17. Возможность жизни на других телах Солнечной системы

17. Возможность жизни на других телах Солнечной системы

Нам остается обсудить вопрос о возможности жизни на Венере, а также на некоторых других планетах Солнечной системы. Долгое время Венера рассматривалась астрономами, а больше — литераторами как идеальная обитель жизни.

Казалось бы, все необходимые условия для развития жизни на этой планете имеются. Ее размеры, масса, сила тяжести почти такие же, как и на Земле. Она покрыта пеленой облаков (из-за которых никогда не видна ее поверхность) и окружена мощной (по выражению М. В. Ломоносова, «знатной») атмосферой. Венера купается в лучах Солнца. Ведь поток солнечного излучения через единицу ее поверхности почти в два раза больше, чем на Земле.

Увы, чем больше мы изучаем нашу космическую соседку, тем менее вероятны предположения о наличии там каких бы то ни было форм жизни. Как это ни покажется парадоксальным, исключительно суровые природные условия на поверхности Марса значительно более благоприятствуют развитию там жизни, чем на заведомо теплой (к сожалению, слишком теплой) Венере.

Прежде всего, в последние годы было показано, что Венера вращается вокруг своей оси значительно медленнее Земли и Марса. Проблемой определения периода вращения Венеры астрономы занимаются уже много десятилетий.

Вращение планеты должно вследствие эффекта Доплера приводить к смещению фраунгоферовых линий в спектре отраженного солнечного света. Его величина соответствует периоду вращения около 4 суток. Другой способ сводится к определению скорости перемещения слабых деталей, видимых на ультрафиолетовых фотографиях планеты. Он также дает период около 4 суток. Однако все эти наблюдения относятся к довольно высоким областям атмосферы, около 70 км над поверхностью, и на самом деле дают не скорость вращения твердого тела планеты, а просто среднюю скорость ветра, перемещающего венерианские облака по линиям, приблизительно параллельным экватору. Картина этих движений была довольно детально изучена в результате фотографирования Венеры с близкого расстояния, проведенного на американском космическом аппарате «Маринер-10».

Истинную скорость вращения планеты позволяет определить только радиолокационный метод. Общеизвестно, что таким методом по времени запаздывания отраженного от планеты радиоимпульса можно с большой точностью определить расстояние до нее.

Изучая, однако, характер отраженного сигнала, можно получить еще дополнительную информацию о свойствах планеты. Если посылаемый на Венеру радиоимпульс сосредоточен в очень узком интервале частот (или, как говорят в радиотехнике, является «узкополосным»), то у отраженного сигнала интервал частот, вообще говоря, увеличивается. В самом деле, благодаря вращению планеты примерно половина излучения будет отражаться от той ее стороны, которая в данный момент движется от наблюдателя, а половина — от той стороны, которая движется к наблюдателю. Из-за явления Доплера это приведет к соответствующему уменьшению и увеличению частот отраженного сигнала. Так как мы можем анализировать только полный импульс, отраженный от всей поверхности планеты (а не, скажем, от ее правой части), то, очевидно, интервал частот, в котором сосредоточено отраженное излучение, будет больше, чем у посылаемого радиоимпульса. Он будет тем больше, чем больше скорость вращения планеты.

Именно такие эксперименты были поставлены, начиная с 1961 г., в СССР и США, но первая попытка не привела к однозначным результатам. Было установлено, однако, что период вращения Венеры не менее 10 дней и есть большая вероятность, что этот нижний предел следует поднять до 190 дней. Так как период обращения этой планеты вокруг Солнца равен 225 дням, то можно было ожидать, что. периоды вращения вокруг ее оси и обращения вокруг Солнца одинаковы.

Именно это наблюдается, например, у Луны. Однако действительность оказалась более «богатой». Тщательные американские и советские радиолокационные наблюдения привели к удивительному результату: направление вращения Венеры обратное (по сравнению с направлением вращения других планет, в частности Земли), а период вращения — 243 дня, причем ось вращения перпендикулярна к плоскости ее орбиты. По этой причине воображаемый наблюдатель, находящийся в каком-нибудь пункте поверхности Венеры, видел бы восход и заход Солнца всего лишь два раза в году (разумеется, венерианском). Ясно, что это не благоприятствует развитию жизни на планете, хотя, конечно, не исключает полностью такую возможность. Любопытно, что во время нижнего соединения (т. е. когда расстояние между Венерой и Землей минимально) Венера повернута к Земле всегда одной и той же стороной.

Любопытно также, что, как сравнительно недавно выяснилось, такой же особенностью обладает и Меркурий. Радиолокационным методом был определен период вращения этой планеты, оказавшийся в точности равным 2/3 периода его обращения вокруг Солнца.

По-видимому, факт медленного вращения обеих планет имеет глубокое космогоническое значение, т. е. его причина связана с условиями образования и последующей эволюции планет земной группы. Среди прочих гипотез, пытающихся объяснить это необычное явление, обращает на себя внимание одна, высказанная разными авторами. Эта гипотеза частично подкреплена математическими расчетами и, на наш взгляд, заслуживает самого серьезного внимания. Прежде всего требует объяснения чрезвычайно малый период осевого вращения Венеры. Если медленное вращение Меркурия еще можно объяснить действием солнечных приливов, то такое же объяснение для Венеры сталкивается со значительными трудностями. И тут выдвигается гипотеза, что Венеру затормозил… Меркурий, некогда бывший ее спутником!

