Текст книги "Кинофантастика"

Автор книги: Жан-Себастьян Стейер

Соавторы: Ролан Леук
сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 11 страниц)

Что чувствуют люди на вращающейся орбитальной станции

Цель вращения – создание внутри станции искусственной гравитации, но ее обитателям все же надо двигаться с осторожностью. Чтобы понять это, начнем с простого и посмотрим на орбитальную станцию в форме уплощенного цилиндра (что-то вроде огромной банки арахиса), вращение которого вокруг собственной оси симметрии является, как мы видели, динамически стабильным. Внутри пассажир может ставить занятные физические эксперименты.

Первоначально станция находится в состоянии покоя или совершает единообразное прямолинейное движение, называемое также инерционным. Еще со времен Галилея (1564–1642) известно, что пассажир не может различать эти состояния^[32]. Он пребывает в невесомости и должен хвататься за внутреннюю боковую стенку, то есть за элемент станции-банки. Если он запустит по этой стенке самоходную машинку, то произойдет вот что. Машинка, принуждаемая следовать по кривой, задаваемой формой стенки, под действием центробежной инерции «прилипает» к этой поверхности. То же самое происходит в ярмарочном аттракционе «Стена смерти», где мотоциклисты гоняют на большой скорости по почти вертикальной стене. Но на станции происходит кое-что еще. Вращающиеся колеса прилагают силу к поверхности, и та толкает машинку вперед. На взгляд внешнего наблюдателя, машинка остается на месте, а станция вращается. На взгляд пассажира станции, на месте остается станция, а машинка движется по внутренней стенке. По тому же принципу хомяк бесконечно бегает в колесе. Отношение между угловой скоростью станции и скоростью колес равно частному от деления радиуса колес на радиус диска. Радиус диска колеса очень мал по сравнению с радиусом станции, поэтому угловая скорость последней тоже очень мала. Ввиду вращения станции пассажир должен ощущать центробежную силу, очень слабую из-за медленности вращения. Когда машинка тормозит и останавливается, то же самое происходит с вращением диска, и невесомость возвращается.

Перейдем ко второму эксперименту. Двигатели, обычно установленные в периферийных частях станции, тангенциально действуют на ее окружность и приводят к вращению^[33]. Работа двигателей ускоряет это движение. Ввиду отсутствия в космическом вакууме трения скорость вращения остается постоянной даже после выключения двигателей. Перед началом вращения станции пассажир находится в инерционном движении. После ее запуска он должен следовать вращательному движению опоры, на которой стоит, – неподвижному по отношению к нему полу. Поэтому пассажир испытывает на себе действие со стороны опоры и, реагируя, оказывает воздействие такой же интенсивности, но в противоположную сторону: это центробежная сила, которую он ощущает как силу тяготения^[34] (рис. 1). Эквивалентность между ускорением и тяготением есть выражение принципа эквивалентности, согласно которому тела падают в гравитационном поле одинаково. Этот принцип основан на экспериментальной констатации, что инерционная и гравитационная^[35] массы равны^[36], и представляет собой краеугольный камень эйнштейновской теории гравитации, она же общая теория относительности. Так как значение центробежного ускорения фиксировано по отношению к радиусу и к угловой скорости станции, два эти параметра можно выбирать так, чтобы они были равны, например, ускорению земного тяготения. Отметим, что центробежное ускорение пропорционально расстоянию до оси вращения. Это означает, что голова и ноги будут испытывать разное ускорение и, значит, по-разному ощущаемое тяготение^[37]. Во избежание неприятных желудочных ощущений нужно добиться, чтобы радиус станции сильно превышал рост пассажира. С этой точки зрения цилиндры О'Нила с радиусом 3 км вполне подходят. Вращение цилиндра вокруг своей оси создает искусственную гравитацию, позволяющую преспокойно прогуливаться по боковой поверхности (рис. 2). Правда, в отличие от поверхности Земли, на станции опора изогнута не «вниз», а «вверх».

