Планеты и жизнь - Лев Мухин

Именно с этой точки зрения большой интерес представляют гипотезы периодических изменений климата Марса. Остановимся на них несколько подробнее, поскольку именно они оставляют еще некоторые надежды для поиска жизни на Марсе. Действительно, в нынешних условиях трудно ожидать, что Марс — зеленая планета. На ее поверхность падает гибельный для земных форм жизни поток ультрафиолета, а низкие средние температуры и малые количества воды делают очень и очень сомнительной возможность зарождения и существования даже примитивных форм жизни на этой планете.

Возможны, правда, локальные изменения подобных условий. Смягчение экологии можно ожидать, например, в районах активного вулканизма на Марсе. Но существуют другие модели — модели временных изменений климата планеты.

Если наблюдать Марс в телескоп, легко можно заметить, как каждый год летом испаряется южная полярная шапка. В то же время северная полярная шапка площадью около 100 тысяч квадратных километров никогда не тает до конца.

При таянии южной полярной шапки частично обнажаются кратеры, и поэтому можно провести приблизительную оценку ее толщины. Эта оценка дает значение многих десятков метров, причем можно думать, что на южном полюсе есть районы с еще большей глубиной снежного покрова. Толщину северной полярной шапки трудно оценить на основании наблюдательных данных. И тем не менее некоторые ученые считают, что толщина ледяного покрова для весеннего остатка северной шапки достигает одного километра.

Если предположить, что средняя плотность ледяного покрова составляет 1 грамм в кубическом сантиметре, то при испарении остатка северной полярной шапки можно получить очень плотную атмосферу, как на Земле. Тогда-то, естественно, и появляется возможность существования открытых водоемов на планете. Вода в атмосферу и на поверхность Марса может поставляться и из слоя вечной марсианской мерзлоты во время периодических потеплений. Расчеты показывают, что марсианская весна должна наступать каждые 20−50 тысяч лет.

Конечно же, мы должны учитывать не только глобальные изменения климата Марса. На нем могут быть оазисы, где в принципе возможна жизнь. Самый большой из известных вулканов в солнечной системе Nix Olimpica находится на Марсе, и есть все основания предполагать, что на этой планете вулканизм — постоянно действующий фактор. Вот в этом случае на поверхности Марса и могут быть оазисы, в которых, возможно, даже сейчас живут примитивные микроорганизмы.

Несколько слов по поводу сезонной волны потемнения, которую в течение ста лет связывали с цветением марсианской растительности. Потемнение поверхности Марса начинается весной. Волна потемнения движется от полярных шапок к экватору со скоростью около 30 километров в сутки. (Термин «потемнение» не совсем точный. На самом деле астрономы наблюдают возрастание контрастности различных участков поверхности Марса.) Сейчас возможность образования волны потемнения за счет биологических процессов исключена. Ее наиболее убедительно объясняет изменение сезонных ветровых режимов Марса с учетом переноса пылевых частиц. Именно сезонный перенос пыли изменяет контраст различных участков поверхности Марса.

Однако окончательное заключение о биогенности Марса можно сделать лишь после очень широкого круга экспериментов по поиску жизни на этой планете.

Проблеме поисков жизни на Марсе последние 15 лет уделялось очень большое внимание, и поэтому остановимся на ней несколько подробнее. Планирование экспериментов по поиску жизни — весьма сложная задача, так как очень трудно, если не невозможно, указать какой-либо единый, универсальный признак, однозначно характеризующий живую систему. Поэтому принципиальный этап в научной программе поиска инопланетных форм жизни — выработка критериев, которые, с одной стороны, достаточно полно характеризовали бы живую систему, а с другой — могли служить удобной основой для разработки соответствующих методов обнаружения инопланетной жизни.

Выработка такого комплекса критериев аналогична выработке некоторой «модели» живой системы. Безусловно, что такая «модель» имеет ряд существенных ограничений и не будет полностью соответствовать реальной живой системе. Тем не менее на современном этапе поиска инопланетных форм жизни такого рода подход можно считать оправданным.

Для характеристики собственно живых систем на любом уровне их иерархии нужно иметь в виду прежде всего два самых существенных свойства живого: во-первых, обмен веществ (метаболизм), и, во-вторых, способность к самовоспроизведению, или размножение.

Эксперименты по искусственному синтезу биологически важных соединений доказали возможность образования в лабораторных условиях веществ, жизненно необходимых для любых организмов и получавшихся ранее только в процессе биосинтеза. Лабораторные синтезы некоторых соединений идут в присутствии интенсивного потока ультрафиолетовых лучей, и, поскольку на поверхность Марса попадает значительное количество ультрафиолета, не исключена возможность, что на поверхности Марса есть органические соединения абиогенного происхождения.

Эта задача очень интересна сама по себе и тесно связана с возможностью существования жизни на планете. Поэтому-то все программы по изучению Марса и планировались таким образом, чтобы искать на его поверхности и собственно живые системы, и органические молекулы.

Во второй половине 1976 года на поверхность Марса были доставлены две американские автоматические станции — «Викинг-1» и «Викинг-2», оснащенные научной аппаратурой, предназначенной для изучения поверхности и атмосферы планеты. И все-таки, по словам руководителей проекта «Викинг», задачей номер один был поиск жизни на Марсе. 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 строении поверхности Марса.

Фотографии запечатлели лавовые потоки и кратеры, причем некоторые явно отличаются от метеоритных.

Значит, на Марсе, по крайней мере в прошлом, действовали вулканы. Снимки еще раз подтвердили, что на поверхности планеты есть структуры, которые можно истолковать как следы водных потоков или ледников.

Мы уже говорили о том, что климат на Марсе не всегда был таким, как сегодня. Однако если в прошлом на Марсе были реки и ледники, то куда исчезла вода сегодня?

Многие исследователи полагают, что сейчас на Марсе существует мощный слой (многие сотни метров) вечной мерзлоты. И вот, как бы в подтверждение этой точки зрения, при анализе фотографий поверхности удалось установить, что на склонах некоторых метеоритных кратеров застыли многокилометровые «селевые потоки». Судя по всему, при ударе метеорита о поверхность планеты мерзлый грунт нагревается и тает, и потоки грязи стекают по склону кратера, оставляя характерные следы.

Предварительный анализ полученных данных позволяет считать, что атмосфера Марса в прошлом была более плотной. Если эти данные верны, то Марс действительно претерпевал за свою историю значительные изменения климата.

Центральными экспериментами «Викингов» были эксперименты по поиску жизни на Марсе. Эксперименты делились на две группы.

Первая группа — 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 они 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 гранта.

При сжигании сложных органических соединений обычно образуются летучие вещества — нитрилы, альдегиды, бензол и другие достаточно простые продукты.

Попадая все вместе в хроматографическую колонку, они выходят из нее в различное время, и поэтому массспектрометр анализирует уже не сложную смесь веществ, а индивидуальные простые соединения, спектры которых хорошо известны.