Спускаемый аппарат Викинг-1 готовится к сухой тепловой стерилизации на Земле — это по-прежнему «Золотой стандарт»[1] среди способов предотвращения техногенной панспермии.
Планетарная защита является руководящим принципом при разработке любой межпланетной миссии. Целью является предотвращение биологического загрязнения как целевого небесного тела, так и Земли[2][3]. Планетарная защита связана прежде всего с неизвестным характером космической среды, а также желанием научного сообщества сохранить первозданную природу небесных тел, пока они не будут изучены в деталях.
Выделяют два типа межпланетного загрязнения:
1) Техногенная панспермия путём передачи жизнеспособных организмов с Земли на другое небесное тело. Основной целью планетарной защиты в этом случае является сохранение первозданных природных процессов, предотвращение попадания организмов с Земли.
2) Обратное загрязнение путём передачи внеземных организмов, если таковые существуют, в биосферу Земли. Здесь главной целью планетарной защиты является недопущение распространения в биосфере чужеродных организмов.
В 1958 году[5]Национальная академия наук США(англ.U.S. National Academy of Sciences) первой приняла резолюцию, в которой призвала планировать лунные и планетные исследовательские миссии с большой осторожностью, с тем, чтобы не сделать последующие исследования других небесных тел по поиску внеземной жизни невозможными из-за земных организмов, которые могли бы быть занесены на них в ходе исследований.
Это привело к созданию комитета по загрязнению внеземными исследованиями (англ. Committee on Contamination by Extraterrestrial Exploration) который в течение года выступил с рядом рекомендаций по стерилизации космических аппаратов. В самой организации придерживались мнения, что стерилизация является временной мерой, а Марс и Венера должны оставаться не загрязнёнными только до момента их исследования пилотируемыми космическими аппаратами[6].
В 1959 году функции обеспечения планетарной защиты были переданы комиссии по исследованию космического пространства (англ. Committee on Space Research) или КОСПАР (англ. COSPAR). В 1964 году КОСПАР было издано распоряжение № 26:
…подтверждаем, что поиск внеземной жизни является важной задачей космических исследований, что планета Марс является единственным местом, доступным для проведения этого поиска в обозримом будущем, что загрязнение планеты может значительно осложнить процесс поиска или даже сделать его невозможным. Поэтому необходимо принять все практические шаги для предотвращения техногенной панспермии до тех пор, пока эти поиски не дадут удовлетворительного результата. Сотрудничество в планировании миссий и поиске надлежащих методов стерилизации, чтобы избежать такого загрязнения, необходимо со стороны всех государств принимающих участие в таких исследованиях[7].
Оригинальный текст (англ.)
...affirms that the search for extraterrestrial life is an important objective of space research, that the planet of Mars may offer the only feasible opportunity to conduct this search during the foreseeable future, that contamination of this planet would make such a search far more difficult and possibly even prevent for all time an unequivocal result, that all practical steps should be taken to ensure that Mars be not biologically contaminated until such time as this search can have been satisfactorily carried out, and that cooperation in proper scheduling of experiments and use of adequate spacecraft sterilization techniques is required on the part of all deep space probe launching authorities to avoid such contamination.
Договор о космосе
Договор о космосе — межправительственный документ, являющийся основой международного космического права. Подписывая договор, государства обязались следовать принципу планетарной защиты.
Страны, подписавшие и ратифицировавшие договор Страны, которые только подписали договор Страны, которые не подписали договор
27 января 1967 года ведущие космические державы подписали договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела. В том же году США, СССР и Великобритания ратифицировали этот договор, создав правовую основу для планетарной защиты, принцип которой описан в статье IX этого договора:
Статья IX: … Государства-участники Договора о космосе осуществляют изучение и исследование космического пространства, включая Луну и другие небесные тела и ведут исследования на их поверхности таким образом, чтобы избежать техногенной панспермии, а также неблагоприятных изменений в биосфере Земли вследствие обратного загрязнения. В случае необходимости, принимаются необходимые меры для этих целей…[8][9]
Оригинальный текст (англ.)