Рис. 1

Рис. 2

Положение усложняется, если пассажир начинает двигаться или бросает какой-то предмет. В этом случае в игру вступает другое инерционное ускорение, так называемое ускорение Кориолиса. Оно направлено перпендикулярно направлению движения и оси вращения и имеет на Земле явное проявление: в Южном и Северном полушариях циклоны закручиваются в разные стороны^[38]. С ним связано медленное вращение плоскости качания маятника, продемонстрированное в 1851 году в знаменитом эксперименте Леона Фуко (1819–1868) в Пантеоне^[39].

Что происходит, если пассажир, стоя на «полу», подбросит мячик вертикально, то есть вдоль радиуса цилиндрической станции? Мячик не упадет ему в руку, как на Земле. Чтобы понять это явление, представим, что мы наблюдаем происходящее, находясь вне станции. Принцип инерции требует, чтобы мячик летел по прямой со скоростью, равной векторной сумме скорости вращения станции и вертикальной скорости, сообщаемой пассажиром (рис. 3). Мячик проследует по сегменту прямой, начиная с исходной точки, и опишет более короткую траекторию, чем пассажир – который, находясь на боковой стенке, описывает дугу круга вращения, – причем на более высокой скорости. Он вернется на свою первоначальную высоту в точке, которой рука бросавшего еще не достигла. С точки зрения пассажира мячик не совершит вертикального перемещения туда-обратно (то есть вдоль направления ощущаемого тяготения, ошибочно принимаемого за радиус цилиндра), а опишет искривленную траекторию. В этом случае ускорение Кориолиса ориентировано в сторону движения станции, и мячик упадет перед рукой пассажира. Этот маленький эксперимент позволяет пассажиру определить неощутимое для него направление вращения станции.

А что произойдет, если пассажир подпрыгнет вверх, как баскетболист? Как и мячик, он, возвращаясь, коснется ногами не того места, с которого прыгнул: он вернется на опору скорее, чем при планетной гравитации. Кстати, на протяжении всего прыжка его тело будет оставаться параллельным себе. Он достигнет опоры под углом к вертикали точки прибытия (рис. 4), определяемым локальным центробежным ускорением и ошибочно принимаемым за радиус цилиндра в том месте. Этот угол будет тем больше, чем больше первоначальная скорость прыжка относительно скорости вращения станции. Поэтому мы не рекомендуем играть в баскетбол и прыгать в высоту на космической станции^[40].

Рис. 3

Рис. 4

А вот побегать можно. При пробежке в плоскости, перпендикулярной оси вращения, ускорение Кориолиса будет изменять кажущийся вес бегуна. Если пассажир будет перемещаться в направлении вращения станции, то у него будет впечатление, что он тяжелеет, а если в противоположную сторону (рис. 5), то он почувствует себя легче. Когда его скорость относительно опоры достигнет скорости вращения станции, возникнет квазиневесомость (рис. 6).

Рис. 5

Рис. 6

Таким образом, движение на орбитальной станции приводит к любопытным последствиям, так как сопряжено не только с центробежным ускорением, но и с ускорением Кориолиса. В связи с этим разные части вашего тела будут чувствовать при движении ускорение разной интенсивности и направления, а это сопряжено с неприятностями. Полезно запастись пакетом: вдруг затошнит? Чтобы ограничить воздействие ускорения Кориолиса, скорость вращения станции (произведение ее радиуса и угловой скорости) должна быть достаточно высокой по отношению к скоростям, которых вы обычно достигаете при беге в закрытом помещении. Так, чтобы достигнуть скорости вращения 100 м/с (обычно вы бежите гораздо медленнее) при центробежном ускорении в 1g станция должна совершать один оборот примерно за 63 секунды. Тогда ее радиус будет равен 1 км, а это как раз порядок цифр, предложенный О'Нилом для его знаменитых цилиндров. Он все предусмотрел! Вращающееся колесо при корабле для полета на Марс будет гораздо меньше и пригодится разве что для отдыха астронавтов, а никак не для пробежек (как показано в «Миссии на Марс»), поскольку при таких пробежках как раз понадобились бы гигиенические пакеты.

