Текст книги "100 великих загадок астрономии"

Есть ли жизнь на Марсе?

Ни одна другая планета Солнечной системы не вызывает такого интереса, как Марс. Это единственная планета земного типа, на которой люди могут не только побывать, но и поселиться. Но что их там ждет?

В XVII веке Красная планета считалась враждебной для жизни: здесь якобы непрерывно курились вулканы, почва была пропитана мышьяком. Через полтора века, с развитием оптических телескопов, Марс рассмотрели внимательнее. Теперь он выглядел не таким неприглядным. В светлых пятнах, красовавшихся на полюсах, угадали ледяные полярные шапки. Обнаружили тонкие линии – каналы, построенные жителями Марса.

Сто лет назад, в эпоху колониальных захватов и первых успехов авиации, многие верили в то, что Марс населяет развитая цивилизация и что войска марсиан скоро вторгнутся на нашу планету. «Война миров» Герберта Уэллса казалась лозунгом завтрашнего дня. Так отчасти и вышло. Европейцы, воспитанные на ожидании скорой битвы с марсианами, истребили друг друга в двух мировых войнах, а «зеленые человечки» с Марса так и не явились на последний, решительный бой. Все догадки были ошибочны, а надежды – пусты. «Марсиан» на планете нет. Ими ничего не построено, не выращено.

Образование на поверхности Марса, напоминающее человеческое лицо

Но, может быть, пустующую нишу сумели занять бактерии? Тогда их следовало бы искать в грунте планеты. Только там они могут укрыться от смертоносных космических лучей, которые беспрепятственно проникают к ее поверхности. Фантастично? Нельзя с ходу отвергать даже подобные гипотезы, пока Марс не будет тщательно исследован.

В 1976 году американские космические зонды «Викинг-1» и «Викинг-2», прибыв на Марс, взяли пробы грунта с глубины не более 10 сантиметров. Анализ их показал, что микроорганизмов там нет. После этого интерес к Красной планете заметно снизился.

Впрочем, в наши дни на вопрос «Есть ли жизнь на Марсе?» ученые не готовы дать ответ. Конечно, никто не рассчитывает найти там высокоразвитую цивилизацию. В песках Марса не обнаружить и призрак ее. Зато где-то в недрах Красной планеты, возможно, все-таки обитают колонии микробов. Их ареалом могли бы стать даже крохотные поры в грунте, достигающие всего 0,001 миллиметра в поперечнике.

В последние десятилетия мы начали понимать, что жизнь может приспособиться к самым необычным условиям. Поверхность земных континентов и Мировой океан – лишь часть обжитого мира. Глубоко в недрах Земли скрывается целая экосистема, состоящая из микробов; она никак не связана с внешним миром. Возможно, такие же сообщества микробов встретят нас и на Марсе.

А может быть, здесь сохранились ископаемые останки вымерших давно организмов? Работающий в США немецкий астробиолог Дирк Шульце-Макух полемично заявляет: «Было бы очень странным, если бы на Марсе никогда не существовало жизни. Ведь на протяжении нескольких сотен миллионов лет природные условия здесь были, пожалуй, более благоприятными для ее развития, чем на Земле».

Так как же отыскать марсианских микробов? В своих поисках современные ученые следуют путем, который их коллеги проторили сто лет назад. Они ищут жизнь там, где есть вода. Как Персиваль Ловелл расселил марсиан вдоль каналов, так и астрономы НАСА водворили колонии микробов там, где есть скопления водяного льда. Осталось только откопать их, чем уже начали заниматься межпланетные зонды, прибывающие на Марс (например, зонд «Феникс» в 2008 году). Возможно, в недрах Красной планеты плещутся грунтовые воды – реликты тех громадных рек, чьи пересохшие русла уже не раз обнаруживали здесь? Или же там скрываются гидротермальные источники – настоящие оазисы в суровом мире Красной планеты.

Как полагает Шульце-Макух, «марсианские микробы могли бы также поглощать водяные пары непосредственно из атмосферы планеты». Их клетки, по его гипотезе, содержат смесь воды и перекиси водорода (Н₂О₂). Подобная смесь замерзает лишь при –55,6 °C, но даже при ее замерзании клетка не разрушается.

Если вернуться к экспедиции «Викингов», то эти аппараты искали жизненные формы, которые хоть чем-то напоминали бы земные. Так, может быть, они даже не заметили следы существования инопланетных микроорганизмов, не признав в них нечто живое?

