Текст книги "В нашей галактике"

Автор книги: Лев Мухин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 13 страниц)

Что же произошло? Как объяснял мне потом Ж. Гюйшон, немедленно снова слетавший к Ояме, американцы чересчур доверились машинной технике вывода и обработки информации. Они не сочли нужным проверять машину, а она спутала сигнал от угарного газа и выдала его как сигнал от кислорода. Только через несколько месяцев Ояме удалось установить эту ошибку. Я не могу не сказать о том, что от Оямы потребовалось большое мужество и честность настоящего ученого, чтобы публично признать все это и разослать письма исследователям Венеры.

Некоторые разногласия с Оямой остались и до сегодняшнего дня. Он дает очень большое содержание воды в атмосфере Венеры. Все другие приборы на этом объекте показали гораздо более низкие концентрации водяного пара.

Но вернемся теперь к масс-спектрометрии. Я уже говорил, что, по-моему, результаты масс-спектрометров – центральное событие и в советской и в американской космической миссии. На всех аппаратах был зарегистрирован значительный избыток нерадиогенных, первичных изотопов неона, аргона и криптона по сравнению с земной атмосферой. Причем этот избыток нешуточный: аргона и неона в атмосфере Венеры почти во сто раз больше, чем на Земле.

После получения этих данных узел уже имевшихся противоречий затянулся еще туже. Ну посудите сами. На Земле океаны, на Венере – горячая сухая атмосфера, поверхность раскалена. Где вода? Ведь планеты-то практически одинаковы по массе и размерам. Венера только расположена поближе к Солнцу.

Казалось бы естественным предположить, что вещество Венеры было изначально обеднено водой из-за более высоких температур. Но тогда спрашивается, почему же запасы углекислоты и азота на Земле и Венере примерно одинаковы, а первичных газов в сто раз больше на Венере? Ведь именно эти газы должны были бы (из-за более высоких температур) еще на стадии сборки планеты утеряться в первую очередь, еще раньше, чем вода. Обсуждая все эти вопросы, я вспоминаю, что еще много лет назад известный американский экзобиолог и планетолог К. Саган, суммируя все эти проблемы, опубликовал статью под названием «Загадки Венеры». Приходится констатировать, что спустя почти десять лет после появления этой статьи число загадок не уменьшилось.

К сегодняшнему дню появилось около десятка статей, в которых предлагаются различные объяснения этого поразительного факта. Заметим сначала, что и в масс-спектрометрических экспериментах по количественной оценке содержания благородных газов в атмосфере Венеры между советскими и американскими данными есть существенное расхождение. Согласно данным станций «Венера-11, 12» содержание криптона на Венере примерно в 50 раз больше, чем показал масс-спектрометр «Пионер-Венера». Это очень существенный момент, но, к сожалению, сейчас еще нельзя сказать, кто прав, поскольку и в результатах станций «Венера-13, 14» также существуют некоторые противоречия.

Приборы обнаружили в атмосфере Венеры двуокись серы и чистую серу. Первое соединение зафиксировали газовые хроматографы, а второе – спектрофотометр. Как раз двуокись серы участвует в цикле фотохимических реакций, приводящих к появлению серной кислоты в облаках Венеры.

Но «Венеры-11, 12» преподнесли и новые сюрпризы. Оказалось, что сера не может быть основным компонентом облачного слоя. В облаках обнаружено много хлора. В научной печати появились сообщения о том, что в облаках есть железо. Тогда часть облачного слоя может состоять из гидратированной соли железа – хлорного железа, которая присоединяет к себе несколько молекул воды.

Но и в этом случае ни хлорное железо, ни серная кислота не могут согласно проведенным оценкам составить основную массу облаков Венеры. Поэтому вопрос о химическом составе аэрозольной фазы облаков можно сейчас считать решенным лишь наполовину. Правда, сегодня данные аппаратов «Венера-13, 14» вновь возвращают нас к сернокислотной модели облаков.

Исключительно интересным, но лишь в известной мере неожиданным было открытие на Венере сильной электрической активности. Природа венерианских молний до конца неясна и сегодня. Грозы на Венере и чаще и сильнее, чем на Земле. Нельзя исключить того, что электрические разряды в облаках играют большую роль в химии облачного слоя.

