, ни опубликованных материалов, однозначно относящихся к «Марсу‑2». Возможно, на Земле приняли лишь зашумлённые или почти однородные фрагменты сканов, по которым удалось установить ошибку экспозиции, но нельзя было восстановить полноценные фотографии.

Пылевая буря и заранее заданные выдержки действительно ухудшили результаты. Наземные операторы могли назначать сеансы фотографирования, но возможности оперативно менять параметры плёночной фототелевизионной системы были ограничены. Вероятно, ситуацию усугубила нестабильная радиолиния, однако сохранившиеся публикации не позволяют установить, на каком этапе — от приборов и бортового регистратора до передатчика и наземного приёма — терялась основная часть информации.

Контраст с «Маринером‑9» оказался разительным. Его электронные видиконные камеры не требовали плёнки и химического проявления, а программу съёмки можно было корректировать после запуска. Дождавшись ослабления бури, аппарат передал 7329 изображений и картографировал около 85% Марса, впервые подробно показав его вулканы, каньоны и древние русла. NASA

Советские исследователи публиковали графики и научные выводы по «Марсу‑2» и «Марсу‑3» преимущественно совместно, без точной привязки к станции, дате сеанса и номеру витка. Первичная телеметрия в открытый доступ не поступила, а её современная сохранность неизвестна. Поэтому определить реальный вклад «Марса‑2» в опубликованные результаты сегодня практически невозможно. Версия о сознательном объединении данных, позволявшем скрыть проигрыш «Маринеру‑9», выглядит правдоподобно, но документально не подтверждена.

В итоге «Марс‑2» можно считать ограниченным техническим успехом: станция достигла планеты, отделила спускаемый аппарат, выполнила торможение и совершила 362 оборота вокруг Марса. Однако её фотографическая программа закончилась практически полной неудачей, а самостоятельная научная отдача орбитального аппарата остаётся неизвестной.

«Марс‑3»: первая мягкая посадка на Марс

«Марс‑3» был последним из трёх аппаратов серии М‑71, подготовленных к стартовому окну 1971 года. По конструкции «Марс‑3» практически повторял «Марс‑2». Это была тяжёлая межпланетная станция массой около 4,6 тонны, состоявшая из орбитального комплекса и отделяемого спускаемого аппарата.

Перелёт к Марсу

«Марс‑3» стартовал с Байконура 28 мая 1971 года — через девять дней после «Марса‑2». Ракета «Протон‑К» вывела станцию вместе с разгонным блоком Д на промежуточную околоземную орбиту, после чего комплекс отправился к Марсу.

Межпланетный перелёт продолжался немногим более шести месяцев. За это время станция провела две коррекции траектории — 8 июня и 14 ноября. Научные приборы измеряли параметры солнечного ветра, межпланетного магнитного поля, потоки космических лучей и заряженных частиц. В целом аппарат сохранял работоспособность и подошёл к Марсу в значительно лучшем состоянии, чем ранние советские станции 1960-х годов.

Однако к моменту прибытия экспедиции планета оказалась почти полностью скрыта глобальной пылевой бурей — одной из сильнейших, наблюдавшихся в телескопическую эпоху. Та же буря встретила «Маринер‑9» и «Марс‑2»: над пылевой завесой первоначально были видны лишь вершины крупнейших вулканов и южная полярная шапка. Буря резко ухудшила условия фотографирования и могла повлиять на спуск, поскольку реальная плотность атмосферы и скорость ветра отличались от расчётной модели.

Отложить посадку до улучшения погоды было невозможно. Спускаемый аппарат не выводился сначала на орбиту Марса, а отделялся от станции ещё на подлётной гиперболической траектории и затем практически баллистически входил в атмосферу. Он располагал лишь небольшим запасом топлива для коррекции направления перед входом и выполнения заключительного торможения, но не мог изменить дату прибытия или ожидать окончания бури. После его отделения уже орбитальный комплекс совершал собственный манёвр уклонения и включал тормозной двигатель для выхода на эллиптическую орбиту. Таким образом, вся последовательность была необратимой: увидев охватившую планету бурю, операторы могли изменить отдельные команды и режимы работы аппаратуры, но не перенести посадку.

Отделение спускаемого аппарата "Марс-3"

Спускаемый аппарат отделился от орбитального комплекса 2 декабря 1971 года, приблизительно за четыре с половиной часа до входа в атмосферу. После отделения он развернулся в положение для входа в атмосферу и был стабилизирован вращением.

Орбитальный комплекс тем временем изменил траекторию, чтобы не войти в атмосферу вслед за посадочным модулем, и приготовился выполнить тормозной манёвр. Он должен был одновременно выйти на орбиту и принять сигнал со спускаемого аппарата для последующей ретрансляции на Землю.

Спуск сквозь пылевую бурю

В отличие от спускаемого аппарата Марс-2 которые из за неправильной скорости и угла входа в атмосферу тормозные операции не выполнял. Спускаемый аппарат Марс-3 вошёл в атмосферу Марса расчётно со скоростью около 5,7 километра в секунду. Основную часть скорости погасил конический теплозащитный экран. После этого последовательно раскрылись вытяжной и основной парашюты, а экран был сброшен.

На заключительном участке радиолокационный высотомер определял расстояние до поверхности. На высоте нескольких десятков метров парашют отделился, включились тормозные двигатели, а непосредственно перед соприкосновением с грунтом посадочная станция была сброшена из аэродинамического кожуха. Остаточную скорость должны были погасить амортизаторы внутри аппарата.

Посадка произошла около 13:50 UTC в расчётном районе приблизительно 45° южной широты и 158° западной долготы, или 202° восточной долготы. Это область вблизи кратера Птолемей. Несмотря на сложные условия, и многие неизвестные факторы атмосферы Марса станция пережила спуск. После соприкосновения с поверхностью раскрылись четыре лепестка корпуса, выровнявшие аппарат, и были приведены в рабочее положение антенны. «Марс‑3» стал первым созданным человеком аппаратом, совершившим подтверждённую мягкую посадку на Марс.

Минута связи с поверхностью

После посадки автоматическая марсианская станция в течение полутора минут раскрывала лепестки корпуса и антенны, приводила аппаратуру в рабочее положение, а затем одновременно включила передатчик и две панорамные камеры Я‑198. Орбитальный аппарат записал принятые сигналы на магнитный носитель и позднее передал их на Землю с уменьшенной в четыре раза скоростью. Прямой трансляции с поверхности на Землю не было.

Часто указываемые 14,5 или 20 секунд относятся не ко всей продолжительности работы станции, а только к участку, на котором различима правильно сформированная структура видеосигнала. Анализ более протяжённого отпечатка показывает, что аппарат передавал не менее 62 секунд и, возможно, продолжал работать ещё некоторое время, выдавая сигнал с почти нулевой амплитудой.

В начале передачи обе камеры находились в нештатном режиме: сигнал имел только один или два уровня яркости вместо предусмотренных 64, а характерный импульс обратного хода сканирующего зеркала отсутствовал. Примерно через двадцать секунд произошло неустановленное электрическое событие, после которого камеры начали формировать нормальный видеосигнал. Этот участок продолжался около 19 секунд. Одна камера передала 77 строк, вторая — 78, что соответствует скорости четыре строки в секунду. Затем качество передачи снова ухудшилось и сигнал практически исчез. Метеорологическая и другая научная телеметрия, включая высадку марсхода ПрОП-М (прибор оценки проходимости — Марс) начинались выполнятся после завершения передачи панорамы примерно на 6 минуте работы станции и получены не были.