В 2003 году вопрос о жизни на Марсе снова стал актуальным, ведь здесь был обнаружен метан. Сначала – с помощью наземных телескопов, а годом позже – с помощью спектрометра зонда «Марс-Экспресс». Его концентрация такова, что, по оценке специалистов, каждый год в атмосферу Марса поступает около 150 тонн этого газа. Называют разные причины его появления: вулканическая активность, падения комет, геохимические процессы, или же… его выделяют метанобразующие бактерии.

На Земле до 90 % метана возникает в результате биологических процессов. Поэтому некоторые исследователи считают его наличие на Марсе признаком существования здесь жизни. Понять происхождение марсианского метана помогло бы исследование сопутствующих газов. Так, если метан выделяется при извержении вулкана, то вместе с ним в атмосферу планеты должен поступать сернистый газ. Если – в результате биологических процессов, то одновременно выделяется и этан. Концентрация этих газов очень мала, и все же, если удастся какой-то из них обнаружить, то, возможно, тайна марсианского метана будет разгадана.

Распределен метан неравномерно. Есть области, где его концентрация особенно высока. Возможно, он поступает в атмосферу Красной планеты периодически. Если перенестись опять же на Землю, то здесь значительное количество метана выбрасывают в атмосферу грязевые вулканы. На Марсе тоже могут быть подобные вулканы, считают исследователи. Возможно, не случайно метан обнаруживают в таких регионах, как Элизиум и Фарсида, где высятся громадные щитовые вулканы. Может быть, там есть и грязевые вулканы?

Надежды энтузиастов, считающих, что жизнь на Марсе есть, питают и загадочные следы, которые иногда замечают на Красной планете. На склонах марсианских холмов проступают борозды, очевидно, прорытые водными потоками, что проносились здесь в течение короткого времени, а потом иссякли.

По мнению Шульце-Макуха, «если на Марсе есть микробы, то они могли бы воспользоваться появляющейся тут водой». Вопрос только в том, откуда та берется. Либо это вода атмосферного происхождения, либо речь идет о подтаивающих залежах льда. «Последний случай особенно интересен, – отмечает Шульце-Макух. – Ведь возле льда, скопившегося в марсианской почве, могли бы расселиться колонии микроорганизмов. Сезонное таяние льда периодически активизировало бы их жизнедеятельность».

Возможно, колонии марсианских микробов, если они есть, проводят по 50—100 тысяч лет в спячке; но стоит климату измениться, стоит притечь воде к этим «мертвым» клеткам, как они, по одной из гипотез, пробуждаются и начинают стремительно размножаться. Подобно легендарному фениксу, жизнь вновь возрождается на Красной планете. Быть может, в считаных метрах от ее поверхности эти ускользающие от нас микробы, эти «призраки Марса» уже дожидаются нас, готовые отразить любое вторжение любой «миссии».

История Марса еще полна белых пятен. Поэтому нужны новые экспедиции межпланетных зондов. Например, Шульце-Макух считает, что следует направить на Марс аппарат, который целенаправленно займется поиском молекул ДНК. Пока астробиологам приходится ждать. Если же поиск жизни на Марсе окажется слишком сложным делом для космических аппаратов, то, может быть, этим займутся космонавты?

Фобос – таинственный спутник Марса

Вот уже полтора десятилетия спутник Марса Фобос остается в фокусе внимания астрономов – под прицелом автоматических зондов, кружащих близ Красной планеты. Чем дольше за ним наблюдают, тем больший интерес он вызывает у исследователей. Фобос призван стать форпостом человечества на Марсе, плацдармом, откуда начнется освоение соседней планеты. Он сыграет ключевую роль в колонизации этого уголка космоса. Его покорение должно стать ближайшей целью НАСА, считает, например, американский астронавт Эдвин Олдрин.

Но он интересен не только как орудие достижения цели, но и как объект наблюдений. Сам по себе! Фобос, как и его собрат Деймос, другой спутник Марса, «ведет себя против всех правил», не вписывается в традиционную систематику спутников Солнечной системы. Редкой птицей, «черным лебедем», он обращается вокруг Марса, неизменно повернувшись к нему одной и той же стороной. (Фобос и впрямь черен, этакая кошка, перебежавшая дорогу племени астрономов; он отражает всего 7 % света, падающего на его поверхность.)

Итак, есть спутники настоящие, правильные. Их в Солнечной системе более десятка. Это и Луна, и Титан, и спутник Юпитера, Ио. Все это – громадные каменные шары, которые движутся по круговым орбитам, пролегающим вдоль экваториальной плоскости планеты. Все они предположительно возникли почти в одно время со своими планетами.