Наша Земля обладает относительно очень крупным спутником — Луной. По существу, в этом случае можно даже говорить о двойной планете. За миллиарды лет система «Земля — Луна» под влиянием приливов претерпела значительную эволюцию. Было, например, время, когда обе планеты были весьма близки и период вращения Земли исчислялся немногими часами[50]. Можно полагать, что еще более значительную эволюцию претерпела двойная система «Венера — Меркурий». Так же, как и в случае системы «Земля — Луна» вначале нынешние две внутренние планеты образовали очень тесную пару с быстрым осевым вращением. Из-за приливов расстояние между планетами увеличивалось, а осевое вращение замедлялось. Когда большая полуось орбиты достигла ~500 тыс. км, эта пара «разорвалась», т. е. планеты перестали быть гравитационно связанными. Заметим, что разрыв пары «Земля — Луна» не произошел по причине сравнительно малой массы Луны и большего расстояния до Солнца. Как след этих давно минувших событий, остался значительный эксцентриситет орбиты Меркурия и общность ориентации Венеры и Меркурия в нижнем соединении. Эта гипотеза также объясняет отсутствие спутников у Венеры и Меркурия и сложный рельеф поверхности Венеры, который можно объяснить деформацией ее коры мощными приливными силами от довольно массивного Меркурия.

Недавно с помощью наземных оптических наблюдений было обнаружено, что самая удаленная от Солнца планета Плутон является двойной. Его спутник в пять раз меньше Плутона в поперечнике и удален от него на 35000 км, причем период обращения равен семи часам. Не является ли двойственность общим свойством небольших планет, обусловленным условиями их образования? Как же тогда быть с Марсом? И не был ли его спутником гипотетический Фаэтон, якобы оставивший после себя пояс астероидов? Впрочем, мы увлеклись и нам пора вернуться к планете Венере.

Большое значение для проблемы обитаемости Венеры имеет вопрос о температуре ее поверхности. До последнего времени астрономическими методами можно было определить температуру только вершины облачного слоя, сплошной пеленой окутывающего поверхность планеты. Эта температура оказалась довольно низкой: около –40 °C. Однако очевидно, что никаких выводов о температуре поверхности Венеры отсюда нельзя сделать. Даже высота облачного слоя над поверхностью планеты была неизвестна.

Крупнейшим достижением радиоастрономии было измерение температуры поверхности Венеры. Такое измерение оказалось возможным потому, что для радиоволн облака этой планеты почти прозрачны. Поверхность планеты, как всякое нагретое тело, излучает электромагнитные волны, в частности радиоволны. Из физики известно, что мощность теплового излучения нагретого тела совершенно определенным образом зависит от его температуры. Поэтому, измерив поток радиоизлучения от планеты, можно в принципе путем простых вычислений найти температуру ее излучающей поверхности. Правда, на практике задача оказывается значительно более сложной. Ведь существуют и другие физические процессы, которые могут привести к довольно мощному радиоизлучению, например грозовые разряды в атмосфере планеты. Но, производя наблюдения на разных волнах радиодиапазона, можно доказать, что радиоизлучение действительно является тепловым. Это будет верно в том случае, если на всех волнах эквивалентная температура (определяемая по потоку радиоизлучения на соответствующей волне) окажется одинаковой.

На рис. 67 приведены результаты измерений эквивалентной радиотемпературы Венеры на разных волнах. Вертикальные черточки, как обычно, указывают на вероятные погрешности измерений. Кроме того, измерялась зависимость эквивалентной температуры от фазы планеты. Выводы из радиоастрономических наблюдений Венеры можно сформулировать следующим образом:

1) в очень широком диапазоне длин волн от 1,3 до 20 см эквивалентная радиотемпература Венеры находится в пределах 550–600 К; 2) на миллиметровых волнах эквивалентная температура значительно ниже и близка к 400 К. Переход от одной температуры к другой происходит где-то около длины волны 1,3 см.

Наиболее вероятное объяснение радиоастрономических данных состоит в следующем. На волнах более 1,3 см атмосфера Венеры прозрачна. Поэтому измеренная радиотемпература есть температура поверхности планеты, которая, как оказывается, необыкновенно высока. Уменьшение эквивалентной температуры Венеры на волнах миллиметрового диапазона объясняется поглощением углекислого газа СО₂

Изучение зависимости эквивалентной температуры Венеры от фазы планеты позволило сделать вывод, что разница ночных и дневных температур сравнительно невелика.

Эти результаты оказались для астрономов довольно неожиданными. Однако ничего сверхъестественного в столь высокой температуре Венеры нет. Представим себе, что в атмосфере Венеры содержится газ, сравнительно прозрачный для видимого излучения Солнца и почти непрозрачный для инфракрасного теплового излучения планеты. В этом случае отвод тепла от поверхности планеты будет сильно затрудняться, и даже та относительно небольшая доля солнечных лучей, которая проникает сквозь облачный слой, сможет нагреть поверхность до высокой температуры. Это явление часто называют «парниковым эффектом», хотя этот термин не совсем точно отражает суть дела.

Парниковый эффект создается в результате поглощения в полосах углекислого газа и некоторых других молекул, таких как Н₂О, которые в атмосфере Венеры присутствуют в сравнительно небольшом количестве, но сильно поглощают инфракрасное излучение.

Выдающиеся результаты были получены на советских автоматических станциях «Венера-4» (рис. 68), «Венера-5» и «Венера-6». Историческое значение имеет мягкая посадка спускаемого аппарата на поверхность Венеры, выполненная во время полета автоматических станций «Венера-7» и «Венера-8». Учитывая очень трудные условия, при которых был осуществлен этот блестящий эксперимент (огромная величина атмосферного давления на Венере, высокая температура), его следует отнести к числу крупнейших достижений современной космонавтики.