Будут ли когда-нибудь построены эти космические станции? Это совершенно неизвестно, настолько многочисленны и сложны встающие в связи с этим вопросы. Некоторые из вопросов научные (можно ли создать длительные стойкие экосистемы?), некоторые – чисто технологические (как все это обслуживать и отлаживать?), некоторые – экономические (в какую экономическую модель встраиваются подобные внеземные города?), некоторые – социальные и этические (как управлялись бы такие города и с какой целью?). Поэтому, прежде чем обосновываться в космосе, нам предстоит еще долго размышлять и искать ответы…

Благодарность

• Этот текст представляет собой развернутую версию статьи в бюллетене ассоциации Remparts (IV квартал 2015), написанной в качестве ответа на вопрос одного из членов этой организации.

Что почитать и посмотреть

• O'Neil G. К. Colonization of Space («Заселение космоса»), Physics Today 27(9), 32–40,1974; эта статья доступна по адресу: https://space.nss.org/the-colonization-of-space-gerard-k-o-neill-physics-today-1974.

• O'Neil G. К. The High Frontier: Human Colonies in Space («Высокая граница: поселения людей в космосе»). New York, William Morrow & Company, 1977.

• Apogeios, a Space City for 10.000 Inhabitants («Космический город на 10 000 жителей). Статья доступна по адресу: http://www.planete-a-roulettes.net/PARMEDIA/DOCUMENTATION/IAC-12-E5.2.1-APOGEIOS.pdf.

Глава 5.

Выжить в одиночку на Марсе

Он красный, холодный и пустынный. Тем не менее ни одна планета не будоражила так сильно наше воображение, не вызывала столько грез, ни на одну не отправляли столько научных миссий. Роботы землян разъезжают по Марсу, а тем временем фильм «Марсианин» (Ридли Скотт, 2015), снятый по одноименной книге (Энди Вейер, 2011), демонстрирует, как астронавт МаркУотни выживает в одиночестве на Красной планете благодаря своим научным познаниям.

Эта эпопея вызывает в памяти приключения потерпевших кораблекрушение в романе Жюля Верна «Таинственный остров». Те оказываются на острове совершенно без всего и вынуждены возрождать там подобие цивилизации. В «Марсианине», как и в романе Жюля Верна, наука оказывается необходимым средством выживания и воплощается скорее в практическом применении, а не в теоретических изысканиях.

Подобные примеры мы находим в фильмах «Парни что надо» (Филип Кауфман, 1983), «Аполлон-13» (Рон Ховард, 1995), «Космические ковбои» (Клинт Иствуд, 2000), «Гравитация» (Альфонсо Куарон, 2013). В них человек остается один на один с враждебным космосом и может положиться только на свои способности, чтобы остаться в живых.

«Марсианин», воспевающий человеческий разум и адаптационные способности, говорит также о важности универсальных знаний: в критической ситуации чрезмерная специализация может оказаться вредной и даже опасной. В этом смысле фильм отличается от «Миссии на Марс» (Брайан де Пальма, 2000) и «Красной планеты» (Энтони Хоффман, 2000), повествующих о неудаче первых высадок людей на Марсе. В противовес их открытым финалам (картина Брайана де Пальмы завершается загадочным контактом с инопланетянами, картина Хоффмана – неконтролируемой мутацией, вызванной нарушениями условий среды) «Марсианин» делает упор на научности и реалистичности происходящего. Тем не менее реализм всех перипетий – это именно то, в чем позволительно усомниться…

Миссия «Арес-III»

Начнем с корабля «Гермес», доставляющего астронавтов на Марс в 2035 году. Первое наблюдение: он велик – гораздо больше «Аполлонов», на которых люди летали на Луну. Он выглядит даже шикарным: чего стоит огромное колесо, как в «Космической одиссее 2001 года», где создается искусственная гравитация^[41]. Создание тяготения во время полугодового полета на Марс представляет интерес, но если без этого не обойтись, то это должна быть скорее гантель, а не колесо, – она лучше управляется и не такая дорогая. Так или иначе, общая длина «Гермеса» достигает 200 м, если учитывать заданный колесом масштаб.