Структура принятого сигнала позволила подтвердить работу обеих камер и косвенно оценить освещённость в месте посадки. Первоначально её определили примерно в 50 люкс — столь низкое значение объясняли глобальной пылевой бурей, значительно ослаблявшей солнечный свет.

Призрачный сигнал

Обычно сигнал «Марса‑3» воспроизводят как узкую полосу из точек, пятен и светлых линий. Долгое время она считалась лишённым содержания обрывком передачи соддержащий только шум. Но что, если «Марс‑3» успел передать именно то, что должен был, — изображение поверхности Марса? Что, если в руках советских исследователей ещё в 1971 году, почти за четыре года до панорам «Венеры‑9», оказалась первая фотография поверхности другой планеты, но её просто не смогли распознать?

Опубликованное в 2024 году исследование Ю. М. Гектина и А. В. Костачука предлагает более сложную интерпретацию: сохранившийся сигнал мог содержать два коротких изображения марсианского грунта, одновременно полученных разными камерами посадочного аппарата с близкого расстояния. Исследование сигналов «Марса‑3»

Станция не просто передала неопределённый радиошум. Наличие импульсов обратного хода однозначно показывает, что работали обе панорамные камеры. Аппарат пережил посадку, развернул необходимые элементы конструкции, включил передатчики и начал съёмку. Но передача оборвалась задолго до завершения первого рабочего цикла:

Новое исследование также пересматривает старую оценку освещённости. Ранее она составляла около 50 люкс, однако этот расчёт не учитывал чрезвычайно тёмный жёлто-зелёный фильтр одной из камер. С учётом его пропускания освещённость могла достигать примерно 480 люкс. Это значение было выведено из работы автоматики камеры, а не получено отдельным научным прибором.

Изображение, которое не узнали

Сохранившийся материал нельзя рассматривать как готовую фотографию. Первичные магнитные записи, насколько известно, утрачены. Исследователи располагали лишь отсканированными фототелеграфными отпечатками сигнала, сохранёнными создателем камер Арнольдом Селивановым, а также более длинным, но менее качественным фрагментом, показанным в документальном фильме BBC.

Чтобы получить геометрически осмысленное изображение, сигнал необходимо повернуть на 90 градусов, удалить область обратного хода сканирующего зеркала, соединить разделённые части каждой строки, зеркально отразить отпечаток и растянуть его в направлении панорамирования. Последняя операция основана на предположении, что во время первого сеанса камеры работали в обзорном режиме: полная панорама тогда содержала 1500, а не 6000 строк и могла быть снята примерно за шесть минут, в то время как более детальная панорама из 6000 строк заняла бы около 15 минут и была дольше времени пролёта орбительной станции, поэтому практически наверняка использовался более быстрый режим 1500 строк

После геометрической коррекции и пространственно-частотной фильтрации авторы получили два небольших фрагмента, напоминающих неравномерный каменистый грунт. Они были сняты через разные светофильтры — оранжевый и жёлто-зелёный, — но поля зрения камер не перекрывались, поэтому сопоставить одни и те же детали на двух изображениях невозможно.

Реконструированная геометрия предполагает, что станция стояла не вертикально, а была наклонена примерно на 15–20 градусов в сторону съёмки. В таком положении горизонт оказывался выше поля зрения, и обе камеры видели только грунт. Для одного из фрагментов расстояние до показанной поверхности оценивается приблизительно от 0,9 метра у нижнего края до 3,8 метра у верхнего. Тёмное пятно на одном изображении авторы осторожно интерпретируют как возможное углубление, оставленное лепестком станции при раскрытии.

Это объясняет, почему изображение могло остаться неузнанным. Советские специалисты понимали, что получили сигнал камер, но перед ними была лишённая горизонта пятнистая текстура неизвестного масштаба. В 1971 году никто ещё не видел марсианский грунт с близкого расстояния, а в кадре отсутствовали камни с отчётливыми контурами, детали станции или другие ориентиры. Если бы камера захватила горизонт, лепесток корпуса, антенну или ПрОП‑М, сомнений было бы значительно меньше. Вместо этого слепая удача могла направить обе камеры на почти однородный участок почвы.

Насколько убедительна эта реконструкция

Авторы Ю. М. Гектин и А. В. Костачук убедительно восстанавливают структуру передачи и показывают, что перед нами действительно сигнал двух камер Марс-3. Значительно менее надёжно утверждение, что пятнистая структура внутри него обязательно является изображением поверхности. Да картина действительно похожа на поверхность Марса. Как исследователю, мне всё же трудно считать работу исчерпывающим доказательством что Марс-3 заснял близкие снимки марсианского грунта, но я считаю это вполне вероятным.

Исследование основано не на исходной магнитной записи, а на многократно преобразованных фототелеграфных отпечатках. Применённая фильтрация усиливает сохранившиеся пространственные частоты, но вместе с полезными деталями может усиливать помехи, дефекты печати и последующего сканирования. Кроме того, авторы вынуждены принимать несколько связанных предположений о режиме работы камер, ориентации станции и происхождении изменений яркости. Наблюдаемое падение сигнала может указывать на проблемы с электропитанием или электроникой, но само по себе не доказывает ни разгерметизацию приборного отсека, ни электрический разряд в марсианской атмосфере.

Проверить гипотезу можно экспериментально. Для этого необходимо воссоздать камеру Я‑198 или её достоверную оптико-электронную модель, включая светофильтры, автоматическую регулировку чувствительности, модуляцию, запись на магнитный носитель, замедленное воспроизведение и печать на фототелеграфном аппарате. Камеру следует установить под предполагаемым углом над имитатором марсианского грунта и провести съёмку при освещённости и запылённости, соответствующих условиям посадки.

Обязательны контрольные опыты с закрытым объективом, равномерно освещённой поверхностью без деталей и искусственно введёнными электрическими помехами. Затем все сигналы нужно обработать одним и тем же алгоритмом вслепую. Если устойчивые пространственные структуры, сходные с реконструкцией «Марса‑3», будут появляться только при съёмке рельефного грунта, это станет серьёзным подтверждением гипотезы.

Окончательный ответ, возможно, даст будущая экспедиция к месту посадки Марс-3. Если удастся обнаружить сам аппарат, установить положение его корпуса и определить направление камер, ключевые геометрические предположения можно будет проверить непосредственно и сравнить с полученным сигналом. Поэтому загадка первого марсианского изображения ещё не закрыта. Для её окончательного решения требуется совсем немного слетать на Марс и найти Марс-3.

Современные поиски места посадки «Марса‑3» на снимках HiRISE

Рассмотреть изображение в деталях можно здесь.

В 2012–2013 годах российские энтузиасты под руководством Виталия Егорова, известного в интернете как Зеленый Кот, начали поиск «Марса‑3» на снимке предполагаемого района посадки, сделанном камерой HiRISE орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter ещё в 2007 году. Изображение содержало 1,8 миллиарда пикселей, поэтому его просмотр проводился коллективно. Егоров предварительно смоделировал, как отдельные элементы посадочной системы должны выглядеть при масштабе HiRISE около 25 сантиметров на пиксель.

По материалам Виталия Егорова 2013 год.