В процессе мягкой посадки производились прямые измерения основных характеристик венерианской атмосферы — температуры и давления, которые по телеметрическому каналу передавались на Землю. Таким образом удалось получить «разрез» атмосферы этой планеты, что имеет выдающееся научное значение. Американцы также продолжали исследования Венеры с помощью автоматических станций.

В результате мы сейчас достаточно хорошо знаем физические условия в атмосфере и на поверхности этой планеты, бывшей до сравнительно недавнего времени едва ли не самым загадочным членом Солнечной системы. Кратко изложим теперь основные результаты этих исследований.

Атмосфера Венеры на 97 % состоит из молекул углекислого газа СО₂.Обнаружено некоторое количество водяных паров (около 0,05 % по атмосфере в среднем).

Кроме того, как это следует из последних наземных наблюдений, в атмосфере Венеры обнаружены сравнительно незначительные примеси газов СО (0,01 %), НС1 (6·10^–5%), NF (5·10^–7%). Очень важным является результат, полученный на советских автоматических станциях: количество молекулярного азота плюс благородные газы не превышает 5 %.

Таким образом, эти компоненты атмосферы, столь существенные на Земле, в атмосфере Венеры играют заведомо второстепенную роль.

Давление у поверхности планеты достигает гигантского значения около 100 атмосфер! Измерения на станции «Венера-7» показали, что температура атмосферы у поверхности Венеры около 480 °C. Интересно, что высота тропопаузы и верхней границы облачного слоя Венеры составляет около 70 км. Фотометр, установленный на «Венере-8», показал, что облачный слой хорошо пропускает рассеянное солнечное излучение — освещенность на поверхности всего лишь в несколько десятков раз меньше, чем над облаками.

По-прежнему большой интерес представляет вопрос о составе частиц облачного слоя Венеры. Следует заметить, что, несмотря на все успехи в исследованиях этой планеты, нам пока еще не известно, из чего состоят ее облака. Соблазнительная возможность считать, что частицами, образующими облака Венеры, являются льдинки (так же, как в случае земных облаков), не проходит. Этому противоречат спектральные и поляризационные наблюдения. Было отмечено, что этим наблюдениям удовлетворяет предположение, по которому венерианские облака состоят из сферических частиц, образуемых водным раствором серной кислоты.

1975 год ознаменовался новым выдающимся достижением советской космонавтики. Автоматические межпланетные станции «Венера-9» и «Венера-10» были выведены на орбиту вокруг Венеры и стали искусственными спутниками этой планеты.

Спускаемые аппараты этих станций совершили мягкую посадку на поверхность Венеры. Пожалуй, самым впечатляющим результатом этих экспериментов является получение панорамных фотографий поверхности Венеры, отличающихся удивительной отчетливостью. Впоследствии были запущены к Венере и другие советские космические аппараты.

<> В марте 1986 г. завершился проект «Вега» («Венера — Галлей») — самый сложный и результативный в истории советских исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Он состоял из трех частей: изучение атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов; изучение динамики атмосферы Венеры посредством аэростатных зондов (аэростаты были впервые в мире запущены в атмосферу другой планеты); пролет через газопылёвую атмосферу (кому) кометы Галлея и детальное изучение ее ядра. Научный руководитель проекта «Bera» — академик P.3. Сагдеев. Станция «Вега-1» совершила пролет через кому 6 марта 1986 г., а станция «Вега-2» — 9 марта.

Научные организации многих стран (СССР, Австралии, НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, Франции, ФРГ) участвовали в разработке научных приборов для «Веги», а также систем обеспечения научных экспериментов на борту и на Земле. Впервые в наших космических проектах возможности международной кооперации были использованы столь широко.

По каждому из трех направлений, о которых говорилось выше, были получены интереснейшие результаты. Самое любопытное среди них — это физические характеристики ядра кометы Галлея. Ядра комет — их центральные тела — наблюдались до сих пор с Земли только как звездообразные объекты на большом расстоянии от Солнца (~ 10 а. е.), когда активность кометы отсутствовала, да и таких наблюдений было очень мало. Во время пролета аппаратов «Вега-1» и «Вега-2» впервые ядро кометы исследовалось как пространственно-разрешенный объект; были определены его структура, размеры, инфракрасная температура. С помощью этих аппаратов были произведены оценки состава ядра и характеристики поверхностного слоя. Ядро кометы Галлея — это монолитное тело неправильной формы: его большая ось равна 14 км, а малая — около 7 км (рис. 69). Ядро покидает около 10³⁰ молекул воды в секунду. Это означает, что испарение идет по всей поверхности, следовательно, состоит оно изо льда. Вместе с тем поверхность черная (альбедо около 5 %) и горячая (яркостная температура более 375 К). Эта, казалось бы, противоречивая картина укладывается в простую модель — так называемую модель «мартовского сугроба»: лед отделен от внешнего пространства слоем черного пористого вещества с низкой теплопроводностью. Этот слой принимает солнечное излучение, часть его переизлучает в инфракрасном диапазоне, часть передает еще и ледяному конгломерату. Молекулы Н₂О, образующиеся в результате испарения последнего, диффундируют вверх и покидают комету. При этом они отрывают отдельные частицы от поверхностного слоя, и к потоку газа добавляется поток пыли. Поверхностный слой в отдельных местах поверхности время от времени взламывается (если слой становится слишком толстым и поры закупориваются); тогда образуется активная область с мощным истечением вещества. Толщина пористого слоя невелика (~1 см), он очень быстро обновляется — верхний слой «сдирается», а снизу налипают новые частицы. Характерное время полного обновления слоя — около суток.