Кроме того, корабль оснащен очень большими солнечными батареями, похожими на те, что стоят на МКС. На первый взгляд, это вполне логично, так как световой поток от Солнца уменьшается с расстоянием: до Марса доходит только 43 % света, если принять земную «дозу» за 100 %. Но было бы гораздо эффективнее предусмотреть на корабле небольшой ядерный реактор, менее массивный, но дающий столько же электроэнергии. Тем более что потребность корабля в энергии очень велика, ведь ему нужна постоянная тяга: обычных химических двигателей хватает для того, чтобы стартовать с Земли, но срок их службы не превышает нескольких минут. Если на «Гермесе» работает двигательная установка (мы несколько раз видим синий выброс из его сопла), то ее тяга вряд ли сильна. Такое возможно при электрической установке^[42], принцип действия которой основан на разгоне ионизированных атомов. В романе Энди Вейера уточняется, что итоговое ускорение очень слабо – всего 2 мм/с², но его достаточно для постоянной коррекции траектории и прибытия на Марс быстрее, чем обычным способом. Постоянная работа двигателя обеспечивает кораблю спасительную маневренность, когда экипаж решает вернуться на Марс за Марком Уотни.

Характер миссии «Арес III» напрямую восходит к сценарию «Прямо на Марс», предложенному аэрокосмическим инженером Робертом Зубриным и утвержденному НАСА для своей марсианской программы. Согласно ему, для такой экспедиции потребуется три корабля. Первый – главный, необходимый для того, чтобы долететь до Марса. Два других – это возвращаемый модуль (ERV) и марсианский спускаемый модуль (MAV). ERV останется на марсианской орбите и, как следует из его названия, послужит для возвращения астронавтов на Землю. MAV опустится на поверхность, а потом, после завершения миссии, доставит астронавтов на ERV.

Ключевое значение имеет MAV: он слишком тяжел, чтобы опуститься на Марс с полными топливными баками, поэтому опускается туда автономно, с пустыми баками, и вырабатывает топливо на основе местных ресурсов до прибытия астронавтов. Маленький робот собирает воду из марсианского реголита (считается, что в нем содержится 40–80 г воды на 1 кг породы в зависимости от региона^[43], не считая полюсов) и забирает из атмосферы углекислый газ. Электролиз воды дает молекулярные кислород и водород. Кислород накапливается, водород вступает в реакцию с углекислым газом, дающую метан и воду. Эта реакция – процесс Сабатье – происходит при высокой температуре, близкой к 330 °C, в присутствии катализатора на основе рутения и алюминия^[44]. Необходимое для этого тепло без труда предоставляется радиоизотопным генератором^[45]. Получаемый метан, будущее горючее, накапливается, а вода подвергается повторному электролизу. Предусмотрено, конечно, и развертывание на поверхности Марса станции, предшествующее прибытию астронавтов. Это может быть, например, надувное жилище, как в фильме: оно легкое и при этом обеспечивает эффективную защиту от враждебных марсианских условий.

Пыльная буря

Фильм начинается с драматической сцены, послужившей причиной всего дальнейшего: астронавтам приходится взлетать на MAV в разгар марсианского урагана, не дожидаясь, пока ветер опрокинет модуль. Экстренная ситуация вынуждает их оставить на поверхности планеты одного из членов экипажа, жертву несчастного случая.

Достоверна ли эта сцена? На Марсе действительно регулярно свирепствуют ураганы, это из-за поднимаемых ими мельчайших частиц почвы марсианское небо приобретает характерный оранжевый оттенок. Бывают и пылевые тайфуны (dust devils) – это явление впервые удалось понаблюдать напрямую в 1997 году благодаря марсоходу «Патфайндер». Несколько раз эти завихрения фотографировались орбитальным зондом Mars Reconnaissance Orbiter, вращающимся вокруг Красной планеты с марта 2006 года^[46].