В расчётном районе были обнаружены четыре объекта, размеры, форма и взаимное расположение которых соответствовали парашюту, теплозащитному экрану, тормозному двигателю и самой посадочной станции. Наиболее заметным оказался необычно яркий округлый объект диаметром около 7,5 метра — возможный сложившийся парашют. Рядом с предполагаемым тормозным модулем различима тонкая линия длиной около 4,8 метра, тогда как соединявшая его со станцией цепь имела расчётную длину приблизительно 4,5 метра. Совокупность этих совпадений делает идентификацию достаточно убедительной, хотя каждое из них по отдельности может оказаться естественным элементом рельефа.

После обращения планетолога Александра Базилевского к руководителю проекта HiRISE Альфреду Макьюэну район повторно сфотографировали 10 марта 2013 года при другом освещении и с получением цветовых данных. 11 апреля NASA и команда HiRISE опубликовали результаты поиска, отметив «замечательное соответствие» ожидаемой картине посадки, но подчеркнув, что альтернативное природное происхождение объектов исключить невозможно. Поэтому официально «Марс‑3» до сих пор считается лишь вероятно обнаруженным.

Разрешение HiRISE недостаточно для изучения положения станции. Посадочный аппарат представлен всего несколькими пикселями, а каждый из его раскрытых лепестков — примерно двумя или тремя. По такому изображению невозможно надёжно определить наклон корпуса, положение камер или направление их оптических осей. Следовательно, орбитальные снимки пока не позволяют ни подтвердить, ни опровергнуть предложенную Ю. М. Гектиным и А. В. Костачуком гипотезу о том, что наклонённая станция могла снять грунт с близкого расстояния. Для её проверки потребуются изображения значительно более высокого разрешения либо непосредственное обследование места посадки будущим аппаратом или астронавтами.

ПрОП‑М, первый марсоход который не вышел на поверхность

Внутри посадочной станции находился небольшой подвижный аппарат ПрОП‑М, который иногда называют первым советским марсоходом. По конструкции он сильно отличался от современных роверов. Это была машина массой около 4,5 килограмма, передвигавшаяся на двух широких лыжах и остававшаяся соединённой со станцией кабелем длиной до 15 метров.

Собственных солнечных батарей, радиопередатчика и полноценной системы управления ПрОП‑М не имел. Кабель обеспечивал питание, передачу команд и возвращение результатов измерений. Электромеханические датчики должны были обнаруживать препятствия: столкнувшись с камнем, аппарат приподнимал корпус, менял направление и продолжал движение.

Главной задачей ПрОП‑М было исследование механических свойств и несущей способности марсианского грунта. Камеры посадочной станции могли одновременно фиксировать его перемещение и оставленные следы. В начале 1970-х годов свойства поверхности Марса были почти неизвестны, поэтому даже такой небольшой эксперимент имел большое значение для проектирования будущих посадочных аппаратов.

Согласно известной циклограмме, после посадки станция примерно полторы минуты раскрывала аппаратуру и выгружала приборы исследования грунта. Затем начинались циклы продолжительностью 4 минуты 34 секунды: одновременно включались передатчики, обе панорамные камеры и привод ПрОП‑М. Марсоход двигался около половины цикла, после чего останавливался для измерений; последние 12 секунд отводились передаче остальных научных данных. Первый сеанс должен был включать пять таких циклов — почти 23 минуты, а следующий планировался приблизительно через сутки. Поэтому неизвестно, успел ли ПрОП‑М оказаться на грунте: при штатном выполнении циклограммы его развёртывание уже должно было начаться, но наклон станции или возникшая неисправность могли этому помешать.

Расчётная орбита «Марса‑3» имела период около 25 часов. Из-за неполного торможения орбитальный аппарат вышел на чрезвычайно вытянутую орбиту с периодом около 12,8 суток. Первый пролёт ретранслятора поэтому стал практически единственной возможностью получить данные с поверхности: следующего сближения пришлось бы ждать почти 13 дней, тогда как посадочная станция рассчитывалась на значительно более короткую работу. У «Марса‑2» орбита действительно была гораздо удобнее — около 18 часов, — но его спускаемый аппарат разбился.

Нерасчётная орбита

Орбитальная часть «Марса‑3» также столкнулась с серьёзной неисправностью. После отделения посадочного аппарата станция начала торможение для перехода на орбиту Марса, но двигатель отключился раньше расчётного времени. По наиболее распространённой версии, причиной стала программная ошибка, хотя в некоторых описаниях упоминаются истощение запаса топлива.

Вместо сравнительно короткой рабочей орбиты сходной с Марс-2 аппарат оказался на чрезвычайно вытянутой траектории с высотой примерно от 1500 до 211 000 километров и периодом обращения около 12,8 суток. В каталогах встречаются несколько отличающиеся значения апоцентра и наклонения, но общий характер орбиты не вызывает сомнений. Для сравнения, «Марс‑2» обращался вокруг планеты примерно за 18 часов. Каталог параметров полёта «Марса‑3»

Из-за этого «Марс‑3» проводил вблизи планеты лишь несколько часов почти каждые две недели. Такая орбита была пригодна для наблюдения Марса целиком, исследования околопланетной плазмы и проведения некоторых радиофизических экспериментов, но чрезвычайно неудобна для систематического картографирования поверхности.

Фотографирование с орбиты

После ослабления бури «Марс‑3» провёл не менее четырёх фотосъёмочных сеансов — 12 и 14 декабря 1971 года, 28 февраля и 12 марта 1972 года. Один сеанс мог включать несколько кадров, поэтому речь не обязательно идёт только о четырёх фотографиях.

На орбитальном комплексе находились две фототелевизионные камеры: широкоугольная «Вега» с фокусным расстоянием 52 миллиметра и длиннофокусная «Зульфар» с объективом 350 миллиметров. Они снимали на фотоплёнку, которая автоматически проявлялась на борту, после чего изображение сканировалось и передавалось на Землю.

Однако полноценной фотокарты получить не удалось. Неверная фотометрическая модель Марса привела к выбору слишком длинных выдержек, а рассеянный пылью солнечный свет дополнительно повысил яркость планеты и почти уничтожил контраст поверхности. После отказа скоростного сантиметрового канала изображения приходилось передавать по нестабильной дециметровой радиолинии в пониженном 256-строчном режиме, что привело практически к нулевой картографической ценности снимков.

1. Пересвеченная поверхность Марса с близкого растояния 1500 км. Видня граница атмосферы, но снимок не соддержит различимых деталей поверхности.

2. Цветной композитный снимок показывающий Марс с большого удаления, что компенсирует неправильную экпозицию. Пыльная буря скрывает детали, различима снежная шапка и гора Олимпус Монс в средней правой трети снимка на границе терминатора.

3. Красный канал цветного композитного изображения на предидущем снимке.

4. Сильно зашумлённый снимок «Марса‑3», традиционно описываемый как «горы в экваториальной области». Вероятно, на нём различимы выступавшие над пылевой бурей вершины вулканов Фарсиды. Однако достоверно снимок никогда не был идентифицирован.

В результате в открытом доступе циркулирует лишь несколько изображений или вариантов их обработки: край атмосферы над пересвеченной поверхностью, сильно зашумлённый участок экваториальной области и цветной композит Марса, составленный из кадров через красный, зелёный и синий фильтры снятый на удалённом участке орбиты. Они подтверждают работоспособность камер, но почти не содержат различимых деталей рельефа.