Совершенно сенсационными оказались результаты станций «Венера-13, 14», которые сумели снять впервые в истории космических исследований цветные панорамы Венеры и проанализировать при помощи буровой установки, соединенной с рентгенофлуоресцентным спектрометром, химический состав грунта Венеры.

Сложность этого эксперимента трудно себе вообразить. Ведь пробы грунта брали при температуре около 500 градусов Цельсия и давлении окружающего воздуха почти в сто атмосфер. А сам анализ пробы необходимо проводить при пониженном давлении. Поэтому вся система эксперимента отрабатывалась долгие годы. Были получены спектры образца грунта и установлено, что грунт Венеры похож на земные щелочные базальты.

Нет жизни на Марсе

Исследование этой планеты средствами космической техники началось давно, около двадцати лет назад. 1 ноября 1962 года в Советском Союзе была запущена к Марсу первая станция «Марс-1». Марс дальше от Земли, чем Венера, поэтому запуски к нему – задача более технически сложная, чем запуски к Венере. «Марс-1» держал связь с Землей до расстояния 106 миллионов километров, но, когда вплотную приблизился к Марсу, связь прервалась. Запуск первого американского аппарата к Марсу «Маринера-3» был неудачным, но «Маринер-4» 15 июля 1965 года с расстояния примерно 10 тысяч километров передал на Землю около 20 фототелевизионных изображений Марса. В дальнейшем к Марсу было запущено шесть советских и четыре американских космических аппарата.

27 ноября 1971 года от станции «Марс-3» отделился спускаемый отсек и совершил мягкую посадку на поверхность красной планеты. К сожалению, удалось передать на Землю лишь несколько строк фототелевизионных сигналов, а затем передача прекратилась. Но на орбитальном аппарате «Марс-3» удалось провести важные эксперименты по изучению температуры, тепловых свойств, структуры и рельефа поверхности, характеристик атмосферной пыли, содержанию паров воды в атмосфере. Проводилась фотосъемка поверхности красной планеты. Много интересной информации принес искусственный спутник Марса «Маринер-9». Американским ученым удалось получить фототелевизионные изображения всей планеты, причем разрешение при съемках некоторых участков достигало 100 метров.

А в 1974 году спускаемый аппарат советской станции «Марс-6» вновь совершил посадку на поверхность красной планеты. Во время спуска впервые изучалась структура марсианской атмосферы.

Но человечество всегда волновал вопрос о том, есть ли жизнь на Марсе. И поэтому бесспорно кульминационным шагом в изучении Марса был проект «Викинг», готовившийся более 10 лет.

Нам были хорошо известны детали этого проекта. Американские ученые обсуждали с нами различные аспекты экспериментов по обнаружению жизни. Особенно мне запомнились беседы с американским микробиологом В. Вишняком. Он разработал прибор, который мог фиксировать практически отдельные микробные клетки. Испытывал он этот прибор в Антарктиде и там, провалившись в глубокую ледяную трещину, погиб. Прибор был назван в его честь еще при жизни «Ловушкой Вольфа», но, к сожалению, не был поставлен на борт «Викингов». Я говорю «к сожалению», потому что, быть может, именно этот прибор помог бы решить загадку жизни на Марсе.

Итак, «Викинги» и поиск жизни на Марсе. Во второй половине 1976 года на поверхность Марса были доставлены две американские автоматические станции «Викинг-1» и «Викинг-2», оснащенные научной аппаратурой для изучения поверхности и атмосферы планеты.

По словам руководителей проекта «Викинг», задачей номер один был поиск жизни. Вообще говоря, информация, которая была собрана о Марсе еще до «Викингов», не противоречила возможности существования здесь простейших форм жизни. Однако уточнение природных условий планеты, которое входило в программу экспедиции, имело огромное значение не только для решения поставленной «сверхзадачи».

«Викинги» выполнили множество экспериментов, среди которых одним из главных было фотографирование марсианской поверхности. Снимки, сделанные с орбитальных аппаратов и непосредственно с посадочного модуля, содержат очень ценную научную информацию. Например, перед выбором места посадки «Викингов» были тщательно исследованы участки планеты площадью около 4,5 миллиона квадратных километров. Это позволило получить новые сведения о поверхности Марса.