Article IX: ... States Parties to the Treaty shall pursue studies of outer space, including the Moon and other celestial bodies, and conduct exploration of them so as to avoid their harmful contamination and also adverse changes in the environment of the Earth resulting from the introduction of extraterrestrial matter and, where necessary, shall adopt appropriate measures for this purpose...
По состоянию на октябрь 2011 года 100 стран являются государствами-участниками договора, а ещё 26 подписали договор, но не завершили ратификацию. В их числе все космические державы, а также государства стремящиеся приобрести этот статус.
Основой для сегодняшних космических исследований является принцип:
Любых загрязнений, которые могут причинить ущерб исследовательским программам государства участника, следует избегать.
Оригинальный текст (англ.)
Any contaminants that can damage the research programs of the State party should be avoided.
Политика НАСА (англ. NASA) на сегодняшний день направлена на неукоснительное выполнение этого основополагающего принципа[10].
КОСПАР: Рекомендации и категории
Комитет по исследованию космического пространства собирается раз в два года, в составе 2—3 тысяч учёных[11]. Одной из задач комитета является создание рекомендаций, направленных на предотвращение межпланетных загрязнений. Правовой основой является статья IX Договора о космосе[12] (см. выше подробно).
Рекомендации, которые даёт КОСПАР[13], зависят от типа миссии и уровня изученности целевого небесного тела. КОСПАР классифицирует все миссии в 5 основных категорий:
Категория I : Любая миссия в места, не представляющие непосредственного интереса для исследования химической эволюции и/или происхождения жизни. К таким местам относят, например, Солнце или Меркурий[14].
Категория II : Любая миссия в места, представляющие непосредственный интерес для исследования химической эволюции и/или происхождения жизни. При этом риск того, что загрязнение с аппарата может поставить под угрозу исследование, крайне мал. Например: Луна, Венера или кометы. Требуется лишь документация целей миссии. По завершении миссии требуется задокументировать любое непреднамеренное воздействия, если таковое имело место[14].
Спускаемый аппарат Викинг-1 в контакте с марсианским грунтом (траншея левее центра вырыта грунтозаборником)Категория III : Миссия с пролётной траекторией или выход на орбиту в местах, представляющих непосредственный интерес для исследования химической эволюции и/или происхождения жизни. При этом риск того, что загрязнение с аппарата может поставить под угрозу исследование, чрезвычайно высок. К таким местам относятся: Марс, Европа, Энцелад. Требуется более серьёзная оценка потенциально возможного воздействия, чем в случае с миссиями категории II. К каждой конкретной миссии могут предъявляться дополнительные требования, такие как: расчёт траектории смещения, чистое сборочное помещение, снижение биологической нагрузки[14].
Категория IV : Миссия с использованием зонда, спускаемого аппарата и/или планетохода в местах, представляющих непосредственный интерес для исследования химической эволюции и/или происхождения жизни. Как правило, как и в случае с миссиями категории III, к каждой конкретной миссии выдвигаются определённые требования. Так, например, полная стерилизация может потребоваться для зонда, спускаемого аппарата и/или планетохода, если миссия включает в себя поиск внеземной жизни. Также если в ходе миссии планируется посадка или перемещения в регионе, где наземные микроорганизмы могут выжить и развиваться, или где могут присутствовать местные формы жизни. Для остальных зондов, спускаемых аппаратов и/или планетоходов требуется лишь частичная стерилизация[15].
Миссии категории IV подразделяются дополнительно[13]:
Категория IVa : зонд, спускамый аппарат или планетоход, в цели которого не входит поиск марсианской жизни. Уровень биологической нагрузки не более 300 микроорганизмов на 1 квадратный метр (но не более 30 тыс. микроорганизмов на весь аппарат).
Категория IVb : зонд, спускаемый аппарат или планетоход, в цели которого входит поиск жизни. Добавляются дополнительные требования для предотвращения загрязнения образцов.
Категория IVc : при наличии у зонда, спускаемого аппарата или планетохода целей в специальных областях Марса (см. ниже подробно), весь аппарат должен быть подвергнут стерилизации с остаточной биологической нагрузкой не более 30 микроорганизмов.