На фоне результатов «Маринера‑9», который после окончания той же бури провёл практически глобальное картографирование планеты, советские изображения выглядели особенно слабо. Американская видиконная система не зависела от проявки плёнки и позволяла намного гибче выбирать параметры съёмки.

Научная работа орбитального комплекса

Несмотря на неудачу фотографической программы, «Марс‑3» продолжал исследовать планету и её окрестности. Приборы измеряли температуру поверхности и атмосферы, содержание водяного пара, свойства ионосферы, параметры солнечного ветра и взаимодействие плазмы с Марсом. Проводились ультрафиолетовые, инфракрасные, радиометрические и магнитные измерения.

Таким образом, полностью безрезультатной экспедиция не была. Однако данные двух станций обычно публиковались вместе, без указания конкретного аппарата, сеанса связи и витка, поэтому индивидуальный вклад «Марса‑2» сегодня почти невозможно установить. Известно, что качество его телеметрии было очень низким; вероятно, удалось восстановить некоторые радиозатменные, магнитные и плазменные измерения, но основная часть запланированной научной информации была потеряна. Совместный научный отчёт о результатах «Марс‑2» и «Марс‑3» в международной литературе.

Орбитальный комплекс совершил около двадцати оборотов вокруг Марса. Связь с ним поддерживалась до лета 1972 года, а 22 августа было официально объявлено о завершении программы «Марса‑2» и «Марса‑3».

Итоги миссии

«Марс‑3» нельзя считать ни полной неудачей, ни полноценным успехом. С технической точки зрения экспедиция достигла нескольких важнейших целей: тяжёлый межпланетный комплекс долетел до Марса, вышел на его орбиту, отделил спускаемый аппарат и обеспечил первую подтверждённую мягкую посадку на поверхность планеты. Посадочная станция развернулась и начала передачу.

Но научная программа поверхности почти полностью погибла в первые секунды работы. Неизвестно, успел ли ПрОП‑М сойти на грунт, полноценная панорама не сформировалась, а приборы не успели передать результаты. Нерасчётная орбита, пылевая буря, ошибочные параметры экспозиции и неисправности радиокомплекса резко ограничили научную отдачу орбитальной станции.

История «Марса‑3» вызывает особенную досаду именно потому, что аппарат приблизился к успеху чрезвычайно близко. Основная инженерная задача — доставить работоспособную станцию на поверхность Марса — была решена. Но между этим достижением и полноценной научной миссией оказалось всего несколько минут связи.

Советский Союз впоследствии получил значительно более качественные и пригодные для анализа изображения поверхности Марса в миссиях «Марс‑4» и «Марс‑5» и даже несколько высококачественных цветных фотографий, а ещё позднее провёл исследования Марса и Фобоса аппаратами программы «Фобос», получил уникальные данные при близком исследовании Фобоса. Но ни одна из этих экспедиций также не выполнила всю первоначальную программу, хотя и считать их полной неудачей нельзя.

Марсианская программа СССР раз за разом показывала амбициозную начную программу, систематический научный подход, подтверждала работоспособность отдельных аппаратов, приборов и инженерных решений, однако ни в одной из миссий не удалось всем элементам системы одновременно и достаточно долго работать в штатном режиме. Экспедиция 1971 года стала наиболее ярким примером этого противоречия: впечатляющие технические достижения так и не удалось превратить в сопоставимую с ними научную отдачу.

Немного альтернативной истории

Художественная реконструкция возможной полной панорамы, которую посадочный модуль «Марса‑3» мог передать при штатной посадке, выполнении полного 15‑минутного сеанса связи и высадке ПрОП‑М. Изображение создано с учётом конструкции и параметров панорамной камеры, предполагаемого уровня освещённости около 480 люкс и глобальной пылевой бури. Показана вторая панорама, снимавшаяся после выхода ПрОП‑М на поверхность. Разрушение изображения справа имитирует потерю радиосигнала на 15–16‑й минуте работы из-за удаления орбитального аппарата «Марс‑3», служившего ретранслятором.

Если бы посадочный модуль «Марса‑3» проработал полный расчётный цикл продолжительностью около 15 минут, Советский Союз мог получить две панорамы. Первая, переданная сразу после посадки, ещё до высадки ПрОП‑М, отличалась бы лучшим соотношением сигнала и шума, поскольку орбитальный аппарат находился ближе к станции. Затем марсоход сошёл бы на грунт и начал движение, а ближе к концу пролёта была бы передана вторая, более зашумлённая панорама — уже с ПрОП‑М и оставленными им следами.

Эти кадры стали бы первыми узнаваемыми изображениями, полученными с поверхности другой планеты, на четыре года опередив панорамы «Венеры‑9». Вероятно, они вошли бы в число самых знаменитых снимков в истории космонавтики и заметно повысили общественный интерес к советской марсианской программе. Однако радикально изменить дальнейший ход исследований они, скорее всего, не смогли бы: «Маринер‑9» всё равно выполнил бы картографирование Марса, станции «Марс‑4» и «Марс‑5» уже разрабатывались и по прежнему использовали сканирование плёнки вместо видиконных трубок, а NASA готовило «Викинги». Главным последствием стал бы иной исторический образ программы: «Марс‑3» запомнился бы не как краткий сигнал с поверхности, а как одна из величайших побед советской космонавтики.

Литература и источники

Научные и историко-технические публикации

1. Перминов В. Г. The Difficult Road to Mars: A Brief History of Mars Exploration in the Soviet Union. Washington, DC: NASA History Division, 1999. Monographs in Aerospace History, No. 15. NASA SP-4515. 79 p.

2. Marov M. Ya., Petrov G. I. Investigations of Mars from the Soviet Automatic Stations Mars 2 and 3 // Icarus. 1973. Vol. 19, No. 2. P. 163–179. DOI: 10.1016/0019-1035(73)90120-6

3. Гектин Ю. М., Костачук А. В. Анализ и обработка сигналов, полученных со спускаемого аппарата «Марс‑3» // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2024. Т. 11, № 1. С. 3–12. EDN IEDFIN.

4. Селиванов А. С. О первой панораме с поверхности Марса // Астрономический вестник. 2013. Т. 47, № 3. С. 198–200. DOI: 10.1134/S0038094613030064

5. Селиванов А. С., Говоров В. М., Чполучил уникальные данные при близком исследовании Фобосаемоданов В. П., Оводкова С. Г. Телевизионные системы панорамного обзора автоматических лунных станций второго поколения // Техника кино и телевидения. 1972. № 5. С. 43–46.

Официальные страницы и каталоги миссий

1. Институт космических исследований РАН. Mars 2: описание миссии. ИКИ РАН (дата обращения: 17.08.2026).

2. NASA. Mariner 9: Mission Overview. NASA Science (дата обращения: 17.08.2026).

3. NASA/JPL-Caltech/University of Arizona. Search for the Mars 2 Debris Field. PIA18888, 29 October 2014. NASA Science

4. Webster G. NASA Mars Orbiter Images May Show 1971 Soviet Lander. Jet Propulsion Laboratory, 11 April 2013.

5. Space 40, Library of the Czech Academy of Sciences. 1971-049A — Mars 3: параметры аппарата и орбиты. Каталог Space 40 (дата обращения: 17.08.2026).