Исследование кометы Галлея, проведенное на аппаратах «Вега», позволило сделать выбор среди нескольких обсуждавшихся ранее моделей кометного ядра — монолит, группа нескольких крупных тел, рой частиц — в пользу первой из них и существенно ее уточнить. Грубая схема приобрела черты живого природного явления. Оказалось, например, что в состав кометного ядра входят органические соединения. В принципе это не так уж удивительно, если вспомнить, что радиоастрономы нашли множество органических молекул в межзвездной среде <>.

Большой вклад в изучение ближайших к Солнцу планет — Венеры и Меркурия — был сделан запущенной в 1973 г. американской автоматической станцией «Маринер-10». Очень интересна орбита этого объекта. Аппарат был выведен на орбиту полета к Венере и пролетел от нее на расстоянии около 6000 км. При этом притяжение Венеры снизило орбитальную скорость «Маринера-10», в результате чего он попал на орбиту Меркурия (рис. 70). С тех пор он три раза проходил вблизи Меркурия, причем зимой 1974–1975 гг. на рекордно малом расстоянии около 200 км. Впервые были получены и переданы на Землю сотни изображений поверхности планеты исключительно высокого качества (см. рис. 70).

Первое впечатление от этих фотографий такое, будто на них изображена Луна.

Поверхность Меркурия испещрена кратерами. Изучение кратеров Луны, Марса и Меркурия позволяет сделать вывод, что все они образовались примерно в одну эпоху, удаленную от нас на 4,5 миллиарда лет. Отсюда вытекают важные для планетной космогонии следствия. Например, можно сделать вывод, что на Меркурии никогда не было достаточно плотной атмосферы, способной сгладить рельеф его поверхности. Не было и мощных тектонических процессов, действующих в том же направлении. Поражают перепады температуры Меркурия: на ночной стороне она составляет –175 °C, на дневной +275 °C. Впрочем, этот факт астрономам был известен уже давно по наблюдениям с поверхности Земли.

Весьма интересные фотографии облачного слоя Венеры в ультрафиолетовых лучах были получены «Маринером-10» во время его сближения с Венерой. Кроме подтверждения периода движения этих облаков в 4 суток (см. выше), был обнаружен совершенно новый феномен, получивший название «Око Венеры». Эта деталь всегда находится вокруг точки поверхности планеты, лежащей на прямой, соединяющей ее центр и Солнце. На фотографии это «око» видно как темное пятно.

«Око» состоит из мощных потоков атмосферы, которые создают огромную зону высокого давления. Можно полагать, что энергия потоков атмосферы (берущаяся, в конечном итоге, из солнечной энергии) через «око» распределяется путем циркуляции по всей планете. Если это так, то причиной высокой температуры поверхности планеты может быть не «парниковый эффект», а «венерианская метеорология», неизмеримо более мощная, чем земная. Интересно, что в самых глубоких слоях атмосферы Венеры скорость движения воздушных масс очень мала. Именно по этой причине гористый рельеф Венеры (установленный методами радиолокации) до сих пор не «сглажен». Таким образом, причина высокой температуры поверхности Венеры пока еще не совсем ясна.

Похоже, что описанные только что природные условия на поверхности нашей космической соседки исключают возможность существования там каких бы то ни было форм жизни. Например, никакие белковые соединения при таких условиях существовать не могут. Наконец, отсутствие гидросферы даже на самой ранней стадии формирования планеты должно было чрезвычайно затруднить само образование первых примитивных живых существ.

Как это ни может показаться парадоксальным, в настоящее время большие планеты и особенно их спутники можно считать значительно более подходящими для жизни, чем Венера. В частности, такого мнения придерживается американский планетолог Саган.

Простые органические соединения могли синтезироваться в атмосферах больших планет, во многих отношениях напоминающих первичную атмосферу Земли.

В качестве внешнего «стимулятора» для такого синтеза можно предположить либо электрические разряды, либо ультрафиолетовое излучение Солнца. Радиоастрономические наблюдения дают некоторые указания на наличие мощных электрических разрядов в атмосфере Юпитера.

Довольно часто на сравнительно длинных волнах (15–20 м) гигантская планета дает мощные «вспышки» радиоизлучения длительностью в несколько секунд.

Возможно (хотя это и не доказано), что такое излучение связано с грозовыми разрядами огромной мощности. Атмосфера Юпитера охвачена бурными конвективными движениями. Образующиеся органические молекулы могут опускаться поэтому на довольно значительную глубину. Возможно, что температурные условия там более подходящие для синтеза сложных органических соединений, чем на более высоких уровнях атмосферы, в частности над плотным облачным слоем, образующим видимую поверхность Юпитера. Очевидно, что на некоторой глубине температура атмосферы должна лежать в пределах 0 ? +50 °C, т. е. быть примерно такой же, как на Земле.