Категория V : Отдельная категория, регулирующая миссии, в ходе которых планируется возврат образцов с небесных тел на Землю. Подразделяется на:
Категория V(неограниченный возврат) : Образцы из мест, где в представлении современной науки нет жизни. Возможность обратного загрязнения ничтожно мала. Никаких особых требований не предъявляется.
Категория V (ограниченный возврат) : В случаях, когда современная наука не может гарантировать отсутствие жизни на целевом небесном теле, выдвигаются дополнительные требования, такие как помещение в карантин образцов, а также любого аппаратного обеспечения, принимавшего участие в миссии.
Специальные области Марса
Специальные области Марса — выделенные КОСПАР области Марса, в которых могут легко выжить и распространиться земные организмы, а также велик потенциал существования марсианских форм жизни. К таким местам относятся области, в которых периодически образуется жидкая вода, а также другие благоприятные места для развития жизни, исходя из современного понимания требований к её развитию.
В случае работы в этих областях, зонд, спускаемый аппарат и/или планетоход должны быть подвергнуты полной стерилизации для соответствия категории IVc.
Целевые категории
Наиболее изученные цели космических миссий легко поддаются классификации и получают соответствующие категории. Другие получают предварительные категории до появления большего количества данных.
Категория I
Не представляют непосредственный интерес для понимания процессов химической эволюции и/или происхождения жизни
Оригинальный текст (англ.)
Not of direct interest for understanding the process of chemical evolution or the origin of life
Ио, Солнце, Меркурий и неидифференцированные метаморфизованные астероиды.
Категория II
…где есть лишь небольшой вероятность, что загрязнение космическими аппаратами может поставить под угрозу будущие исследования. В этом случае небольшой вероятность обусловлена отсутствием на небесном теле мест благоприятных для размножения земных организмов и/или очень низкую вероятность передачи их туда.
Оригинальный текст (англ.)
… where there is only a remote chance that contamination carried by a spacecraft could jeopardize future exploration”. In this case we define “remote chance” as “the absence of niches (places where terrestrial microorganisms could proliferate) and/or a very low likelihood of transfer to those places.
К объектам предварительной категории II выдвигаются требования, аналогичные требованиям основной категории. Для уточнения категории каждого из объектов, отнесённых в предварительную категорию II, требуются дальнейшие исследования.
Категория III/IV
…где есть серьёзная вероятность, что загрязнение космическими аппаратами может поставить под угрозу будущие исследования. В этом случае серьёзная вероятность обусловлена наличием на небесном теле мест благоприятных для размножения земных организмов и/или очень высокую вероятность передачи их туда.
Оригинальный текст (англ.)
… where there is only a remote chance that contamination carried by a spacecraft could jeopardize future exploration”. In this case we define “remote chance” as “the absence of niches (places where terrestrial microorganisms could proliferate) and/or a very low likelihood of transfer to those places.
Марс, из-за возможности поверхностной обитаемости
Европа, из-за возможной обитаемости подповерхностного океана
Энцелад, из-за обнаруженных водных гейзеров
Категория V
Неограниченный возврат V: «Миссии с возвратом на Землю из мест, по мнению научного сообщества не имеющих коренных форм жизни»
Оригинальный текст (англ.)
Unrestricted Category V: “Earth-return missions from bodies deemed by scientific opinion to have no indigenous life forms.”
Ограниченный возврат V: «Миссии с возвратом на Землю из мест, по мнению научного сообщества имеющих интерес для изучения биохимической эволюции и/или происхождения жизни.»
Оригинальный текст (англ.)
Restricted Category V: "Earth-return missions from bodies deemed by scientific opinion to be of significant interest to the process of chemical evolution and/or the origin of life."
Неограниченный возврат: Луна, Венера
Ограниченный возврат: Марс, Европа, Энцелад
Другие объекты
При отсутствии следов активности небесного тела в течение 3 млрд лет, или отсутствии вероятности повреждения поверхности небесного тела воздействием с Земли, целевое тело относится к категории I. В противном случае категория может быть пересмотрена.
Уравнение Коулмана-Сагана
Цель нынешних требований КОСПАР — снижение уровня биологической нагрузки АМС или пилотируемых аппарата до приемлемого уровня, в соответствии с категорией целевого небесного тела. Приемлемым считается вероятность межпланетного загрязнения в 0,1 %. Вероятность, как правило, рассчитывается путём перемножения количества микроорганизмов на космическом корабле, вероятности распространения их на целевом небесном теле, а также некоторых других факторов, связанных с возможным сокращением биологической нагрузки за время миссии.