Но может ли марсианская буря натворить таких бед, как в фильме? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо прежде всего уяснить, что на Марсе очень слабое атмосферное давление. Оно аналогично земному на высоте 38 км, то есть в 160 раз слабее давления на уровне земного моря. При таком давлении, средней температуре -60 °C и насыщенности углекислым газом плотность марсианской атмосферы примерно в 60 раз ниже земной^[47]. Кстати, давление, оказываемое на предмет движущейся жидкостью, пропорционально произведению плотности жидкости на квадрат скорости ее движения. При марсианской плотности атмосферы давление ветра, дующего с некоей скоростью, в 60 раз ниже земного эквивалента. В этих условиях порыв ветра ощущался бы астронавтами как легкий бриз. Какой же должна быть тогда скорость ветра, способного опрокинуть корабль?

В фильме предоставлена ключевая для ответа на этот вопрос информация: миссию необходимо прервать, когда сила ветра, которой подвергается MAV, достигает 7500 ньютонов. Эта сила равна произведению давления ветра и площади, которая его испытывает. Размеры MAV можно прикинуть, сопоставляя его с ростом действующих лиц: в высоту модуль составляет примерно 20 м, его диаметр – где-то 10 м; площадь, испытывающая напор ветра, равна, следовательно, 200 м². Чтобы напор ветра на эту площадь достиг предела безопасности, он должен дуть со скоростью 70 м/с, что несколько превосходит скорость реальных марсианских ветров, составляющую 30–50 м/с.

В бурю MAV накренится на угол, определяемый как частное от деления силы ветра на вес модуля. Зная, что максимальный допустимый крен составляет 12,3°, можно рассчитать вес MAV: порядка 34 400 ньютонов. При марсианской гравитации, равной 38 % земной, это соответствует массе 9,3 т. Это представляется недостаточным, учитывая приведенные выше размеры MAV, при которых модуль должен бы иметь массу не менее 200 т. Недостаточна она и при сравнении с 15 т лунного посадочного модуля (LEM), на котором спускались на Луну и покидали ее американские астронавты. Оценочная масса MAV для миссии «Прямо на Марс» близка скорее к 40 т. Короче говоря, ураган в фильме вряд ли мог бы опрокинуть MAV, как там показано.

Под песком?

Итак, марсианская буря не так разрушительна, как земная, при одинаковой скорости ветра. Ветер на Красной планете может поднимать только мелкую пыль с диаметром частиц 50-100 микрон. В фильме же мы видим летящие уже в начале урагана стрелы кремнезема и гальку! Для астронавтов это должно было бы представлять страшную опасность: могли разбиться их шлемы.

Столь же маловероятно, чтобы Марк Уотни отыскал погребенный под песком зонд «Патфайндер» и начал доставать его содержимое^[48]. При малой силе марсианского ветра предметы заметаются песком очень медленно. Чтобы «Патфайндер», находящийся на Марсе только с июля 1997 года, так сильно замело, на него должна была бы наползти целая дюна. На Земле такое случается, но вряд ли это могло произойти на Марсе. Зато слабый марсианский ветерок был полезен для марсохода «Оппортьюнити», чьи солнечные батареи, покрывавшиеся в ходе миссии песком, неоднократно вполне эффективно «очищались» ветром.

На картошке и воде

Чтобы дожить до прилета спасательной миссии, Уотни должен обеспечить себя пропитанием на месте. Ботаник по образованию, он первым делом добывает со станции человеческие экскременты, чтобы обогатить марсианскую почву.