До недавнего времени Марс и его система спутников являлись самыми удаленными от Солнца объектами, которые исследовались «прямыми» методами при помощи космической техники. Но вот в начале марта 1972 г. с американского космодрома имени Кеннеди была запущена автоматическая межпланетная станция «Пионер-10». Пролетев за 21 месяц свыше миллиарда километров, эта станция 4 декабря 1973 г. прошла на минимальном расстоянии 130000 км от Поверхности Юпитера (вернее, от густого слоя облаков, закрывающих поверхность этой гигантской планеты). При осуществлении этого полета пришлось преодолевать значительные трудности. Например, из-за того, что Юпитер удален от Солнца в 5,2 раза больше чем Земля, поток солнечного излучения там в 27 раз меньше. Это заставило организаторов полета отказаться от. солнечных батарей — основного источника энергии на борту «марсианских» и «венерианских» автоматических межпланетных станций. Вместо этих батарей на борту «Пионера-10» были установлены два радиоизотопных термоэлектрических генератора мощностью 140 Вт, которые непрерывно и безотказно работали.

Одним из важнейших результатов полета «Пионера-10» было преодоление разного рода опасностей, связанных с некоторыми неприятными областями околосолнечного космоса. Прежде всего определенное беспокойство вызывало прохождение этого аппарата через пояс астероидов, где частота метеорных ударов могла быть угрожающе высока. Но все обошлось благополучно, и космонавты будущего это, конечно, учтут. Учёные также выражали сомнения, смогут ли приборы «Пионера-10» выдержать ожидаемую огромную интенсивность радиационных поясов гигантской планеты. Эти опасения были не напрасны. Уже на расстоянии 700000 км от планеты установленные на борту «Пионера-10» приборы стали указывать на весьма быстрый рост уровня радиации, который удваивался через каждые десять часов. Уровень жесткой радиации почти достиг предельно допустимого значения, но все же приборы не вышли из строя.

Существование мощных радиационных поясов Юпитера установлено было свыше 15 лет назад из анализа радиоастрономических наблюдений этой гигантской планеты. Полет «Пионера-10» позволил существенно уточнить характеристики этих поясов, несравненно более мощных, чем околоземные. Приборы, установленные на этом аппарате, позволили измерить магнитное поле Юпитера, среднее значение которого 4 Э. Очень интересна структура этого поля. На самом деле там имеются два магнитных поля: одно типа земного («дипольное»), но только несимметричное по отношению к телу планеты, и второе, связанное с его мощными радиационными поясами. Взаимодействие быстро вращающейся магнитосферы Юпитера с солнечным ветром приводит к ускорению заряженных частиц до весьма высоких энергий. Эти частицы могут попадать даже во внутренние области Солнечной системы.

Хотя специальных телевизионных камер на борту «Пионера-10» не было, с помощью особого сканирующего радиолокационного устройства по телеметрическому каналу была передана информация, позволившая с исключительной четкостью получать цветные изображения облачного слоя, покрывающего Юпитер.

Качество этих изображений несравненно лучше полученных на лучших земных телескопах. С большой детальностью было получено изображение знаменитого «красного пятна», было открыто несколько меньших «красных пятен», а также масса других деталей, которые весьма быстро меняются со временем. Вообще, весь облачный слой Юпитера охвачен бурными движениями, связанными с переносом большого количества энергии.

Установленный на «Пионере-10» ультрафиолетовый спектрометр позволил по измеренным спектральным линиям определить химический состав атмосферы гигантской планеты. Оказалось, что на 82 процента (по числу атомов) она состоит из водорода, на 17 процентов из гелия и только 1 % дают все остальные элементы вместе взятые, которые входят в состав разных химических соединений. Химический состав атмосферы Юпитера до удивления похож на солнечный и резко отличается от земного. Сходство со звездой — Солнцем — еще более усиливается по Следующей причине. Несколько лет назад было установлено, что в далекой инфракрасной области спектра Юпитер излучает в 2,5 раза больше энергии, чем получает от Солнца во всем спектре, в том числе и в видимой его части. Следовательно, в отличие от остальных планет, Юпитер есть «самосветящееся» космическое тело. Источником энергии излучения Юпитера скорее всего является его непрерывное сжатие. Подсчеты показывают, что для этого достаточно сжиматься на 1 миллиметр в год. Таким образом, строго говоря, Юпитер является не планетой, а маленькой протозвездой (см. гл. 4).

Подобно Земле, Марсу и Венере Юпитер окружен водородной «короной», простирающейся вплоть до орбиты его ближайшего большого («галилеевского») спутника Ио. Этот спутник, так же как и другой, называемый Ганимедом, имеет атмосферу, плотность которой в миллион раз меньше земной. Спутник Ио замечателен еще тем, что сильно влияет на мощность всплесков длинноволнового радиоизлучения Юпитера (см. выше). Он как бы выполняет функции «космического громоотвода». Наблюдения с борта «Пионера-10» позволили уточнить массу Ио, которая составляет 1,22 массы Луны.

Через год после «Пионера-10» был запущен «Пионер-11» с той же научной программой, которая была успешно выполнена после сближения его с Юпитером в декабре 1974 г. В отличие от «Пионера-10», который силой юпитерова притяжения будет выброшен за пределы Солнечной системы и в 1987 г. пересечет орбиту Плутона (см. гл. 19), «Пионер-11» осенью 1979 г. прошел через систему Сатурна, между поверхностью этой планеты и ее знаменитым кольцом. Об этом будет сказано немного дальше.

