Эволюция Вселенной и происхождение жизни - Пекка Теерикор

После экспедиций «Викингов» наступила пауза, продолжавшаяся 20 лет, прежде чем новые зонды отправились к Красной планете. Но после этого к Марсу устремилась целая армада, умножившая наши знания об этой планете. «Пасфайндер» сел на Марс 4 июля 1997 года. Этот самоходный аппарат исследовал Марс в течение двух месяцев. Почти одновременно с ним был запущен и вышел на орбиту вокруг Марса аппарат «Марс Глобал Сервейер», проработавший до 2006 года, когда его сигналы пропали. В 2001 году на орбите вокруг Марса появился «2001 Марс Одиссей». В июне 2003 года был запущен европейский «Марс Экспресс», который вышел на орбиту вокруг Марса в декабре 2003 года. С собой он привез спускаемый аппарат «Бигль-2», который разбился при посадке; а орбитальный аппарат успешно работает до сих пор. С начала 2004 года по поверхности Красной планеты бродят два марсохода — «Спирит» и «Оппортьюнити». С 2006 года вокруг Марса обращается «Марс Риконисенс Орбитер». В 2008 году посадочный аппарат «Феникс» искал воду и пригодные для жизни условия в почве Марса. Но ни одна из экспедиций после «Викингов» напрямую не искала на Марсе жизнь.

Уже составлена весьма подробная карта Марса. Бледное северное полушарие довольно плоское и низменное, с небольшим количеством кратеров. Более темное южное полушарие — это возвышенная область с большим количеством кратеров. Различие в цвете вызвано разным цветом пыли, покрывающим эти области. Наиболее заметной деталью Марса при наблюдении с Земли в телескоп является плато Большой Сирт — темный «полуостров» со множеством кратеров, протянувшийся к северному полушарию. Со спутников он не кажется чем-то особенным. Зато огромные марсианские вулканы и глубокие каньоны с Земли выглядят не очень впечатляюще. Огромный 200-км ударный кратер Эллада в южном полушарии очень заметен при наблюдениях как земными телескопами, так и со спутников.

Огромные марсианские вулканы демонстрируют разницу между Марсом и Землей. Наши вулканы, сформированные всплывающими мантийными плюмами, часто образуют вулканические цепи, поскольку кора над плюмами перемещается, будучи частью тектонической плиты. Известный пример этого — цепь Гавайских островов. Некоторые вулканы на Марсе гораздо крупнее и массивнее земных. Это означает, что кора Марса не испытывает активных тектонических движений плит, поэтому лава от вулканической активности собирается в одном месте, образуя гигантский вулкан. Пока неизвестно, существует ли на Марсе вулканическая активность в нашу эпоху. Долины Маринера на плато Фарсида — замечательный пример прошлой геологической активности (см. цветную вкладку). Этот каньон имеет ширину 200 км, длину 4500 км и глубину до 11 км; он мог бы протянуться «от берега до берега» США. В действительности, долины Маринера — это не каньон, сформированный водной эрозией. Скорее это рифтовая долина, образованная разрывом земной коры и похожая на Восточно-Африканскую рифтовую долину, которая включает в себя, например, самые большие озера Восточной Африки и Мертвое море. Рифтовые долины образуются, когда куски суши удаляются друг от друга, а маленькая часть между ними проваливается.

Сейчас вырисовывается интересная картина относительно возможности жизни на Марсе. Она основана на тех данных, которые уже собраны и продолжают поступать от марсианских экспедиций, а также на исследованиях микробов-экстремофилов на Земле. Совершенно очевидно, что одним из решающих факторов для жизни служит наличие жидкой воды. Земная жизнь имеет клеточное строение, а растворителем во всех клетках служит вода. Разумеется, в клетках содержатся и другие важные молекулы, но вода вездесуща. Правда, вирусы в неактивном состоянии, пока они не начали размножаться внутри клетки, не нуждаются в воде в качестве растворителя, но, с другой стороны, в этом состоянии их вообще не назовешь «живыми».

Современный Марс — совершенно сухая планета. Воды в его атмосфере очень мало: если бы вся она сконденсировалась в осадок, то получился бы слой менее 0,1 мм. Среднее давление марсианской атмосферы около 8 мбар, а летом или зимой может понижаться до 5 мбар, что ниже тройной точки воды (6,1 мбар, 0,01 °C). Это означает, что, если бы жидкая вода каким-то образом оказалась на поверхности Марса, она бы быстро закипела или замерзла.