Для расчётов используется уравнение Коулман-Сагана.
.
где:
= Изначальное количество микроорганизмов на космическом корабле.
= Уменьшений из-за условий на космическом корабле до и после запуска.
= Вероятность того, что микроорганизмы с космического корабля попадут на поверхность целевого небесного тела.
= Вероятность того, что космический аппарат окажется на поверхности целевого небесного тела — 1 для спускаемых аппаратов.
= Вероятность того, что микроорганизмы попадут в окружающую среду. На Земле, как правило, значение равно 1.
= Вероятность роста на целевом небесном теле. Для водных целей значение всегда 1.
Тогда требование для
Значение было выбрано Саганом и др., несколько произвольно. Коулман и Саган предположили, что в ходе экзобиологических исследований Марса, до начала колонизации людьми, будет отправлено более 60 миссий на поверхность и не менее 30 на орбиту планеты. При таком количестве миссий, для сохранения вероятности межпланетного загрязнения на уровне не более 0,1 %, уровень биологической нагрузки, по их мнению, не должен был превышать это значение.
Критика
Уравнение Коулмана—Сагана было подвергнуто критике, поскольку отдельные параметры часто известны не точнее приблизительной величины. Например толщина поверхностного льда Европы, которая доподлинно неизвестна. Лёд может быть тонким в некоторых местах, что может привнести высокий уровень неопределённости в уравнение.
Кроме того, большое количество критики было высказано из-за допущения о конце периода защиты и последующего освоения небесного тела человеком. В случае с той же Европой, это будет проблемно, так как потребует защиты от загрязнения с достаточной вероятностью на протяжении долго времени.
Ричард Гринберг предложил альтернативу — использовать стандарт естественного загрязнения. Идея заключается в том, что человеческие миссии к Европе не должны иметь больший шанс загрязнения целевого тела, чем шанс загрязнения этого тела метеоритами с Земли, естественным процессом.
Вероятность межпланетного загрязнения земными микробами в результате человеческой деятельности значительно меньше, чем вероятность того, что такое загрязнение происходит естественно, экзобиологические исследования, по нашему мнению, не могут причинять вреда. Мы называем эту концепцию стандарт естественного загрязнения.
Оригинальный текст (англ.)
As long as the probability of people infecting other planets with terrestrial microbes is substantially smaller than the probability that such contamination happens naturally, exploration activities would, in our view, be doing no harm. We call this concept the natural contamination standard.
Другой подход к миссиям на Европу подразумевает использование бинарных деревьев, за использование которых выступает Комитет по стандартам планетарной защиты для ледяных тел в Солнечной системе, существующий под эгидой Совета космических исследований. В этом случае процесс занимает семь шагов, и приводит к окончательному решения вопроса о целесообразности отправки миссии.
Рекомендация: Подходы к достижению планетарной защиты не должны полагаться на умножение оценок биологической нагрузки для расчета вероятности заражения тел Солнечной системы земными организмами, если научные данные однозначно не определяют значения, статистическую вариацию и взаимную независимость каждого из факторов, используемых в уравнение.
Рекомендация: Подходы к достижению планетарной защиты для миссий к ледяным телам Солнечной системы должны использовать серию бинарных решений, которые учитывают каждый фактор, чтобы определить соответствующий уровень использования процедур планетарной защиты.
Оригинальный текст (англ.)
Recommendation: Approaches to achieving planetary protection should not rely on the multiplication of bioload estimates and probabilities to calculate the likelihood of contaminating Solar System bodies with terrestrial organisms unless scientific data unequivocally define the values, statistical variation, and mutual independence of every factor used in the equation. Recommendation: Approaches to achieving planetary protection for missions to icy Solar System bodies should employ a series of binary decisions that consider one factor at a time to determine the appropriate level of planetary protection procedures to use.