Специализированные исторические и технические ресурсы

1. Zak A. Russia’s Unmanned Missions to Mars. RussianSpaceWeb (дата обращения: 17.08.2026).

2. Grahn S. Radio Systems of Soviet Mars and Venus Probes. Sven Grahn’s Space Radio Pages (дата обращения: 17.08.2026).

3. Mitchell D. P. Soviet Mars Images. Soviet Space Image Catalog. Mental Landscape (дата обращения: 17.08.2026).

Дополнительные научно-популярные материалы

1. Шубин П. Венера. Неукротимая планета. Хабр, 25 апреля 2021 года. Веб-версия

2. Dr.Hannibal. Загадка «Викингов»: есть ли жизнь на Марсе? Эксперимент, которому не поверили. Пикабу, 10 июня 2025 года. Статья

Об использовании генеративной графики
В статье генеративная графика (ChatGPT Sol 5.6 Ultra) используется для реконструкции космических аппаратов на основе музейных и архивных фотографий, космической среды, марсианской поверхности и создания инфографики на основе архивных данных, технических схем, параметров орбит, предполагаемых мест посадки и данных о камерах и ПрОП‑М. Спекулятивные изображения успешной миссии «Марса‑3» учитывают условия пылевой бури, освещённость и возможное ухудшение радиосвязи. Генеративные изображения используются исключительно как иллюстративный инструмент и не служат источником фактических утверждений. Окончательный выбор изображений, их интерпретация и проверка использованных исторических и технических данных выполнены автором статьи.

Об авторе
Я работаю биомедицинским учёным в области офтальмологии и нейробиологии, изучая активацию микроглии при заболеваниях глаза, дегенерации сетчатки и патологическом ангиогенезе. Помимо научной работы, я пишу фантастику, под псевдонимом Джон Олдман действие которой происходит в антиутопической вселенной «Пустоты». К 2283 году человечество расселилось по всей Солнечной системе включая Марс и достигло её ближайших внешних пределов, обрело практическое бессмертие благодаря технологиям копирования личности и искусственного интеллекта — но вместе с этим постепенно перестало быть вполне человеческим по крайней мере в нашем понимании. Но Земле достаточно комфортно, политики правда не стареют.
Если хотите пообщаться можете заглянуть ко мне в канал https://t.me/Dr_Hann1bal

Почти 50 лет назад марсианские посадочные аппараты «Викинг» впервые провели эксперимент по поиску внеземной жизни — и, возможно, нашли её! Однако сенсационные результаты вызвали волну скепсиса, а сами данные на десятилетия оказались в тени. Эта статья — попытка разобраться, что же произошло на самом деле. Что если первая встреча с внеземной жизнью уже состоялась — и мы просто не готовы были её признать?

В июле 1976 года на Марс приземлились два американских аппарата — "Викинг-1" и "Викинг-2". Эти миссии не были первыми попытками достичь поверхности Марса: ещё в 1971 году советский аппарат "Марс-3" осуществил первую мягкую посадку, но прекратил передачу данных спустя 14 секунд. В отличие от него, "Викинги" стали первыми, кто успешно передал научные данные и цветные фотографии с поверхности Марса, аппараты вместе с орбитальными модулями предоставили около 500 мегабайт научных данных, что для 1970х было совершенно немыслимый объем информации. Следующие 21 год вплоть до посадки Mars Pathfinder в 1997 году, это были все данные о поверхности марса, которыми располагало человечество.

"Викинг-1" совершил посадку 20 июля в районе Chryse Planitia (Равнина Хриса) — это плоская, пыльная равнина в субэкваториальной зоне, расположенная недалеко от устьев древних долин, предположительно сформированных потоками воды.

"Викинг-2" сел 3 сентября значительно севернее — в районе Utopia Planitia (Равнина Утопия), расположенной в самой крупной ударной котловине Марса. Это была также ровная, но более каменистая местность с признаками древней геологической и, возможно, климатической активности.

Интересно, что расстояние между двумя местами посадки составляло около 6 460 километров, что позволило исследовать два геологически и климатически разных региона Красной планеты.

Однако этот рассказ не столько об аппаратах и их уникальной миссии по изучению Марса, сколько об одном из самых спорных и поразительных научных экспериментов в истории космических исследований эксперименте по обнаружению внеземной жизни, проведённом на борту посадочных модулей "Викинг-1" и "Викинг-2". И его результатов и интерпретации.

🧪 Как искали жизнь в 1976 году
Достаточно непростой задачей было постановка самого эксперимента: как убедительно обнаружить или опровергнуть наличие внеземной жизни, если мы до сих пор не пришли к единому определению, что такое жизнь? Что считать живым, а что просто результатом химических процессов?

Жизнь как метаболический процесс? Поглощение и расщепление органических элементов с выделением энергии и продуктов обмена веществ? Но ведь химические реакции тоже могут расщеплять вещества с выделением энергии. Мы не считаем горение жизнью, хотя по формальному признаку оно полностью укладывается в это определение. А вот, скажем, вирусы - напротив, не имеют собственного метаболизма, но всё же считаются формой жизни или, по крайней мере, её пограничным проявлением.

Если бы мы попытались поставить такой эсперимент сегодня, то возможно, искали ДНК или РНК и поискали бы знакомые биомаркеры жизни. Но в начале 1970-х биотехнологии были радикально ограничены по сравнению с современными возможностями. Секвенирование ДНК только-только начинало развиваться, первая методика Сэнгера появилась в 1977 году, уже после запуска "Викингов", а технология полимеразной цепной реакции ПЦР и вовсе была открыта в 1983 году. И даже если бы тогда существовали молекулярные методы, они вряд ли уместились бы в жесткие рамки массы, объёма и энергопотребления посадочного модуля. Даже микроскоп не подходил по габаритам и ограничениям и передачи данных, к тому же не было уверенности в размерах Марсианской жизни она могла быть значительно меньше земных бактерий невидимой в световой микроскоп.

Пакет эксприментов по обнаружению жизни на Марсе.

Над экспериментами работали три комманды из университетов: Джонса Хопкинса (Гилберт Левин и Патрисия Страас), Рочестерский Университет (Вольф Вишняк) и MIT (Клаус Биман).

⚛️Labeled release (LR) - эксперимент с помеченной культурой

В итоге, в условиях ограничений миссии, эксперимент по поиску жизни, разработанный Гилбертом Левином и Патрисией Страас, был построен на универсальном принципе выявлении признаков метаболизма, который не зависит от конкретной биохимии. Эксперимент, основанный на введении питательной среды, содержащей набор радиоактивно помеченых органических соединений, и последующем измерении выделенного радиоактивного газа как возможного признака биологической активности.

Питательная среда для марсианской жизни
Стерильная питательная среда состояла из семи простых органических веществ, каждое из которых было помечено изотопом ¹⁴C (обладало слабой радиактивностью). В состав среды входили: глюкоза, молочная кислота, глицин, формат, глицерин, серин и аланин. Все они были растворены в буферном растворе с pH около 6.5–7.0, что соответствовало нейтральной среде, благоприятной для большинства земных микроорганизмов.

Если максимально упростить объяснение радиактивных меток
Представте, что вы даёте некоему животному еду, и каждый кусочек этой еды светится особым образом (обладает радиокативностью). Пока радиоактивный углерод остаётся в составе "еды", датчики его не фиксируют. Как только он перерабатывается кем-то в газ - начинают фиксировать. Если животное начнёт её есть и переваривать — оно начнёт выдыхать газ, оксид углерода, который тоже будет светится так как будет включать в себя помеченные молекулы углерода которые животное съело. Так можно увидеть: кто-то живой в камере был и ел эту еду.