С помощью масс-спектрометрического анализа удалось определить химический и изотопный состав атмосферы Марса. Главный ее компонент – углекислый газ. Аргона около 1,5 процента, азота около 2 процентов, обнаружены следы кислорода, озона и окиси углерода.

При анализе соотношения изотопов азота и аргона оказалось, что оно резко отличается от земного. Атмосфера Марса обогащена по сравнению с Землей изотопами аргона-40 и азота-15. Дело в том, что из-за меньшего притяжения на Марсе легкие газы, в частности изотопы азота, могут покидать атмосферу и уходить в космическое пространство. Естественно, что скорости этого процесса для азота-14 и азота-15 различны, поэтому марсианская атмосфера беднее азотом-14. Отсюда следует вывод, что пути эволюции марсианской и земной атмосфер были разными.

Предварительный анализ полученных данных позволяет считать, что атмосфера Марса в прошлом была более плотной и давление у поверхности могло достигать 2 бар, в то время как сейчас оно всего 6 миллибар. Если эти данные верны, то Марс претерпевал за свою историю значительные изменения климата.

Эксперименты «Викингов» по поиску жизни на Марсе делятся на две группы.

Первая – анализ проб грунта на присутствие в нем органических молекул. Эти опыты проводили при помощи бортового хроматомасс-спектрометра весьма высокой чувствительности: многие соединения выявляются этим прибором даже в том случае, если присутствуют в пробе в количестве, меньшем чем одна часть на миллиард. Что же это за прибор?

Он представляет собой хроматографическую разделительную колонку, соединенную со входом в ионный источник миниатюрного масс-спектрометра. Начальный участок колонки связан с печкой, в которой сжигаются пробы марсианского грунта. При сжигании сложных органических соединений обычно образуются летучие вещества – нитрилы, альдегиды, бензол и другие достаточно простые продукты. Попадая все вместе в хроматографическую колонку, они разделяются по времени выхода из этой колонки, и поэтому масс-спектрометр анализирует не сложную смесь веществ, а индивидуальные простые соединения, спектры которых хорошо известны.

Руководители программы «Викинг» исходили из естественного предположения, что, если жизнь на поверхности Марса существует, ей должны сопутствовать достаточно сложные органические соединения. Действительно, на Земле мы всегда встречаем продукты деградации и метаболизма микрофлоры, и поэтому органические остатки на поверхности нашей планеты встречаются практически повсеместно. Но очень чувствительный прибор на «Викингах» не обнаружил в грунте никаких органических молекул. Была зафиксирована лишь вода в совсем малых дозах, 0,1–1 процент.

Эти результаты (они были одними из первых переданных на Землю) нанесли сильный удар по оптимизму сторонников «жизни на Марсе». Ведь исследователи рассчитывали обнаружить на поверхности Марса хотя бы продукты абиогенного синтеза, которые в принципе могут образовываться из атмосферных компонентов под действием ультрафиолетового излучения. Правда, концентрация таких соединений должна быть очень низкой, поскольку создающий их ультрафиолет оказывает одновременно и сильное разрушающее действие.

Поэтому руководители программы решили «копнуть» глубже – взять пробу на анализ из-под камня, где органические соединения защищены от ультрафиолета и должны были бы сохраниться. Но и здесь ученых постигла неудача. В этой пробе органики также не было.

Казалось, вопрос решен: Марс – биологически мертвая планета. Но тут на Землю стала поступать информация, получаемая в результате других экспериментов, чисто биологических. Этих экспериментов было три.

Первый состоял в изучении фотосинтетического усвоения гипотетической марсианской микрофлорой меченых углекислоты и окиси углерода ( ¹⁴CO ₂и ¹⁴CO). Пробы грунта поместили в небольшой замкнутый объем (камеру). В камере смонтировали миниатюрный осветитель, имитирующий солнечный свет, а внутрь вместо марсианского воздуха вводили ¹⁴CO ₂и ¹⁴CO. Авторы этого эксперимента предполагали, что, если в пробе грунта содержатся микроорганизмы, под действием солнечного света они могут усваивать ¹⁴CO ₂и ¹⁴CO, включая в молекулы клеточного вещества радиоуглерод из газовой фазы.