Сдерживание и карантин для миссий категории V с ограниченным возвратом
Процедуры дезактивации
Предотвращение воздействия
Споры
Предложения о защите из не биологических соображений
A policy review of the Outer Space Treaty concluded that, while Article IX “imposed international obligations on all state parties to protect and preserve the environmental integrity of outer space and celestial bodies such as Mars,” there is no definition as to what constitutes harmful contamination, nor does the treaty specify under what circumstances it would be necessary to “adopt appropriate measures” or which measures would in fact be “appropriate”
An earlier legal review, however, argued that “if the assumption is made that the parties to the treaty were not merely being verbose” and “harmful contamination” is not simply redundant, “harmful” should be interpreted as “harmful to the interests of other states,” and since “states have an interest in protecting their ongoing space programs,” Article IX must mean that “any contamination which would result in harm to a state’s experiments or programs is to be avoided”
Current NASA policy states that the goal of NASA’s forward contamination planetary protection policy is the protection of scientific investigations, declaring explicitly that “the conduct of scientific investigations of possible extraterrestrial life forms, precursors, and remnants must not be jeopardized”
Марс — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размеру планета Солнечной системы. Наряду с Меркурием, Венерой и Землёй принадлежит к семейству планет земной группы. Названа в честь Марса — древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей минералом маггемитом — γ-оксидом железа(III), Марс называют Красной планетой.
Гравитацио́нный манёвр, реже пертурбацио́нный манёвр, — целенаправленное изменение траектории и скорости полёта космического аппарата под действием гравитационных полей небесных тел.
Марсохо́д — планетоход, передвигающийся по поверхности Марса. Мягкая посадка марсоходов осуществляется с помощью спускаемых аппаратов.
Пансперми́я — гипотеза о возможности переноса живых организмов или их зародышей через космическое пространство. Следствием этой гипотезы является предположение о зарождении жизни на Земле в результате занесения её из космического пространства.
Планетоло́гия — это комплекс наук, изучающих планеты и их спутники, а также солнечную систему в целом и другие планетные системы с их экзопланетами. Планетология изучает физические свойства, химический состав, строение поверхности, внутренних и внешних оболочек планет и их спутников, а также условия их формирования и развития.
Астробиоло́гия (экзобиоло́гия) — научная дисциплина, рассматривающая возможность появления, эволюции и сохранения жизни на других планетах во Вселенной. Астробиология опирается на научные достижения в области физики, химии, астрономии, биологии, экологии, планетологии, географии, геологии и космонавтики для исследования возможности существования внеземной жизни. В решении некоторых задач астробиология тесно соприкасается с космической биологией и космической медициной, возникшими в связи с активным проникновением человека в космическое пространство. Астробиология осуществляет поиск пригодной для жизни среды обитания как в Солнечной системе, так и за её пределами, поиск доказательств предбиотической химии, лабораторные и практические исследования происхождения и раннего развития жизни на Земле, а также исследования потенциальных возможностей жизни в части приспособления к сложным условиям на Земле и в космосе.
Автоматическая межпланетная станция (АМС) — беспилотный космический аппарат, предназначенный для полёта в межпланетном космическом пространстве с выполнением задач по исследованию объектов Солнечной системы и космического пространства. Космические обсерватории (телескопы), выведенные за пределы геоцентрической орбиты, но предназначенные главным образом для исследований за пределами Солнечной системы, к АМС не относятся.
Mars Sample Return Mission — предложенная межпланетная космическая экспедиция на Марс, целью которой является сбор образцов марсианского грунта и доставка его на Землю для анализа, совместный проект НАСА и ЕКА. Если экспедиция стартует в 2026 году, то на Землю образцы прибудут предположительно в 2031 году.
Планетохо́д — аппарат, предназначенный для передвижения по поверхности другой планеты, карликовой планеты, спутника. Одни планетоходы проектируются в качестве транспортных средств для перевозки членов экипажа космической экспедиции, другие как исследовательские — беспилотные, дистанционно управляемые аппараты для изучения поверхности. Планетоходы доставляются на поверхность исследуемого небесного тела посадочными модулями, которые могут являться как самостоятельными, так и отделяемыми космическими аппаратами.
Орбитальный аппарат — это беспилотный космический аппарат для исследования планеты или другого небесного тела с орбиты вокруг этого тела.