Учитывая возможность, что марсианская жизнь может обладать иной хиральностью, чем земная (на Земле живые организмы используют L-аминокислоты и D-сахара), разработчики эксперимента включили в состав среды оба типа изомеров (D-аминокислоты и L-сахара), чтобы охватить максимально возможный спектр потенциальных форм метаболизма.

Была идея создать несколько экспериментов, в которых питательная среда содержала бы только изомеры определённого типа — тогда можно было бы определить, какой тип изомеров предпочитает марсианская жизнь. Но поскольку у команды не было уверенности, что жизнь на Марсе существует в принципе, а также из-за ограничений по массе и ресурсам, от экспериментов с раздельной хиральностью отказались.

Питательная среда объёмом около 0.115 мл помещалась в герметичную ампулу, где она смешивалась с примерно 500 мг марсианского грунта, доставленного в биологическую камеру посадочного модуля. Давление внутри камеры устанавливалось на уровне 1 атмосферы газовый состав этой атмосферы повторял композицию газов атмосферы Марса, высокое (с точки зрения Марса) давление было вынужденным шагом ,чтобы предотвратить закипание воды. В эксперименте не использовалось освещение, исключая фотосинтетические формы жизни.

Labeled Release - обнаружение радиактивного газа
Суть метода заключалась в том, что, если в марсианском грунте присутствуют живые организмы, они будут метаболизировать внесённые питательные вещества, в процессе чего будет выделяться радиоактивный газ углекислый газ или метан. Его концентрация измерялась с высокой чувствительностью счётчиком радиации. Чем выше была бы метаболическая активность, тем больше радиоактивного газа накапливалось бы в камере. Радиоактивность питательной среды была достаточной для обнаружения, но безопасной для земных бактерий.
В качестве контрольного эксперимента так же использовался марсианский грунт, но стерилизованный нагреванием в печи до 160 градусов в течении 3 часов.

Экспериментальные ячейки
Каждая ячейка называемая "циклом" была одноразовой на каждом из посадочных модулей их было 9. Все ячейки LR эксперимента были использованы на Викинге-1, на Викинге-2 одна из LR ячеек успешно не запустилась и после 7 циклов, на аппарате возникли перебои с питанием биологического пакета и эксперименты по обнаружению жизни были прекращены.

Изначальные результаты на Викинге-1 за первые 140 часов показали типичную логарифмическую кривую роста бактерий, которую я видел много раз в моих биологических экспериментах. Идентичные результаты были получены и в LR-эксперименте Викинга-2 на другой стороне Марса. Опять же результат типичный для Земли, где в самых экстремальных условиях — эксперимент показывал схожий график бактериального роста.

Скорость удвоения клеток в культуре
По этому графику можно подсчитать скорость удвоения клеток в культуре (TD) — порядка 20 часов. То есть каждые 20 часов количество бактерий в культуре будет удваиваться. Это значительно медленнее большинства земных бактерий. Кишечная палочка E. coli имеет скорость удвоения около 20 минут, но, например, арктическая бактерия Colwellia psychrerythraea, которая живёт при температуре около 0 градусов в вечной мерзлоте, имеет скорость удвоения 24–48 часов.

Эти результаты не могли быть объяснены химической процессами, они как правило не формируют логарифмических кривых, более того, стерилизованный грунт никакой активности не показал.

⚠️ Загадка второй инъекции

Странности с экспериментом начались после так называемой "2nd injection" повторного введения питательной среды. Согласно изначальной логике, если в грунте действительно присутствовала жизнь, то введение дополнительного количества питательных веществ должно было привести к ещё большей метаболической активности, как это наблюдается у земных бактерий, что проявляется увеличением количества радиактивного газа в ячейке.

Однако на Марсе всё пошло иначе. Сразу после повторной инъекции уровень радиоактивного газа в камере резко снизился, а затем активность практически полностью прекратилась. Этот эффект оказался неожиданным и противоречил ожидаемой модели поведения живых систем. Причем данный результат наблюдался во всех экспериментах с повторным введением пиатательной среды.

Возможно, питательные вещества были добавлены слишком поздно, и бактериальная культура за восемь дней успела истощить ресурс среды и погибла. Эксперимент не фиксирует наличие или отсутствие живых клеток — он лишь измеряет уровень радиоактивного газа. Поэтому вполне возможно, что культура погибла ещё до введения новой порции питательной среды, когда кривая выделения газа достигла плато.

Мы нашли марсианскую жизнь — и, возможно, убили её водой.
Вторая инъекция могла также содержать слишком высокую концентрацию активных веществ и нарушить слабый биоценоз сформировался в ячейке. Возможно, марсианские организмы извлекают воду из химических соединений, например, солей как это делают некоторые земные бактерии в засушливых районах и дополнительный объём воды оказался для них губителен. Подобное поведение наблюдается и на Земле, например, в почвах пустыни Атакама, населённых экстремальной микрофлорой и выпадение осадков вызывает гибель до 80% почвенной микрофлоры.

Воспроизведение результатов эксперимента «Викинга-1/2» с повторной инъекцией питательной среды было выполнено с использованием щелочной почвы с pH 7.8 из пустыни Юнгай. В этом случае наблюдалось резкое падение уровня CO₂ в камере (красная кривая). Интересно, что более кислотная почва с pH 6.5 продемонстрировала типичный "земной" ответ на повторную инъекцию — уровень CO₂, наоборот, резко увеличился (синяя кривая). Эти данные можно интерпретировать как гибель земных экстремофилов в более щелочной почве после повторного увлажнения, что полностью воспроизводит картину, наблюдавшуюся в LR-эксперименте на Марсе.

Снижение Ph в атмосфере углекислого газа
Моя интерпретация этой аномалии связана с условиями внутри экспериментальной камеры, в частности — с использованием атмосферы с высоким содержанием CO₂ при давлении, близком к земному. Такое решение было технически необходимо, чтобы предотвратить закипание и испарение воды в условиях низкого давления на поверхности Марса. Поскольку CO₂ является основным компонентом марсианской атмосферы, он был выбран для моделирования условий среды. Однако CO₂ — химически активный газ, способный легко растворяться в воде, образуя угольную кислоту (H₂CO₃), что приводит к резкому снижению pH среды. Особенно ярко этот эффект проявляется при повторной инъекции: если в первой фазе объём жидкой фазы был минимален и связывался с грунтом, то при добавлении новой порции раствора появилась свободная водная фаза, в которой CO₂ из атмосферы начал активно растворяться. Это хорошо видно на графиках по резкому падению уровня радиоактивного CO₂ сразу после инъекции. Простые расчёты показывают, что падение pH в таких условиях могло составлять более 2.5 единиц Ph.

Если предположить, что гипотетические марсианские микроорганизмы адаптированы к слабощелочной или нейтральной среде — как это предполагается на основе pH марсианского грунта (~7.5–8) — то такое резкое закисление могло стать смертельным стрессом, вызвавшим гибель или инактивацию клеток. Таким образом, спад активности после повторной инъекции может быть следствием не отсутствия жизни, а её чувствительности к кислотному шоку точно так же, как это наблюдается у земных экстремофилов из пустыни Атакама или Юнгай в эксперименте с щелочной почвой (pH 7.8). Намного лучшим решением было бы использовать инертный газ — например, азот или аргон.