Выдающиеся результаты были получены в 1979 г. на двух межпланетных автоматических станциях «Вояджер». Поражают воображение великолепные фотографий Юпитера, в том числе его знаменитого Красного пятна (рис. 71). Сенсационным было открытие кольца вокруг Юпитера (рис. 72), состоящего, как и кольцо Сатурна, из огромного количества мелких твердых частиц. В этой связи заметим, что существование кольца вокруг Юпитера несколько лет назад было предсказано советским астрономом С. К. Всехсвятским. К этому выводу он пришел, анализируя старые фотографии Юпитера, на которых одна экваториальная полоса (меняющаяся со временем) была истолкована им как тень от кольца. Никто, однако, к этой работе серьезно не отнесся…

Но, пожалуй, самым выдающимся результатом, полученным на «Вояджерах», является обнаружение действующих вулканов на Ио — самом внутреннем из галактических спутников Юпитера (рис. 73 и 74). Этот спутник обращается вокруг гигантской планеты в ее мощной магнитосфере, что и определяет целый ряд его особенностей. На «Вояджере-2» были получены великолепные фотографии и других галилеевых спутников (рис. 75, 76 и 77).

В начале сентября 1979 г. после 6 1/2 лет полета через систему Сатурна прошла знаменитая автоматическая межпланетная станция «Пионер-11», о которой речь шла выше. На этой станции были получены уникальные фотографии колец Сатурна, в частности, была открыта новая система колец. Выяснилось, наконец, что кольца Сатурна состоят из мелких кусочков льда размерами ~1 см. Еще был открыт новый маленький спутник. Особый интерес представляет проведенное на «Пионере-11» исследование атмосферы крупного спутника Сатурна — Титана. Наконец, было, доказано, что Сатурн подобно Юпитеру излучает в инфракрасных лучах примерно в два раза больше энергии, чем получает от Солнца. Это означает, что Сатурн имеет свой внутренний источник энергии, который, несомненно, связан с непрерывным сжатием этой гигантской планеты. «Пионер-11», честно поработав для науки, уходит из нашей Солнечной системы в межзвездное пространство, неся на себе весточку о нашей цивилизации (см. гл.19).

Не исключено, что образующиеся в атмосфере Юпитера (а также других больших планет) органические соединения должны растворяться в аммиачных или водяных капельках, из которых состоят нижние ярусы облаков.

Представляет определенный интерес обсуждение возможности жизни на аммиачной основе. Оказывается, что можно провести далеко идущую аналогию между процессами растворения в аммиаке и воде, а также между «аммиачными» органическими соединениями и «обычными», являющимися основой живого вещества на Земле, где «жизненной средой» была вода. Температура плавления аммиака достаточно высокая. То же следует сказать и о температуре кипения. У аммиака высокая удельная теплоемкость и достаточно большая (хотя и меньшая чем у воды) диэлектрическая постоянная. Он является очень хорошим растворителем. Все перечисленные свойства жидкого аммиака делают его потенциально способным при некоторых условиях сыграть роль «жизненной среды», подобно воде на заре возникновения жизни на нашей планете.

Можно установить полное соответствие между «обычными» солями и органическими соединениями, с одной стороны, а «аммиачными» — с другой. Оказывается, что для этого надо заменить ион О= на аминовую группу NH=, а ион гидроксила ОН= на амин NH=2. При такой замене, например, муравьиной кислоте НСООН будет соответствовать соединение HCNHNH₂, а метиловому эфиру CH₃OCH₃ — соединение СН₃NHCH₃. На аммиачной основе таким способом можно построить аналоги «обычных» аминокислот, а затем сколь угодно сложные аналоги всевозможных белковых соединений. Вполне допустимы аммиачные аналоги нуклеиновых кислот, пуринов и пиридинов. Наконец, можно представить аналоги ДНК и РНК с их кодом наследственности.

Аналогом окисления при такой «аммиачной» жизни является присоединение ионов NH= или N=, в то время как конечным продуктом жизнедеятельности вместо воды и углекислого газа будет аммиак и циан. Таким образом, можно сказать, что гипотетические аммиачные организмы «пьют» аммиак и «дышат» азотом, в то время как земные «водные» организмы пьют воду и дышат кислородом…

Не будем фантазировать, как могут выглядеть аммиачные организмы. Это во всяком случае преждевременно. В результате спектроскопических исследований Юпитера был обнаружен водяной пар в его атмосфере, так что необходимость в подобных фантазиях может быть не столь уж велика. Мы хотели бы только подчеркнуть, что современной науке не противоречит гипотеза о возможном существовании примитивных организмов на больших планетах, хотя, по мнению автора, вероятность того, что эта гипотеза справедлива, весьма мала, если не равна нулю.

В заключение этой главы нужно сказать хотя бы несколько слов об открытии сложных органических соединений внутри некоторых метеоритов. Среди каменных метеоритов иногда наблюдаются так называемые «углистые хондриты».

Они составляют примерно 1 % от всех каменных метеоритов. У этих метеоритов отмечаются повышенное содержание углерода (до 3 %). Кроме того, углистые хондриты богаты серой, водой и некоторыми другими сравнительно легко испаряющимися веществами. Именно в таких хондритах еще в первой половине XIX в. были обнаружены органические вещества. В настоящее время в составе некоторых углистых хондритов обнаружены довольно сложные органические соединения: высокомолекулярные парафиновые углеводороды и жирные кислоты. В 1960 г. из одного метеорита было выделено весьма сложное органическое соединение, подобное цитозину. Известно, что цитозин входит в состав молекулы ДНК. Большой интерес вызвал тонкий химический анализ метеорита, упавшего в Австралии в 1969 г.