Как будто разумно, но вспомним, что миссия НАСА «Феникс» выяснила в 2008 году, что в почве Марса много перхлората. На Земле перхлорат аммония применяется как окислитель в боеприпасах для огнестрельного оружия, как твердое ракетное топливо, а также для производства газа – наполнителя автомобильных мешков безопасности. Ясно, что это соединение трудно назвать приятным… Перхлоратами богата почва Долины Смерти и пустыни Атакама, самой бесплодной на всей планете; свойства обоих мест схожи со свойствами марсианской поверхности. Проблема с высококорродирующим перхлоратным ионом состоит в том, что он легко разлагает углеродные элементы. Из-за этого марсианское земледелие весьма проблематично…

Чтобы выращивать картофель, Уотни также нужна вода. Добыть ее легко: достаточно сжигать водород в двуокиси кислорода воздуха и конденсировать выделяющийся при этом пар. При этом требуется соблюдать осторожность: реакция сопровождается большим выделением тепла. Пожар дирижабля-гиганта «Гинденбург» в 1937 году – самое крупное и трагическое последствие огромного выделения энергии при разложении молекулярного водорода.

При получении воды Уотни сталкивается с проблемой источника водорода: в атмосфере Марса его нет. В фильме герой получает ее из гидразина – топлива для двигателей со слабой тягой, обеспечивающих маневрирование спутников и космических зондов на орбите^[49]. Гидразин может использоваться самостоятельно, так как в присутствии катализатора спонтанно распадается на азот и водород. Эта реакция обладает сильной экзотермичностью и происходит за несколько миллисекунд, что и обеспечивает точность движений зонда. На Марсе Уотни прибегает к этой каталитической реакции для получения водорода, сжигание которого вместе с кислородом из жилого отсека и обеспечивает ему воду.

Кстати, расходование своего запаса кислорода – неудачная идея: так и задохнуться недолго. Разве что располагать постоянным источником его поступления… В проектах марсианских миссий предусматривается добыча кислорода путем электролиза воды, получаемой посредством вышеупомянутой реакции Сабатье^[50]. Поэтому Уотни было бы проще брать воду из запасов и добывать из нее кислород электролизом. Другое решение – растапливать лед при помощи удачно оказавшегося в его распоряжении маленького ядерного реактора (см. примечание о радиоизотопном генераторе). В связи с этим возникает трудность: где брать лед? Поскольку база расположена вблизи экватора, Уотни пришлось бы добраться до 25-й широты и там искать лед на обращенных к полюсу склонах, под слоем марсианского песка толщиной в несколько сантиметров.

Отметим, наконец, что даже при наличии воды для полива длительное питание одной картошкой рано или поздно привело бы к нехватке жиров и к витаминному голоданию – что, конечно, все-таки лучше, чем просто лечь и умереть.

Радиация

Кроме трудностей с марсианским овощеводством, создатели фильма упустили из виду тот факт, что поверхность Красной планеты никак не защищена от космической радиации – рентгеновских лучей и высокоэнергетических частиц, испускаемых в основном Солнцем при возмущениях на нем.

На Земле радиацию гасит толстый атмосферный щит. Важную роль играет также магнитное поле, притягивающее заряженные частицы солнечного ветра к магнитным полюсам. Марс, увы, слишком мал, чтобы удержать атмосферу, а его магнитное поле близко к нулю. Защиту, аналогичную земной, на Марсе обеспечил бы и двухметровый слой камней… Да и во время полета на Красную планету этой защиты тоже нет. Проведя 5000 солов^[51] на Марсе почти без защиты, Уотни получил бы летальную дозу облучения. Так что проблема его выживания далеко не сводится к решению вопроса питания…

На закате

На Марсе, как известно, преобладает красный цвет. Но так ли это на самом деле? Нет. В отличие от заката в фильме, марсианский закат… голубой^[52]. Почему?

Для начала разберемся, что происходит на Земле, где цвет неба – результат рассеяния в атмосфере солнечного света. Небо голубое, потому что диффузия этого цвета молекулами атмосферы гораздо больше, чем красного. Когда Солнце расположено близко к горизонту, его свет преодолевает гораздо более толстый атмосферный слой и значительная его часть рассеивается вне зрительной оси. В результате усиленного рассеивания синего цвета бедный им пучок света получается краснее, чем был первоначально. Солнце кажется красно-оранжевым.