И всё-таки, на сегодняшний день нет однозначного мнения, что именно произошло. Но именно этот эпизод — внезапное прекращение активности после второй инъекции, эффект, который наблюдался на обоих аппаратах, стал одним из главных аргументов против биологической интерпретации результатов в 1976 году.

Возможно эти результаты не активность бактерии, а особенности химического состава марсианского грунта?

Небиологическая интерпретация результатов предполагала наличие неизвестного химического катализатора или окислителя в марсианском грунте, который при взаимодействии с питательной средой вызывал выделение радиоактивного газа. Однако все попытки воспроизвести кривую "Викинга" с использованием химических веществ на Земле не смогли достоверно воспроизвести логарифмическую кривую, обнаруженную на Марсе.  

Например, в экспериментах с перекисью водорода и другими окислителями наблюдалось очень быстрое, линейное увеличение уровня радиоактивного газа в течение первых минут или часов, за которым следовало плато, связанное с исчерпанием реагента.

Эксперименты с разными температурами

Группа Гилберта Левина и Патриции Страат провела дополнительную серию экспериментов на борту Викинга-2, в которой вместо полной стерилизации марсианский грунт подвергался воздействию умеренных температур — 46 °C и 51 °C. Целью этих тестов было определить, обусловлен ли выброс радиоактивного газа биологической активностью или неорганической химией.

Если в образцах присутствовали живые бактерии, то даже такой умеренный тепловой шок должен был их частично повредить, что привело бы к снижению метаболической активности и, как следствие, к ослаблению сигнала. Именно такой эффект и был зафиксирован: при нагревании образца до 46 °C в течение трёх часов интенсивность выброса радиоактивного газа снизилась примерно на 60%. При температуре 51 °C сигнал практически исчез, что указывает на возможную гибель всей микрофлоры.

Подобная чувствительность укладывается в поведение холодолюбивых экстремофилов, обитающих в антарктических и арктических условиях Земли, для которых температуры выше 45–50 °C приводят к денатурации белков и потере жизнеспособности. Преимущество этого подхода заключается в том, что температурный диапазон был биологически значимым — достаточно мягким, чтобы сохранить любые неорганические катализаторы, но губительным для биологических структур. Если бы выброс газа объяснялся действием какого-либо химического или минерального вещества, оно не должно было терять активность при 51 °C, ведь разложение большинства неорганических соединений происходит только при гораздо более высоких температурах (например, выше 150–180 °C).

Исключение Ультра-фиолетового излучения

Среди дополнительных экспериментов, проведённых командой Левина, было культивирование образца марсианского грунта, извлечённого из-под камня. Аргументы сторнников небиологической природы результатов эксперимента приводили аргументы в пользу выделение газа как реакции на некий окислитель формирующийся под воздействием УФ излучения в почве Марса. Чтобы ответить на данную критику комманда Левина взяла образец VL2-3 из под камня который всегда был скрыт от УФ излучения. Сбор образца проводился перед рассветом и удалось полностью избежать облучения образца прямыми солнечными лучами. Как и в остальных экспериментах образец VL2-3 цикл 3, показал эволюцию радиактивного газа схожую с остальными пробами грунта.

Эксперимент с пробой грунта которая хранилась в камере для сбора образцов
Последний эксперимент, цикл 5, включал в себя образец, собранный для выполнения цикла 4 (обработка температурой 46 °C), но для цикла 5 образец 4 хранился в камере коллектора посадочного модуля в течение 84 солов. Образец хранился в темноте, но с доступом к марсианской атмосфере. Главным отличием был температурный режим образца, так как в посадочном модуле сохранялась температура около 10-20 °C. Данные условия показали полную инактивацию образца в цикле экспериментов 5. В то же время температуры на Марсе в данном регионе могли достигать 10 °C и в естественных условиях, поэтому инактивацию активности образца во время хранения однозначно объяснить не удалось.

⚛️Gas Exchange (GEX) – Эксперимент по газообмену

В рамках эксперимента GEX (Gas Exchange) в марсианский грунт добавлялась вода без каких-либо питательных веществ или радиоактивных меток. Вместо этого использовался газоанализатор, который отслеживал изменение концентраций газов в атмосфере камеры — таких как кислород (O₂), углекислый газ (CO₂), азот (N₂) и водород (H₂).

После увлажнения марсианского реголита было зафиксировано резкое повышение уровня кислорода в камере. Этот результат оказался ожидаемым и, по мнению большинства исследователей, объясняется разложением перекисей или других окислителей, присутствующих в марсианском грунте. Однако никаких существенных изменений по другим газам CO₂, N₂ или H₂ — зафиксировано не было.

Поскольку GEX разрабатывался независмой научной группой, условия и методология эксперимента были утверждены независимо. Руководителем проекта GEX был Вольф Вишняк (Wolf Vishniac) — микробиолог из Рочестерского университета, один из пионеров изучения экстремофилов. Его подход основывался на идее, что влага сама по себе может «пробудить» потенциальную жизнь, которая затем начнёт выделять или поглощать газы, измеримые газоанализатором. Судьба Вольфа сложилась трагически. В 1973 году, за год три года до посадки «Викингов», Вишняк погиб во время научной экспедиции в Антарктиде провалившись в расщелину во льду. Его часть экспериментов дорабатывалсь остальными участниками его лаборатории. В его честь позже был назван кратер Vishniac на Марсе.

Философские различия между командами GEX и LR были принципиальными: Гилберт Левин и Патрисия Страас, автор LR, считал, что необходимо активно «кормить» возможную жизнь следуя подходу лабораторной бактериальной культуры, в то время как Вишняк был убеждён, что достаточно "Просто добавить воды", чтобы жизнь проявила себя.

Интересно как и в ситуации с LR больший объем воды и отсуствие буфферного раствора вызвало закисление марсианского грунта раствором угольной кислоты ещё больше, чем при повторной инъекции питательных веществ в LR эксперименте из за отсутствия буферных компонентов в растворе.

На мой взгляд, эксперимент был сконструирован некорректно. В нём следовало использовать ту же питательную среду, что и в эксперименте LR, чтобы создать аналогичные условия для возможной метаболической активности. Более того, результаты газоанализа необходимо было сопоставлять с уровнем радиоактивности в атмосфере ячейки, что позволило бы более точно выявить источники газов и их природу.

⚛️GCMS (Gas Chromatograph / Mass Spectrometer) Пиролитическая газовая хроматография/масс спектрометрия почвы.

Этот эксперимент был более простым и заключался в обнаружении органических соединений в марсианском грунте в первую очередь углерода. Его разработала комманда под руководством Клауса Бимана, пионера технологии масс спектрометрии. Суть эксперимента заключалась в нагревании грунта до 200C градусов, затем 350C и 600C цельсия. Как в режиме пиролитической очистки грязной духовки углерод в марсинаском грунте (если мы исходим что марсианская жизнь является углеродной) должен был перейти в газ при нагревании и именно его должна была обнаружить в масс спектрометре. Никаких органических молекул, типичных для жизни, обнаружено не было. Более того показатели органики в масс спектрометрии были значительно ниже показателей масс спектрометрии Лунного грунта, и это должно было исследователей насторожить, так как сейчас мы знаем, что органические соединения встречаются на инопланетных объектах в достаточно больших объемах, но сами по себе не являются показателями жизни, но в 1976 году это укладывалось в общую идею стерильности Марса.