Среди углеводородных соединений, обнаруженных внутри этого «космического гостя», следует отметить 16 видов аминокислот. Из них пять относятся к числу тех 20 видов, из которых «конструируются» живые белки, а 11 — из числа тех 80, которые в состав земных белков не входят. Очень существенно, что среди обнаруженных аминокислот одна половина имеет «левую» асимметрию, а другая — «правую» (см. гл. 13). Так как все «живые» молекулы аминокислот на нашей планете имеют «левую» асимметрию, ясно, что их «космические сестры», обнаруженные в австралийском метеорите, имеют небиологическое происхождение. Вместе с тем это очевидное доказательство того, что обнаруженные в метеорите аминокислоты действительно синтезировались в космосе, а не являются результатом загрязнения космического гостя земным веществом, так как в последнем случае наблюдалась бы только «левая» асимметрия.

Неоднократно появлялись сообщения об обнаружении в углистых хондритах включений овальной формы, имеющих внешнее сходство со спорами водорослей.

При облучении ультрафиолетовым цветом эти включения люминесцировали. Кроме того, при применении особых реактивов, используемых для выявления веществ «биологического» происхождения, они окрашивались.

По этим признакам некоторые исследователи считали (и считают) эти включения окаменевшими остатками микроорганизмов. Появились даже гипотезы, объясняющие их происхождение. Бернал, например, считал, что мыслимы две гипотезы, объясняющие это явление.

Согласно первой гипотезе, метеорит некогда был выброшен с поверхности планеты, на которой была жизнь. Не совсем тривиальна вторая гипотеза. Некогда, полагал Бернал, вместе с земной пылью при вулканическом извержении в межпланетное пространство могли быть выброшены микроорганизмы и споры. Блуждая в Солнечной системе, такие пылинки могли «прилипнуть» к какому-нибудь метеориту и вместе с ним вернуться на свою «родину» — Землю.

Что можно сказать по поводу изложенного? Прежде всего, никак нельзя считать доказанным, что обнаруженные в некоторых углистых метеоритах маленькие включения действительно являются отпечатками микроорганизмов. Одно только морфологическое сходство, конечно, не может быть основанием для такого вывода. Вполне возможно, что эти включения представляют собой минералы или высокомолекулярные углеводороды абиогенного происхождения. Нельзя также полностью исключить возможность «загрязнения» метеоритов после их падения земными микроорганизмами. Такие загрязнения могут возникнуть в процессе микробиологического исследования метеоритов.

В последние годы как в американской, так и в советской печати появилось несколько сенсационных сообщений об «открытии» в углистых метеоритах живых микроорганизмов. Так, например, Банриев и Мамедов «обнаружили» в железном Сихотэ-Алинском метеорите особую разновидность живых бактерий. Однако скоро выяснилось, что это «открытие» является недоразумением и что эксперименты были поставлены исследователями неграмотно. Всегда следует помнить, что в истории науки известно много случаев, когда желаемое принималось за действительное. Не случайно старая китайская пословица гласит: «Если ты очень ждешь друга — не принимай стук своего сердца за топот копыт его коня»…

Впрочем, история науки знает и другое. Например, долгие десятилетия официальная наука не признавала, что с неба могут падать камни. Но, во всяком случае, тщательное изучение и скрупулезная проверка фактов при всех условиях совершенно необходимы.

Допустим теперь (хотя это и представляется нам крайне маловероятным), что отпечатки микроорганизмов в метеоритах действительно имеют космическое происхождение. Мы не будем обсуждать здесь первую гипотезу Бернала, которая нам кажется столь же маловероятной, как и тривиальной. Значительно больший интерес представляет вторая его гипотеза.

Можно ли представить выбрасывание из Земли в космическое пространство отдельных зародышей жизни? Совершенно очевидно, что этот вопрос имеет самое прямое отношение к гипотезе панспермии. Поэтому мы коротко коснемся современного состояния этой гипотезы.

Как известно, еще в 1907 г. известный шведский химик Сванте Аррениус высказал предположение, что жизнь на Земле не возникла из неживой субстанции, а была занесена в виде спор микроорганизмов из других миров. Такие споры могут как угодно долго выносить холод космического пространства. Для них не страшен господствующий там высокий вакуум. Под воздействием светового давления споры могут совершать грандиозные космические путешествия — от планеты к планете и от звезды к звезде. Попадая при благоприятных условиях на какую-нибудь подходящую планету, они оживают и дают начало жизни на ней.

Против гипотезы панспермии в том виде, в каком она была сформулирована, выдвигался ряд возражений преимущественно философского характера. Между тем сама по себе эта идея никоим образом не противоречит философии материализма.

Почему обязательно надо считать, что жизнь на Земле возникла из неживой субстанции, а не была занесена в виде спор? Более того, исходя из представления о множественности обитаемых миров, вполне логично исследовать вопрос об обмене живыми организмами между планетами, об «опылении» одной планеты другой. Только научный анализ этой проблемы с привлечением новейших результатов, полученных в астрономии, биологии и сопредельных с ними науках, позволит отмести или «утвердить в правах гражданства» гипотезу панспермии.

Попытка такого анализа была сделана Саганом. Он считает, что отдельные микроорганизмы могут быть выброшены за пределы планеты электрическими силами. В случае, если размеры микроорганизмов находятся в пределах 0,2–0,6 мкм (т. е. близки к длинам волн видимого света), давление излучения звезды выбросит их за пределы данной планетной системы. Такие малые размеры имеют споры и вирусы. Световое давление от звезды не сможет «выталкивать» организмы как больших, так и меньших размеров. В конечном итоге, из-за совместного действия гравитационного притяжения и светового давления звезды такие организмы выпадут на ее поверхность (это известное «явление Пойнтинга — Робертсона»[51].