Исследование и изучение Марса — это научный процесс сбора, систематизации и сопоставления данных о четвёртой планете Солнечной системы. Процесс изучения охватывает различные области знания, в том числе астрономию, биологию, планетологию и другие.
Здесь представлена история исследования Солнечной системы в хронологическом порядке запуска космических аппаратов. Список включает:
Все космические аппараты, покинувшие орбиту Земли с целью исследования Солнечной системы, в том числе аппараты для исследования Луны.
Небольшое число первых в своём роде или примечательных аппаратов, выведенных на околоземную орбиту.
Великая Северная равнина — крупнейшая низменность на планете Марс. Расположена в северных широтах планеты и окружает северный полярный регион. Иногда её называют просто Северной равниной или Северной низменностью Марса. Равнина лежит на 4-5 км ниже среднего радиуса планеты. На севере лежит Planum Boreum.
«Мангальян», или Mars Orbiter Mission (MOM) — индийская автоматическая межпланетная станция (АМС), исследовавшая Марс с орбиты искусственного спутника в 2014—2022 годах.
Tersicoccus phoenicis (лат.) — вид грамположительных бактерий семейства Micrococcaceae. Он был обнаружен в двух чистых комнатах и устойчив к основным методам уборки этих помещений. Родовое название образовано от лат. tergere «тереть, вытирать, чистить» и др.-греч. κόκκος «косточка (плода), семячко, зерно»; видовой эпитет phoenicis происходит от космического аппарата Феникс NASA, в котором впервые были обнаружены эти бактерии. 23 мая 2014 года Международный институт изучения видов включил Tersicoccus phoenicis в список «Десять самых замечательных видов» 2014 года благодаря необычному месту открытия и устойчивости к стерилизации.
Europa Lander — проект спускаемого аппарата в рамках астробиологической миссии по изучению Европы, спутника Юпитера, разрабатывавшийся НАСА во второй половине 2010-х годов. По состоянию на 2023 год, миссия Europa Lander не включена в бюджет NASA и не является приоритетной в соответствии с десятилетним обзором планетарной науки, подготовленном в 2022 году для NASA Национальным научным фондом США.
«Персеве́ранс» — марсоход, разработанный для исследования кратера Езеро на Марсе в рамках экспедиции НАСА «Марс-2020». Был изготовлен Лабораторией реактивного движения НАСА и запущен к Марсу 30 июля 2020 года. Посадка на Марс была произведена 18 февраля 2021 года. По состоянию на 15 октября 2022 года марсоход преодолел 12 км 849,5 м.
Шукраян-1 — миссия Индийской организации космических исследований (ISRO) для изучения поверхности Венеры и её атмосферы.
Широкоугольная и планетарная камера 2 — один из основных инструментов, эксплуатировавшийся на космическом телескопе «Хаббл» с 1993 по 2009 год. Камера была изготовлена «Лабораторией реактивного движения» (США). В 1993 году в ходе первой миссии обслуживания STS-61 камера была установлена вместо «Широкоугольной и планетарной камеры». За время эксплуатации на борту космического телескопа «Хаббл» с помощью «Широкоугольной и планетарной камеры 2» было сделано большое количество изображений объектов, ранее недоступных для исследователей. Среди таких изображений Hubble Deep Field, туманность Песочные часы, туманность Яйцо, Hubble Deep Field South и другие. Самой известной фотографией, сделанной с помощью «Широкоугольной и планетарной камеры 2» является «Столпы творения». В 2009 году во время экспедиции обслуживания STS-125 «Широкоугольная и планетарная камера 2» была заменена на «Широкоугольную камеру 3». WFPC-2 была доставлена на Землю и в конце концов заняла место среди экспонатов Национального музея воздухоплавания и астронавтики Смитсоновского института в Вашингтоне, США.
Луис Фридман — американский авиаконструктор. Он родился в Нью-Йорке и вырос в Бронксе. Доктор Фридман был соучредителем Планетарного общества вместе с Карлом Саганом и Брюсом С. Мюрреем.
Эта страница основана на статье Википедии. Текст доступен на условиях лицензии CC BY-SA 4.0; могут применяться дополнительные условия. Изображения, видео и звуки доступны по их собственным лицензиям.