После экспонирования на свету образцы грунта нагревали. Сначала при нагревании и продувке инертным газом удалялись все исходные и сорбированные газы. Затем температура повышалась до 600 градусов Цельсия и происходило пиролитическое разложение гипотетических марсианских микроорганизмов, при котором должна была бы выделяться усвоенная ими углекислота с радиоуглеродом. Для фиксации этого меченого радиоуглерода служил счетчик радиоактивности, который и зарегистрировал искомый сигнал. Контрольный образец, прошедший предварительную термическую обработку, дал отрицательный результат.

Во втором эксперименте изучали хорошо известный для земных условий факт «дыхания грунта». Если взять образец грунта и увлажнить его, процессы жизнедеятельности микроорганизмов в этом образце как бы усиливаются, активнее выделяются газы: азот, углекислота, кислород. Приборы «Викингов» зарегистрировали выделение из увлажненной пробы кислорода и углекислоты.

В третьем опыте к пробе грунта добавлялась питательная жидкая среда, содержащая меченые радиоактивные соединения – аминокислоты, лактат и прочие. Этот метод широко используют микробиологи для изучения обмена веществ у земной микрофлоры. Микроорганизмы, усваивая эти соединения, окисляют их до углекислоты, которая радиоактивна, так как содержит ¹⁴C. На «Викингах» счетчики радиоактивности зарегистрировали рост счета импульсов, что может свидетельствовать о присутствии в пробе микрофлоры.

Хорошо известно, что каждый биологический эксперимент требует контроля. Как были организованы контрольные опыты на «Викингах»? Те же самые процедуры, о которых мы только что говорили, дублировались на образцах, предварительно нагретых до 170 градусов Цельсия. Если в этих пробах и была жизнь, построенная по земному образу и подобию, она бы погибла при нагревании. Значит, все процессы обмена и усвоения не должны были происходить, и соответственно нельзя в этом случае было ожидать сигналов от датчиков во всех трех биологических экспериментах.

Так вот, самым интересным было то, что сигналы от датчиков в опытах с предварительно простерилизованным при температуре 170 градусов Цельсия образцом отсутствовали.

Итак, налицо противоречие. Хотя кривые, фиксирующие выделение ¹⁴CO ₂, и непохожи на те, которые получаются на Земле, но рост количества меченой углекислоты очевиден, и вся серия биологических экспериментов как будто не согласуется с хроматомасс-спектрометрическим анализом.

Попробуем разобраться в этом противоречии. Здесь открываются, по крайней мере, две возможности. Первая состоит в том, что следует принять вывод: жизни на Марсе нет (по крайней мере, в местах посадки «Викингов»).

В этом случае результаты биологических экспериментов могут быть объяснены следующим образом: меченые соединения, содержавшиеся в жидкой питательной среде, были окислены до ¹⁴CO ₂чисто неорганическим путем. Из-за отсутствия на Марсе защитного озонового экрана на поверхность планеты падает поток жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. При облучении ультрафиолетом минералы Марса могут сильно изменять свои свойства. На их поверхности могут образовываться активные центры, придающие минералам свойства сильных катализаторов, ускоряющих разнообразные химические реакции. Подобный эффект вызывает не только ультрафиолет, но и потоки электронов и гамма-лучей.

В нашей лаборатории совместно с Институтом атомной энергии в подтверждение этой гипотезы был поставлен следующий эксперимент. Проба грунта облучалась потоком быстрых электронов и гамма-квантов. Таким образом мы моделировали условия, в которых находится марсианский грунт. Затем проба увлажнялась. И вот на активных центрах, которые образовались после облучения, начиналось разложение воды на водород и кислород. Так нам удалось доказать, что сигналы от приборов могли иметь «неживую основу».

Вторая возможность – сделать вывод, что жизнь на Марсе есть.

Но как же отнестись в этом случае к результатам хроматомасс-спектрометрии? Объяснение может быть найдено и тут.

Если концентрация клеток в марсианском грунте низка, например, как у нас в Антарктике, то тогда хроматомасс-спектрометры «Викингов» могли «не почувствовать» этих клеток. А биологические тесты? Они нацелены на изучение результатов длительного процесса, когда даже одна клетка может заметно изменить состав питательной среды. Но ведь кривая на рисунке выходит на плато, что означает прекращение жизнедеятельности. Может ли это быть?