Единственная органика, которая была обнаружена следы хлорированных углеводородов (например, хлорбензол), которые тогда посчитали загрязнением с Земли, как следы растворов которыми стерилизовали посадочный модуль перед запуском. Сейчас мы знаем, что тонкий слой поверхностного грунта на марсе содержит перхлораты (ClO₄⁻) соединения хлора в реакции с ултрафиолетом солнца, в быту вам подобные соединения хорошо знакомы по отбеливателю. При нагревании перхлораты разлагают органику на хлорированные углеводороды которые и обнаружил масс спектрометр.

Это был единственный эксперимент программы «Викинг», который впоследствии был независимо повторён на марсоходе Curiosity. Он впервые подтвердил наличие органических молекул в марсианском грунте - среди них были обнаружены бензол, тиофен и хлорбензол. При этом содержание органического углерода значительно варьировалось между разными образцами. В почвенном образце, взятом в зонах Cumberland и John Klein, концентрация органики составила около 10 ppm (частей на миллион). В другом образце — глинистом слое из района Yellowknife Bay — содержание органических веществ оказалось значительно выше и достигало 200–273 ppm.

Подобные значения уже невозможно объяснить исключительно геологическими или химическими процессами, особенно с учётом плохой долгосрочной сохранности органики в марсианской среде. Для сравнения: аналогичный эксперимент, проведённый в почвах пустыни Атакама на Земле — одном из наиболее стерильных природных регионов планеты показал содержание органики на уровне около 50 ppm. При этом грунт Атакамы даёт положительный результат в эксперименте Labeled Release, аналогичный тому, что был получен на Марсе. Для сравнения в плодородной почве на Земле соддержние органики намного выше свыше 10,000 ppm.

Сезонные вариации метана в атмосфере Марса

В 2012 году орбитальный модуль и ровер Curiosity обнаружил устойчивый фоновый уровень метана в атмосфере, составляющий в среднем около 0.4 частей на миллиард по объёму (ppbv). Эти наблюдения подтвердили и анализом данных с телескопов с Земли. Поскольку метан является крайне нестабильным в условиях Марса и быстро разлагается под действием УФ излучения, его постоянное присутствие указывает на существование активного источника. Более того, концентрация метана в атмосфере демонстрирует чёткие сезонные колебания: зимой она снижается до 0.24 ppbv, а летом возрастает до 0.65 ppbv. Помимо этого, были зафиксированы внезапные локальные всплески выброса метана с концентрацией от 7 до 21 ppbv.

Эти изменения соответствуют сезонной динамике, характерной для активности бактериальной жизни, которая на Земле проявляется в виде метаногенных анаэробных микроорганизмов, потребляющих воду и органические вещества и выделяющих метан в качестве побочного продукта метаболизма. Альтернативной, небиологической гипотезой является высвобождение метана из подповерхностных марсианских льдов, однако она не объясняет стабильную и повторяющуюся сезонность, тогда как биологическая модель с участием микрофлоры вполне укладывается в наблюдаемые закономерности.

Итоги миссии и дальнейшая позиция NASA по проблеме поисков внеземной жизни
Однако всё это стало известно гораздо позже. В 1976 году, сразу после первых сенсационных результатов эксперимента Viking, идея обнаружения жизни на Марсе подверглась жёсткой критике со стороны научного сообщества. В частности, эксперимент Labeled Release был обвинён в антропоцентризме, недостаточной проработке, отсутствии убедительных доказательств существования жизни и, по мнению критиков, неспособности их получить в принципе.

Несмотря на значительный объём собранных данных, их интерпретация не получила широкого признания в рецензируемой научной литературе. Сама идея обнаружения жизни на Марсе казалась многим слишком радикальной, поскольку поднимала сложные философские вопросы о положении человечества во Вселенной и происхождении жизни. Большинство учёных участвовавших в проекте впоследствии ушли из академической науки вовсе или жили в научной изоляции и впоследствии практически не публиковались. Исключение Клаус Биман, хотя его данные о полной стерильности Марса были подтверждены как ошибочные его ошибка сделала его самым академически "успешным" участником миссии.

Никто из участников проекта "Викинг" так и не узнал, стали ли они первыми людьми, обнаружившими внеземную жизнь, или же с ними сыграли злую шутку причуды необычной химии Красной планеты. Ответ на эту загадку предстоит найти нам.

NASA также дистанцировалось от темы прямого поиска жизни: все последующие марсианские миссии сосредоточились на поиске воды, оценке потенциальной обитаемости в прошлом, но миссия Викинг стала первым и последним проектом NASA с пакетом биологических экспериментов направленных на прямое обнаружение инопланетной жизни.

Моё личное мнение и интерпретация результатов
Для меня, как молекулярного биолога с почти двадцатилетним опытом, уже имеющихся экспериментальных данных достаточно, чтобы сделать вывод: на Марсе присутствует инопланетная бактериальная жизнь. Эти микроорганизмы, по всей видимости, анаэробны (не используют кислород в метаболизме) и выделяют метан как побочный продукт, что делает их функционально схожими с земными экстремофилами и почвенными бактериями. Эти бактерии адаптированы для жизни при низкой температуре и минимальной влажности и обитают в диапазоне темератур ниже нуля, но выдерживают кракосрочное нагревание до 46 градусов. Определение генома этой формы жизни должно стать одной из приоритетных задач современной космической биологии.

Насколько такая жизнь может быть опасна для Земли в случае успеха миссии по доставке марсианского грунта или высадки пилотируемой экспедиции на Марс - сказать сложно. Анаэробные, метан-продуцирующие экстремофилы с медленной кривой роста, скорее всего, не представляют серьёзной опасности для экосистемы Земли или астронавтов, на Земле таких бактерий и так предостаточно. В то же время, если марсианская жизнь использует альтернативную хиральность, то она может быть полностью неуязвима для иммунной системы земных организмов и, с этой точки зрения, представлять определённую опасность.

В любом случае, к будущим пилотируемым миссиям на Марс следует подходить с большей осторожностью и, по крайней мере, учитывать потенциальную возможность существования инопланетной микробиологии.

Настоящая статья написана на основе следующих источников:

📚Levin, G.V., & Straat, P.A. (2016). The Case for Extant Life on Mars and Its Possible Detection by the Viking Labeled Release Experiment. Astrobiology, 16(10), 798–810. https://doi.org/10.1089/ast.2015.1464

📚 Guaita, C. Did Viking discover life on Mars?. Eur. Phys. J. Plus 132, 346 (2017). https://doi.org/10.1140/epjp/i2017-11637-y

📚Decomposition of aqueous organic compounds in the Atacama Desert and in Martian soils November 2007Journal of Geophysical Research Atmospheres 112(G4) DOI: 10.1029/2006JG000312

📚Straat, P.A. (2019). To Mars with Love. BookBaby.

📚Публичные архивные данные NASA (включая материалы по миссиям Viking, Curiosity и Mars Science Laboratory)

Я ничего не понял или мне лень было читать статью: Эксперименты на Викингах однозначно показали на марсе наличие бактериальной жизни, но научное сообщество было не готово к столь радикальной идее и решило, что результатов экспериментов недостаточно для подтврждения наличия жизни. Впоследствии результаты миссии забылись, учёные в составе миссии или уволились или стали заниматься другими проектами, а на новых миссиях на Марс NASA больше биологические эксперименты не проводила.