Некоторые ученые считают, что Марс всегда был очень сухим, но не исключено, что в прошлом все было совсем иначе. Есть немало свидетельств того, что воды там имелось довольно много, в том числе и в жидкой форме. Сила тяжести на Марсе меньше, чем на Земле. Легкие газы из атмосферы постепенно улетучиваются в космос, причем с такой скоростью, что за 1 млрд лет атмосфера теряет в весе в 10 раз. С учетом этого обстоятельства 2–3 млрд лет назад Марс должен был иметь атмосферу примерно с таким же давлением, как у современной атмосферы Земли. Кроме того, со временем меняется и состав его атмосферы: в прошлом пропорции разных газов в ней не отличались от теперешних; возможно, она была более пригодной для жизни. При наличии большего количества воды и двуокиси углерода атмосфера должна была создавать более сильный парниковый эффект и повышать температуру поверхности.

Изучая в начале 1980-х годов изображения, переданные орбитальными аппаратами «Викинг», ученые высказали идею о большом Марсианском океане. Это бы могло объяснить, почему Северная низменность такая ровная и почти лишена кратеров. Были найдены две береговых линии, каждая длиной в тысячи километров. Похоже, что когда-то треть марсианской поверхности покрывал океан глубиной 2 км. Последние капли воды испарились из него или замерзли 1–2 млрд лет назад. Эта гигантская масса воды могла бы стать колыбелью жизни. Но в этой картине есть одна загадка: почему береговая линия этого единственного океана имеет неодинаковую высоту? Это возможно только в том случае, если ось вращения Марса блуждала в теле планеты, что, как показывает компьютерное моделирование, могло происходить с характерным временем в сотни миллионов лет.

В Исландии можно найти потрясающие примеры катастрофических наводнений. Многие из них образовали каньоны, давшие начало рекам. От некоторых сейчас остались широкие сухие русла, порою довольно глубокие. На Марсе тоже видны признаки катастрофических наводнений. В принципе, этой жидкостью могла быть и не вода, а, например, лава; но, судя по форме русел и картине эрозии, все же более вероятна вода. На Марсе есть два типа структур, создать которые могли потоки воды: это большие стоковые каналы (outflow channels) и менее крупные сети долин (valley networks). Стоковые каналы видны на молодых территориях северного полушария, а сети долин — на ограниченных площадях обычно старых территорий южного полушария.

Стоковые каналы достигают в длину 2000 км, а в ширину 100 км. Они начинаются с так называемых хаотических местностей, хаосов, и имеют обрывистые стенки, следы течения воды, эродированные кратеры и сухие речные русла. Считается, что они образовались при катастрофических наводнениях из подпочвенных резервуаров воды. Заканчиваются они в структурах, похожих на сухое дно больших озер или океанов. Примерами таких образований служат долина Тиу и долина Apec.

Сети долин иногда напоминают древовидные дренажные системы небольших рек. Порой они выглядят как одиночные структуры, похожие на реку с несколькими притоками. Примером служит долина Нергал. Она старая и не могла образоваться при катастрофическом наводнении. Если в этих сетях долин текла вода, то ее небольшое количество могло быть обеспечено дождем, или таяньем ледника, или грунтовой водой. Вероятно, там была река, но обычно русла рек не прослеживаются. Не исключено также, что грунтовая вода вызвала обрушение почвы, под которой она текла. Многие из этих долин заканчиваются внезапно.

Даже в более мелком масштабе — на стенках некоторых небольших кратеров и на склонах — видны следы течения воды. Впервые их обнаружили на изображениях, полученных с высоким разрешением зондом «Марс Глобал Сервейер». По виду они похожи на маленькие ливневые стоки, заметные на холмах и склонах гор в пустынях и полупустынях Земли. Некоторые из них можно найти в огромном кратере Ньютон и на склонах долин Нергал (рис. 31.4) и Дао. Найдены десятки тысяч ливневых стоков длиной от сотен метров до нескольких километров. Наблюдения «Марс Глобал Сервейера» показали, что эти ливневые стоки активны и сегодня. С января по май 2000 года у них были замечены некоторые изменения.

Рис. 31.4. Долина Нергал на фото, переданном аппаратом «Марс Глобал Сервейер». С разрешения NASA/JPL/Malin Space Science Systems.

Изображения с «Марс Глобал Сервейера» выявили слоистые формирования. Если эти слои осадочные, значит, они должны были сформироваться в воде. Марсоход «Оппортьюнити» нашел на земле Меридиана минерал серый гематит, частично в виде маленьких темных шариков, похожих на ягоды черники; и это тоже свидетельствует о наличии в прошлом грунтовых или поверхностных вод. На Земле карбонаты обычно формируются при сочетании процессов эрозии и отложения и в конце концов образуют белые карбонатные скальные формации. Но на Марсе не обнаружилось высокообогащенных карбонатных отложений. Однако выход из этого противоречия есть: если древние океаны обладали высокой кислотностью из-за обилия CO2 в атмосфере, то отложение могло происходить в виде сульфатов, богатых серой и магнием, высокую концентрацию которых действительно обнаружил марсоход «Спирит».