Марсианская атмосфера сильно уступает по плотности земной и имеет другой состав. Рассеивание солнечного света в ней происходит из-за взвеси мельчайших пылинок, а они гораздо больше молекул атмосферы. Механизмы диффузии и абсорбции света этими аэрозолями, сильно зависящие от их размера и состава, отличаются от земных. Отсюда густая синева марсианского заката.

Так полетим ли мы когда-нибудь на Марс?

При всех своих несовершенствах «Марсианин» позволяет как минимум поставить вопрос о полетах людей на Красную планету. Исследование Марса как попытка выяснить, мог ли там происходить процесс пребиотической эволюции и зарождалась ли там в прошлом жизнь, – величайший научный соблазн. Но в отправке туда людей нет никакой срочности: много чего еще могут сделать роботы. Кроме всего прочего, будет очень трудно – а значит, дорого – опустить на поверхность Марса тяжелые грузы, необходимые для сооружения даже скромной базы. В его разреженной атмосфере затруднительно добиться правильного торможения парашютом, но она слишком плотна для того, чтобы тормозить в ней до самой поверхности при помощи простых ракетных замедлителей, как на Луне.

Гораздо перспективнее было бы отправить людей на марсианскую орбиту. Это дало бы экономию на поверхностной инфраструктуре и позволило бы управлять в реальном времени спущенными туда совершенными роботами (на прохождение радиосигнала от Земли до Марса требуется 5-22 минуты). Не будем забывать, что астронавты могли бы без труда высадиться на спутниках Марса, Фобосе или Деймосе, доступных благодаря слабой гравитации.

Наконец, «Марсианин» показывает, что пилотируемые полеты на Луну и на орбитальные станции стали реальностью только благодаря воле политической власти. Гигантские затраты нельзя оправдать никакими другими причинами, в том числе стремлением к научному исследованию Марса.

Что почитать и посмотреть

• Конференция Р. Леука на Utopiales в 2016 г.: https://www.youtube.com/watch?v=OQ7Hy-ALMP4.

• Ehlers К., Chakrabarty R„Moosmuller H. Blue moons and Martian sunsets («Синие луны и марсианские восходы») // Applied Optics, 2014. 53 (9). P. 1808–1819.

Глава 6.

Жизнь на ледяных планетах?

Хот в «Звездных войнах», Дельта Вега в «Звездном пути», E.D.N. III в игре «Потерянная планета»… Все эти разные и загадочные названия планет объединяет одно: температуры на их поверхности такие низкие, что вода там постоянно находится в твердом состоянии. В научной фантастике масса удивительных ледяных планет, порой населенных поразительными существами.

Неподалеку от Земли, вокруг планет Солнечной системы, вращаются реальные ледяные тела. Маленький спутник Сатурна Энцелад с температурой на поверхности минус 190 °C полностью покрыт льдом. Такова же и Европа – естественный спутник Юпитера с температурой на поверхности минус 150 °C и с ледяной коркой толщиной 90 км. На эти ледяные тела еще не садился ни один рукотворный зонд. Это не мешает кинематографистам воображать их населенными; так, в «Европе» режиссера-эквадорца Себастьяна Кордеро (2013) астронавты, обследующие Европу, делают страшное открытие. Фильм, конечно, вымысел, но, как мы увидим, внеземная жизнь, если она вообще существует, может оказаться гораздо ближе к нам, чем мы воображаем… Так что натягивайте скафандры с подогревом – и вперед, навстречу приключениям!

Хот – реалистичное ледяное тело?

В фильме «Звездные войны. Эпизод V: Империя наносит ответный удар» (Кершнер и Лукас, 1980) восставший Альянс находит убежище на планете Хот, на Внешней Границе. На ледяной поверхности этой враждебной планеты, где беспрерывно бушуют жестокие метели, повстанцы построили секретную базу, в конце концов взятую штурмом Дартом Вейдером.