Представим себе такую ситуацию: марсианские микроорганизмы находились в анабиозе. После того как они «проснулись» в посадочном модуле «Викинга» в условиях земной питательной среды, они начали поглощать незнакомую пищу. Началось выделение ¹⁴CO ₂в газовую фазу. Но пища оказалась неприемлемой для инопланетной микрофлоры. Произошло отравление, и марсианские микроорганизмы погибли. Рост меченой углекислоты прекратился.

Как мы видим, интерпретация результатов может быть взаимоисключающей.

Возникает естественный вопрос: можно ли предусмотреть ситуацию, когда один эксперимент (хроматомасс-спектроскопия) говорит с определенностью «нет», а другие (биологические) говорят «возможно»?

Об этом судить сейчас очень трудно. Руководители программы «Викинг» провели громадную многолетнюю подготовительную работу, проверяя все приборы в крайне суровых климатических районах Земли. Мысль об особых свойствах поверхности Марса возникла лишь после получения информации с «Викингов»…

Так или иначе, строгого ответа на вопрос, есть ли жизнь на Марсе, «Викинги», к сожалению, не дали…

А в самое последнее время Национальный совет исследований США, тщательно проанализировав результаты «Викингов», пришел к выводу, что нет никаких доказательств жизни на Марсе. «Мы считаем поиск внеземной жизни в Солнечной системе законченным», – пишется в заключении совета. И тем не менее недавно в печати появились сообщения о том, что в 1994 году на Марс можно будет запустить космический корабль с людьми. В 1995 году экипаж, снабженный вездеходом, мог бы высадиться на Марс, поработать там около 20 дней, и затем, взяв на борт 300 килограммов грунта, вернуться на Землю. Как знать, может быть, это помогло бы решить загадку жизни на Марсе.

Но надежды на осуществление этого проекта практически нет. Сейчас Национальное управление США по аэронавтике и космонавтике получает от правительства все меньше денег на научные исследования. Число научных проектов резко сокращено, и можно с уверенностью сказать, что экспедиция с людьми отправится на Марс не скоро.

Свидания с гигантами

Два космических аппарата – «Пионер-10» и «Пионер-11» – прошли около Юпитера в 1973 и 1974 годах, а потом «Пионер-11» по команде с Земли направился к Сатурну. Затем исследование планет-гигантов продолжили космические аппараты «Вояджер» («путешественник»). «Вояджер-1» пролетел около Юпитера в марте 1979 года, а возле Сатурна в ноябре. «Вояджер-2» прошел около Сатурна в августе 1981 года, и ожидается, что в 1986 году он долетит до Урана. «Пионеры» и «Вояджеры» захватили с Земли послания к иным цивилизациям. Послание, отправленное на «Пионерах», представляло собой небольшую золотую пластину с очень краткой информацией о нашей планете, а на «Вояджерах» установили капсулы с довольно обширными сведениями не только о Земле, но и о ее обитателях. Инструкция, содержащаяся в капсуле, символически объясняла родословную самого космического аппарата, назначение фотографий и звуковых записей на прилагаемом 12-дюймовом золотом диске.

Звуковые записи были двух категорий: музыка и шелест листвы, шум прибоя… Среди музыкальных записей на «Вояджере» три отрывка из произведений Баха, отрывки из музыки Бетховена, Моцарта, Стравинского; азербайджанские, негритянские, перуанские и многие другие песни. На отправленных в космос фотографиях были планеты Солнечной системы, математические определения, структура ДНК, схема Земли, дельфины и цветы, дети и старики, животные и города, самолеты, космонавты, страница из книги Ньютона «Система мира»…

Узнают ли представители иных миров об этой информации, не будем гадать. Лучше остановимся на том, что сообщили нам космические аппараты. «Пионеры» первыми вышли за орбиту Марса и пересекли пояс астероидов. На огромном расстоянии от Земли они мерили напряженность солнечного магнитного поля, плотность солнечного ветра, галактические космические лучи…

Крошечные пылевые частицы и мелкие метеориты на «Пионерах» регистрировались двумя типами приборов: оптическими телескопами, замечающими солнечный свет, отраженный от частиц, и детекторами прямого счета частиц. Более 200 ячеек детектора, заполненных аргоном и азотом, были помещены на панели вне аппарата. Если пылинка весом более одной миллиардной грамма пробивала ячейку, начиналась утечка газа, пропорциональная размеру частицы.

