Эволюция Вселенной и происхождение жизни - Пекка Теерикор

Ио — самый близкий к Юпитеру из галилеевых спутников и самое геологически активное тело в Солнечной системе. На нем несколько активных вулканов с выбросами, поднимающимися на 300 км. Выделение тепла под действием приливных сил Юпитера поддерживает нижние слои коры Ио в расплавленном состоянии. Приливы на твердой поверхности Ио достигают высоты 100 м. Похоже, что поверхность покрыта серой и ее соединениями или силикатными породами. Хотя маловероятно, что Ио может быть пригодной для жизни, на ней все же есть места, заслуживающие дальнейшего исследования: это горячие источники и их окружение. Там может быть температурный режим, пригодный для жизни, хотя прочие условия могут быть слишком жестокими, за исключением пористого подпочвенного пространства, где жизнь могла бы найти убежище. Впрочем, отсутствие воды и там может обернуться большой проблемой (рис. 31.6).

Рис. 31.6. Ближайший к Юпитеру галилеев спутник Ио на фоне турбулентной атмосферы планеты. Снимок получен «Вояджером». С разрешения NASA.

Европа — ледяной мир с перспективами для жизни.

Европа — второй по расстоянию от Юпитера галилеев спутник и самый маленький из них; его радиус 1570 км, что составляет 90 % радиуса Луны. Высокое альбедо Европы давно уже навело астрономов на мысль, что поверхность спутника покрыта чем-то, значительно лучше, чем лунная пыль, отражающим свет.

Космические экспедиции показали нам удивительный мир льда. Его белесая поверхность очень гладкая: на ней всего несколько кратеров размером более 5 км. На поверхности видны линии сдвига, и в целом она поразительно напоминает ледяное поле, которое неоднократно растрескивалось. Под этим льдом находится океан соленой воды. «Галилео» пролетал над Европой на высоте 315 км. Его магнитометры зафиксировали изменения, соответствующие токопроводящему слою, например океану соленой воды. Суммарная глубина льда и океана составляет 80-170 км. Толщина льда неизвестна. Теоретические оценки, основанные на таких свойствах поверхности, как трещины и крупные кратеры, дают толщину ледяного слоя в диапазоне от двух до нескольких десятков километров.

Европа вращается вокруг оси не совсем синхронно с ее орбитальным движением вокруг Юпитера: поверхность спутника медленно поворачивается относительно прямой Юпитер-Европа. Об этом удивительном ее поведении известно пока немного: один «несинхронный» оборот поверхность спутника совершает не менее чем за 12 000 лет. Каменное ядро Европы, скорее всего, вращается синхронно с орбитальным движением, а значит, поверхность и ядро отделены друг от друга, что отлично согласуется с гипотезой об океане между ядром и внешним ледяным слоем.

Похоже, что Европа — мир подледного океана. Может ли там существовать жизнь? Чтобы однозначно ответить на этот вопрос, необходимо послать туда зонд и пробурить лед. Даже при наличии финансирования трудно гарантировать успех такой экспедиции. Удастся ли искать жизнь, не повлияв на эту среду и не загрязнив ее земными формами жизни? Нужно учесть и технические трудности, такие как бурение льда толщиной в километры или даже десятки километров. С научной точки зрения, важнейший вопрос в связи с жизнью — каковы источники ее энергии. Многие из этих проблем можно изучить, если удастся найти на Земле условия, близкие к тем, какие мы ожидаем встретить на Европе (см. врезку 31.2).

Под километровыми толщами льда практически нет света, поэтому, если жизнь там существует, ей нужны альтернативные источники энергии. Поскольку Европа довольно близка к Юпитеру, их приливное взаимодействие приводит к нагреву ядра спутника. Вполне возможно, что на дне океана есть гидротермальные жерла. На Земле подобные места обнаружены на Срединно-Атлантическом хребте. Они полны жизнью. Там много восстановленных соединений, которые служат источником энергии для жизни, отрезанной от Солнца.

Врезка 31.2. Озеро Восток в Антарктиде: испытательный полигон для Европы

В Антарктиде более сотни озер покрыты льдом круглый год. Одно из них считается наилучшим испытательным полигоном для будущих исследователей Европы. Это озеро Восток размером 250 x 50 км. Озеро названо в честь российской станции «Восток»; толщина льда над ним около 4 км. Возраст нижнего ледяного слоя около 420 000 лет. Под твердым льдом простирается 200-метровая зона шуги, а затем и само озеро со средней глубиной 344 м. На дне есть две области максимальной глубины — Южное углубление (400 м) и Северное (800 м). Возраст воды в этом озере, наверное, около миллиона лет. Ее температура около -3 °C, но вода остается жидкой из-за высокого давления. Здесь мы имеем пример экосистемы — или даже двух, в каждом из углублений, — куда свет не поступает с поверхности. Там холодно, а толстый слой льда защищает эту систему от враждебного внешнего мира. В 1990-х годах проводился эксперимент по бурению для получения образцов шуги и воды из озера. Но он был остановлен на расстоянии 130 м от нижней границы льда. Проблема этой скважины в том, что она заполнена тоннами керосина и антифриза, которые могут серьезно загрязнить озеро.