Геологам планета Хот, хоть она и вымышленная, напоминает Землю более 650 млн лет назад. Согласно знаменитой модели «Земля-снежок» (правильнее было бы назвать ее «Земля-ледышка»), наша планета пережила в период от 850 от 635 млн лет назад несколько периодов оледенения разной интенсивности; этот период носит название криогенного. Идея о всемирном оледенении была выдвинута в 1949 году австралийским геологом и исследователем Антарктики Дугласом Моусоном, а модель «Земля-снежок» была развернута и уточнена американскими геологами Джозефом Киршвинком и Полом Хоффманом в 1990-е. Она объясняла наличие осадочных пород ледникового происхождения (диамиктитов) на широтах, располагавшихся тогда вблизи экватора. В 2017 году геофизики пришли к выводу, что начало и конец этого всемирного оледенения вызывались значительными колебаниями содержания в атмосфере углекислого газа, связанными с силикатными альтерациями и с извержениями вулканов. Другие вопросы пока не имеют ответов, например, полностью ли замерзали океаны или на экваторе оставалась узкая незамерзшая полоса.

Отметим, что в криогенный период в океанах Земли обитали водоросли и бактерии и могли быть рифы, но на тогдашнем суперконтиненте Родинии, начинавшем дробиться, никакой жизни еще не было. Другое дело – планета Хот, где по очевидным кинематографическим причинам живут сложные и наблюдаемые глазом животные вроде вамп, этаких йети с белой шерстью, один из которых обижает Люка Скайуокера. Согласно фильму, эти плотоядные хищники питаются другими животными, двуногими рогатыми таунтаунами – наполовину баранами, наполовину динозаврами, прирученными повстанцами, использующими их в своих космических патрулях. Иными словами, экосистема Хота сложнее, чем на Земле в криогенный период, там водятся сухопутные существа. На нашей планете пришлось ждать конца силурийского периода (420 млн лет назад), только тогда появились континентальные трофические популяции: растения и артроподы (тысяченожки, протоскорпионы, и др.), к которым следует добавить знаменитых стегоцефалов (ископаемых амфибий) начала каменноугольного периода (примерно 360 млн лет назад).

Установлено, что на планете Хот вампы питаются таунтаунами. Но те-то что едят? Вероятно, травку, а это предполагает наличие более-менее обширных степей, то есть не тотальный характер обледенения Хота. Так ли было с нашей Землей в состоянии ледышки? Кроме всего прочего, эти плотоядные теплокровны: помнится, во избежание гипотермии у Люка Скайуокера, ведущей к смерти от холода, Хан Соло, угодивший в снежный буран, жертвует своим скакуном и в ожидании помощи помещает друга внутрь теплой туши. Подобные чудища, смахивающие на млекопитающих, делают фауну Хота похожей скорее на фауну последнего ледникового периода на Земле (110-10 тыс. лет назад). Тогда шерстистые носороги соседствовали с мамонтами, а охотники-собиратели могли пешком переходить из Евразии в Америку благодаря ледовому панцирю, сковывавшему часть Северного полушария.

Итак, зверье планеты Хот – теплокровное, с обильным волосяным покровом – неплохо приспособлено к экстремально низким температурам. Но живность на других обледенелых планетах в научной фантастике необязательно такова: например, в «Звездном пути» Дж. Дж. Абрамса (2009) Джеймса Кирка ссылают на холодную-прехолодную планету Дельта Вега. Там на него сразу начинает охотиться огромная хищная амфибия, вылезающая из-подо льда и тянущая к нему длинные лапищи. Непонятно, как это агрессивное чудовище с голой кожей переносит такие низкие температуры – как в воде, так и на льдинах. Его обмен веществ выделяет тепло, производимое всем объемом тела и выводимое по всей его площади. Так как объем растет вместе с размером быстрее, чем площадь, внутренняя температура крупного существа может превосходить внешнюю, и его организм производит тепло быстрее, чем удаляет. Это явление, инерциальная гомойотермия, было, возможно, присуще некоторым крупным динозаврам (в частности, крупным растительноядным зауроподам), но никак не чудищу с Дельты Беги с его длинными подвижными конечностями.