Специалисты с нетерпением ждали вхождения аппаратов в пояс астероидов. Детектор частиц к июню 1972 года, то есть до вхождения корабля в пояс астероидов, зарегистрировал лишь 41 удар микрометеоритов. А когда «Пионер-10» заканчивал путь в первой половине пояса астероидов, было зарегистрировано почти столько же ударов – 42. Иначе говоря, число столкновений оказалось постоянным и независящим от того, находится корабль в поясе астероидов или нет, и, стало быть, для космических кораблей пояс астероидов не преграда.

Однако главные открытия были впереди: «Пионеры» передали на Землю уникальные фотографии Юпитера и деталей его атмосферы. Но все-таки «самое-самое» рассказали «Вояджеры». Космические аппараты такого типа стоят очень дорого, порядка двух миллионов долларов на килограмм массы научной станции. Было бы намного дешевле изготовить макет станции в натуральную величину из чистого золота.

При отборе экспериментов учитывался каждый грамм научного прибора и каждый милливатт потребляемой мощности. На станциях был установлен изотопный преобразователь энергии, который обеспечил работу всей научной аппаратуры «Вояджеров» и передачу огромного количества информации с расстояния примерно в полтора миллиарда километров. И все это потребовало около 500 ватт энергии – мощность хорошего утюга. Что же обнаружили «Вояджеры»?

Кольца Юпитера! Астрономы были уверены, что они есть только у Сатурна и Урана, но 4 марта 1979 года была обнаружена узкая кольцевая полоса вещества, отстоящая от центра Юпитера на 128 000 километров. Ее ширина всего несколько тысяч километров, а толщина (по различным оценкам) от 1 до 30 километров. Неудивительно, что наземная астрономия проглядела столь узкое и чрезвычайно разреженное кольцо. Космические же приборы поведали, что у Юпитера два кольца – внутреннее (ширина 5000 километров) и внешнее (ширина 800 километров).

Судя по всему, кольца состоят из очень мелких, как пылевые частицы, обломков горных пород. Эти частицы движутся вокруг Юпитера по индивидуальным круговым орбитам с периодом 5–7 часов, и, что самое любопытное, их орбиты неустойчивы. Частички должны падать на Юпитер. А это значит, необходим источник, пополняющий вещество колец. Может, открытый «Вояджером» 14-й спутник Юпитера Адрастея медленно разрушается и поставляет материал кольцам?

И еще один феномен: на спутнике Юпитера Ио обнаружено по меньшей мере восемь действующих вулканов!

Были получены и переданы на Землю фотографии всех спутников Юпитера, заодно был открыт и новый. Уточнена структура колец Сатурна. В атмосфере Юпитера замечены огромные молнии.

А что нового в Большом красном пятне? Вот что: у атмосферы Юпитера очень сложная турбулентная структура. Вокруг Большого красного пятна двигаются малые пятна, взаимодействующие с ним и друг с другом. Разгул чудовищных вихрей в экваториальной области Юпитера хорошо виден в коротеньком фильме, смонтированном из переданных на Землю фотографических изображений. Уточнен и состав юпитерианского воздуха: отношение этана к ацетилену выше в полярных районах, а количество гелия всюду одинаково.

Обо всех этих открытиях и их возможной интерпретации мы поговорим в следующих главах, посвященных планетам Солнечной системы. По необходимости нам придется довольно бегло обсуждать удивительные открытия космической эры. Но надо учесть, что многие явления даже сейчас окончательно не объяснены, хотя, как сказал известный американский астроном Ф. Уиппл, после полетов «Вояджеров» «теоретики поспешно мобилизовали свои умственные способности, ручки и вычислительные машины…».

Я уверен в том, что результаты, полученные в 70-х и 80-х годах XX столетия, будут служить причиной постоянной «мобилизации» теоретиков еще многие десятилетия.