Согласно вычислениям Сагана, выброшенные из Земли споры могут достигнуть орбиты Марса уже через несколько недель, орбиты Нептуна — через несколько лет, а до ближайших к нам звезд они долетят за несколько десятков тысяч лет.

Чтобы пересечь Галактику, им потребуется несколько сотен миллионов лет. Мы полагаем, однако, что в последнем случае сроки будут значительно больше вычисленных Саганом. Он исходит из того, что споры в межзвездном пространстве движутся почти прямолинейно со средней скоростью в несколько десятков километров в секунду. В действительности споры должны двигаться так же, как и частицы межзвездной пыли, к которым они близки по размерам и массе.

Межзвездные пылинки движутся вместе с межзвездным газом, плотность которого примерно в 100 раз больше, чем пыли. Движение же облаков межзвездного газа носит беспорядочный, нерегулярный характер. Такие облака, продвинувшись, на расстояние в несколько десятков световых лет, могут резко изменить направление своего движения и даже слиться с другими облаками. В таких условиях движение спор (так же как и межзвездных пылинок) будет похоже на беспорядочное движение малых частиц в некоторых растворах (так называемое «броуновское движение»). Вычисления показывают, что для того, чтобы переместиться на расстояние 1000 световых лет (это примерно 1/20 размеров Галактики), споре потребуется несколько сотен миллионов лет, а для перемещения через всю Галактику — сотни миллиардов лет, что в ~10 раз превышает возраст нашей звездной системы.

Спорам, путешествующим по межпланетным и межзвездным пространствам, грозят большие опасности. Аррениус не учитывал, например, радиационную опасность, что вполне естественно для его времени. Между тем этот вопрос для всей концепции панспермии может иметь решающее значение. В пределах планетных систем основной опасностью является ультрафиолетовое излучение центральной звезды, длина волны которого меньше 0,3 мкм. Такое излучение губительно для микроорганизмов. Подсчеты, аналогичные выполненным в гл. 13, показывают, что микроорганизмы получат смертельную дозу излучения еще задолго до того, как они достигнут орбиты Марса. Исходя из этих соображений, Саган приходит к любопытному выводу, что обмен живыми микроорганизмами может быть только между планетами, достаточно удаленными от их солнца. Например, в нашей Солнечной системе живые споры могут переноситься от Урана к Нептуну.

Что касается выбрасывания спор за пределы планетных систем, то разные звезды в этом отношении имеют весьма различную эффективность. Например, у карликовых сравнительно холодных звезд световое давление совершенно недостаточно для того, чтобы выбросить микроорганизмы в межзвездное пространство.

С другой стороны, имеются основания полагать (см. гл. 10). что около сравнительно горячих массивных звезд планетных систем нет. Таким образом, «активные» звезды заключены в довольно узких спектральных пределах — приблизительно от F2 до G5.

Из-за губительного ультрафиолетового излучения Солнца в настоящее время живые споры космического происхождения не могут, по-видимому, выпадать на Землю[52]. Можно, однако, предположить, что в первоначальный период существования нашей планеты ультрафиолетовое излучение Солнца имело значительно меньшую интенсивность, чем сейчас. Выдвинув такую гипотезу, Саган получил интересный результат. Чтобы в течение первого миллиарда лет своей истории Земля получила только одну спору из космоса, нужно считать, что каждая из звезд Галактики (а их примерно 10¹¹) имеет обитаемую планету и что за миллиард лет каждая планета выбрасывает в космос 1 т спор. Разумеется, эти числа можно варьировать.

Например, если обитаемых планет во Вселенной 10⁸, то каждая из них должна выбрасывать в космос за 1 млрд лет 1000 т спор.

Сейчас совершенно ничего нельзя сказать о том, сколько может выбрасывать в космос спор такая обитаемая планета, как наша Земля. Поэтому, полагает Саган, в настоящее время гипотезу панспермии нельзя считать заведомо ошибочной, хотя аргументов в ее пользу также нет. По его мнению, наиболее вероятно найти следы живой субстанции на спутниках внешних планет, особенно на довольно крупном спутнике Нептуна — Тритоне.

Можно, однако, выдвинуть несколько возражений против выводов Сагана. Вопервых, ультрафиолетовое излучение Солнца в течение первых сотен миллионов лет существования нашей планеты было примерно таким же, как и сейчас. Даже в начале этого периода, когда Солнце было еще сжимающейся звездой, его температура не очень сильно отличалась от современной. Это следует хотя бы из рассмотрения рис. 14, где приведены эволюционные треки звезд на диаграмме «спектр — светимость». Во-вторых, Саган почему-то забывает, что споры из межзвездного пространства будут выталкиваться давлением солнечного света за пределы Солнечной системы. Ведь с самого начала предполагается, что такие споры выталкиваются световым давлением за пределы тех планетных систем, где они зародились. Наконец, за сотни миллионов лет блужданий в межзвездной среде они могут получить смертельную дозу радиации, которая присутствует в форме космических лучей. Ведь поток первичных космических лучей там практически такой же, как и на Земле. За это время через такую спору размером в 10 мкм пройдет примерно 10 млрд частиц сверхвысоких энергий, из которых добрая сотня тысяч будет поглощена веществом споры. Это соответствует дозе излучения в несколько миллиардов рентген. Последствия такой «бомбардировки» могут быть только летальными[53].

Данный текст является ознакомительным фрагментом.