НАСА неволно е провела необичаен експеримент на Марс. Части от космическия апарат на мисията „Марс 2020“, изхвърлени преди навлизането му в атмосферата на Червената планета, са се разбили в повърхността и са образували пет кратера.

Пет години след кацането на Perseverance учените използват тези изкуствени кратери, за да измерят физическите свойства на марсианския грунт – с предимството, че за разлика от естествените метеорити знаят много повече за обектите, които са го ударили.

Необичайният експеримент започва на 18 февруари 2021 г., когато космическият апарат „Марс 2020“ се приближава към планетата, за да достави марсохода Perseverance в кратера Йезеро.

Преди навлизането в марсианската атмосфера крейсерският модул се отделя от спускаемия апарат. Малко след това са освободени и два волфрамови баластни елемента с маса около 77 килограма всеки.

Тези тежести имат инженерна функция – чрез тях се управлява разпределението на масата и центърът на тежестта на апарата при подготовката за атмосферното навлизане. След изпълнението на задачата си те вече не са необходими и са изхвърлени.

Заедно с тях към Марс продължава и отделеният крейсерски модул, който при навлизането в атмосферата се разпада на фрагменти.

Резултатът е пет нови кратера, открити впоследствие чрез изображения от орбита.

Те се намират приблизително 70 километра северозападно от кратера Йезеро, където Perseverance извършва основната си научна мисия.

За установяването на точните им позиции учените използват данни от камерите CTX и HiRISE на Mars Reconnaissance Orbiter, както и предварителните изчисления за районите, в които е трябвало да паднат отделените компоненти.

Петте кратера са разположени достатъчно близо един до друг, за да бъде направена връзка между тях и изхвърлените части на „Марс 2020“.

Двата плътни волфрамови баласта вероятно са останали цели при преминаването през атмосферата. Крейсерският модул, напротив, се е раздробил на най-малко три големи фрагмента.

Точното разпределение на петте кратера между отделните части не е напълно очевидно само от изображенията, затова изследователите комбинират наблюденията с предварително изчислените траектории и компютърни модели на ударите.

Това, което превръща случаят в толкова ценен научен експеримент, е, че учените разполагат с информация, която почти никога нямат при естествените кратери.

Когато метеорит удари Марс, впоследствие може да бъде измерен полученият кратер, но обикновено остава неизвестно колко точно е тежал обектът, каква е била неговата форма, плътност, скорост и под какъв ъгъл е попаднал в атмосферата.

При компонентите на космически апарат значителна част от тези параметри е известна предварително.

Именно затова изхвърленото оборудване се превръща в своеобразен калибриран ударен експеримент.

При отделянето си апаратът се е движел спрямо Марс с приблизително 4,7 километра в секунда, а последвалите удари в повърхността са били силно коси – под ъгъл около 10 градуса.

Кратерите са с размери от порядъка на няколко метра.

Учените сравняват реалните им диаметри и формата на изхвърления материал с резултатите от числени симулации на високоскоростни удари.

Точно тук се появява най-интересният резултат.

Марсианският материал в този район се оказва по-слаб и по-рохкав, отколкото би могло да се заключи при използването на стандартни зависимости за размера на ударните кратери.

При много модели размерът на кратера се използва, за да се направи обратна оценка за характеристиките на обекта, който го е създал.

Но новото изследване показва колко внимателно трябва да се прави това.

Размерът на получения кратер зависи не само от енергията на удара, но и от плътността на ударния обект, здравината на повърхността, скоростта и особено от ъгъла на сблъсъка.

При много плътен обект като волфрамовия баласт, който удря сравнително слаб материал под малък ъгъл, стандартните опростени модели могат да доведат до сериозни отклонения.

Изследователите използват специализирани симулации на ударните процеси, за да оценят механичните свойства на грунта.

Резултатите сочат много ниска кохезия на материала – от порядъка на под един килопаскал при предпочитаните модели, с допълнителна несигурност заради скоростта, ъгъла и идентифицирането на конкретните кратери.

Това описва сравнително слаб, рохкав повърхностен материал – много по-близък до пясък, отколкото до здрава скала.

Тук има важно уточнение.

Това не означава, че цялата повърхност на Марс има еднаква здравина. Измерването се отнася до конкретния район и до плиткия слой материал, засегнат от тези удари.

Марс има изключително разнообразна геология – от пясъчни дюни и прахови натрупвания до седиментни пластове и твърди вулканични скали.

Получените резултати обаче са ценни именно защото дават независимо измерване на механичните характеристики на един конкретен терен.

Идеята да се използват части от космически апарати като ударни сонди също не възниква за първи път с Perseverance.

След кацането на Curiosity през 2012 г. Mars Reconnaissance Orbiter наблюдава следи от ударите на крейсерския модул и волфрамови баластни тежести на мисията Mars Science Laboratory.

Още тогава НАСА посочва, че такива добре характеризирани изкуствени удари могат да помогнат за интерпретирането на естествените кратери на Марс.

Разликата е, че съвременните числени модели и подробните изображения позволяват тази идея да бъде развита значително по-далеч.

В планетарната наука съществуват и мисии, при които ударът изобщо не е случаен страничен ефект, а основна част от експеримента.

Японската Hayabusa2 използва специален ударен апарат върху астероида Ryugu, за да разкрие материал под повърхността.

При мисията DART на НАСА целият космически апарат беше умишлено разбит в астероидния спътник Dimorphos през 2022 г., за да бъде проверено дали кинетичен удар може измеримо да промени движението на небесно тяло.

При „Марс 2020“ ситуацията е различна.

Баластите и крейсерският модул не са били проектирани като научни снаряди. Тяхното падане е предвидим резултат от архитектурата на мисията, но създадените кратери първоначално не са основна част от научната програма.

Именно това прави резултата интересен за бъдещите мисии.

Ако даден космически апарат така или иначе трябва безопасно да освободи компонент преди кацане, траекторията, масата и характеристиките му могат да бъдат документирани достатъчно прецизно, за да се използва последвалият удар за научни измервания.

Така част, която иначе би била просто космически отпадък, може да се превърне в допълнителен инструмент за изследване на повърхността.

Разбира се, подобен подход трябва да бъде съобразен с изискванията за планетарна защита, безопасността на основната мисия и необходимостта да не бъдат замърсявани научно ценни райони.

Но петте кратера край Йезеро показват колко информация може да бъде извлечена дори от непланиран експеримент.

Два волфрамови баласта и няколко парчета космически апарат са били предназначени просто да бъдат изхвърлени. Пет години по-късно следите от падането им помагат на учените да разберат колко здрава – или колко рохкава – е повърхността на друга планета.