Отмечается, что озеро должно быть неблагоприятным для жизни из-за высокого содержания растворенного кислорода. Когда будут получены образцы, мы либо увидим первое стерильное озеро на Земле, либо, если жизнь там будет найдена, откроем новый тип экстремальной среды, где микробы смогли адаптироваться к высокому уровню кислорода. В любом случае результат будет интересным. Для получения незагрязненных образцов из этого озера в Лаборатории реактивного движения создают маленький зонд-робот, который сможет пробиться сквозь лед, а скважина за ним будет замерзать. Это может стать единственным средством для получения чистых образцов из озера Восток, а в будущем — из покрытого льдом океана Европы.

Температура там очень сильно меняется на расстоянии всего нескольких десятков метров: от 200–400 °C у самого жерла до +3 °C на окружающем морском дне. Высказывалось предположение, что такого типа термальные источники послужили колыбелью жизни на Земле; но подобные системы могут существовать и на Европе. В нашей Солнечной системе, помимо Марса, Европу можно считать наиболее подходящим местом для поиска жизни.

Наконец, несколько слов о Ганимеде и Каллисто. Ганимед — крупнейший спутник в Солнечной системе, он в полтора раза больше Луны. Каллисто немного меньше Ганимеда. Их поверхности, по сравнению с Европой, выглядят довольно темными, но модели этих тел показывают, что у них есть толстая ледяная кора, под которой море или, что вероятнее, слой воды, смешанной с ледяной шугой. Поскольку они дальше от Юпитера, приливный нагрев недр у них не так велик. Эти спутники не обладают большим потенциалом для жизни.

Сатурн: газовый гигант с великолепными кольцами.

Сатурн — самая далекая планета, видимая невооруженным глазом. Когда Галилей навел на нее телескоп, он удивился, что Сатурн виден как «три звезды». Через два года маленькие «звездочки» по бокам исчезли, и еще через четыре года, в 1616 году, он зарисовал кольца как половинки эллипса. Возможно, он был несколько обескуражен, наблюдая столь сильные изменения во внешности «звезды». В 1655 году Христиан Гюйгенс предположил, что Сатурн окружен сплошным кольцом. Внешний вид, исчезновение и появление кольца объяснялись его наклоном относительно плоскости земной орбиты: повернувшись ребром к Земле, кольца исчезают. В том же году Гюйгенс открыл и крупнейший спутник Сатурна — Титан. После Гюйгенса кольца часто наблюдали и другие астрономы, причем многие из них полагали, что это твердые тела. Джованни Кассини и Жан Шаплен считали, что кольца состоят из множества маленьких твердых тел; потребовалось 200 лет, чтобы эта идея стала общепризнанной.

Известно, что у Сатурна самая низкая средняя плотность среди всех планет Солнечной системы — около 0,7 плотности воды. Эта газовая планета в основном состоит из водорода и гелия; этим она очень похожа на Юпитер. Ее масса примерно в 100 раз больше массы Земли. Ее великолепный ряд колец более заметен, чем кольца других трех планет-гигантов. Система из шести десятков ее спутников непохожа на систему спутников Юпитера. У Сатурна лишь один крупный спутник — Титан. Диаметры еще четырех лежат в интервале от 1000 до 1500 км, а остальные значительно мельче.

Четыре космических зонда побывали в системе Сатурна. По пути к нему все они посетили систему Юпитера. «Пионер-11» пролетел мимо Сатурна в 1979 году, «Вояджер-1» в 1980 году и «Вояджер-2» в 1981 году. Прошло двадцать лет, и в октябре 1997 года был запущен зонд «Кассини-Гюйгенс». Посадочный аппарат «Гюйгенс» отделился от него на Рождество 2004 года и опустился на поверхность Титана 14 января 2005 года. Ожидается, что орбитальный аппарат «Кассини» сможет работать до 2017 года.

Титан — спутник с атмосферой.

В 1944 году Джерард Койпер спектроскопически открыл атмосферу Титана. Он заключил, что атмосфера состоит из метана. Так и считалось вплоть до полета «Вояджера-1», который в 1980 году показал, что основной компонент атмосферы Титана — азот, а давление у его поверхности превышает земное примерно в 1,5 раза. «Вояджер-2» в своем полете к Сатурну не приближался к Титану. Важную роль в исследованиях Титана сыграл космический телескоп «Хаббл» благодаря высокой четкости изображений.