Загадочный спутник Марса　– Фобос

Но большинство из примерно 170 лун Солнечной системы составляют неправильные спутники. Это – небольшие глыбы, зачастую причудливой формы. Обычно они движутся по эллиптическим орбитам, наклоненным к экваториальной плоскости планеты. В большинстве случаев речь идет об астероидах, которые приблизились к планете и были захвачены ею.

Однако Фобос и Деймос не укладываются ни в одну из этих категорий. Они движутся по орбитам, близким к круговым. Их орбиты лежат почти в плоскости экватора Марса. Неужели они образовались вместе с Красной планетой? И как это произошло? Внешне они ведь – типичные астероиды.

Наблюдения за Фобосом и Деймосом ведутся почти полтора столетия – с 1877 года, когда их открыл американский астроном Асаф Холл. Но к разгадке их происхождения ученые приблизились лишь в 2010 году.

В облике Фобоса и Деймоса есть много странного. Не случайно астрономы решили отнести их к особой категории небесных тел, обращающихся близ крупных планет. За такими телами закрепилось название «Rubble piles», «рыхлые груды камней». История этих планеток неизменно начинается с катастрофы. Они пережили столкновение с каким-либо небесным телом, разбились в лепешку, но их обломки, стянутые вместе силой гравитации, образовали некую бесформенную махину.

Косвенным подтверждением этой гипотезы может служить и кратер Стикни диаметром 9 километров, самый большой на Фобосе (длина спутника – всего 21 километр). Поистине этот кратер, названный в честь Анджелины Стикни, жены Асафа Холла, мог бы внушить страх и ужас любому небесному телу. Эта громадная рытвина напоминает об ударе, который когда-то довелось пережить Фобосу. Выдержать такую коллизию могут только Rubble piles. Если бы Фобос был обычным планетоидом, сложенным из твердых пород, он раскололся бы вдребезги. Да, впрочем, если бы удар выдался чуть сильнее, то наверняка спутник тоже бы распался на части.

Раскрыть загадку происхождения Фобоса было бы легче, если бы мы знали его химический состав. Пока же можно сказать определенно лишь, что пыль, покрывающая его, мало чем отличается от лунной пыли; она содержит кремний, кислород и железо. Что же касается внутреннего строения Фобоса, то ранее, опираясь на данные наблюдений в оптическом и инфракрасном диапазонах, астрономы предположили, что этот спутник состоит из углистых хондритов – рыхлого, хрупкого материала с большим содержанием углерода. Подобный состав характерен для многих малых планет, принадлежащих поясу астероидов. Советская станция «Фобос-2» зафиксировала здесь также выделение какого-то газа, вероятно, водяных паров.

Вот почему ученые с таким нетерпением ждали, когда американский зонд «Марс-Экспресс» сблизится с Фобосом. В марте 2010 года этот зонд прошел на расстоянии всего 77 километров от него. Анализируя полученные фотографии – на них поверхность спутника предстает каким-то конгломератом расщелин и борозд (полости занимают от 25 до 45 процентов его объема), – астрономы пришли к выводу о том, что Фобос действительно представляет собой «небесное тело второго поколения». Он возник – «слепился» – из отдельных обломков и глыб, круживших в окрестности Марса. Он напоминает губку. Его плотность значительно ниже плотности астероидов.

Более полувека назад именно на аномальную плотность Фобоса ссылался советский астрофизик И.С. Шкловский, выдвигая гипотезу искусственного происхождения марсианского спутника. Из какого же вещества он мог быть сложен, рассуждал ученый. А что если внутри него простирается огромная полость? Но откуда она взялась? Быть может, Фобос – рукотворный, искусственный спутник? Его построили разумные существа?! По оценкам Шкловского, на самом деле внутри Фобоса скрывалась металлическая сфера диаметром 16 километров и толщиной стенок 6 сантиметров. Фобос был самым настоящим НЛО! Окончательно вопрос о его искусственном происхождении был снят лишь после изучения фотографий, присланных в 1975 году межпланетным зондом «Викинг».

Так что это были за обломки, составившие Фобос? Откуда они взялись? Возможно, речь идет о некоем планетоиде, захваченном Марсом и впоследствии распавшимся на части подобно тому, как в небе над Юпитером рассыпалась комета Шумейкеров-Леви-9.

А может быть, в далеком прошлом сам Марс пережил столкновение с крупным астероидом, и обломки Красной планеты, разлетевшиеся в сторону от нее, позднее снова сошлись – образовали этот необычный спутник? Постепенно Фобос разрастался, притягивая к себе все новые глыбы, кружившие поблизости. Силы его притяжения, впрочем, не хватило, чтобы заполнить полости между отдельными глыбами. Их профили очень заметно разнились, а потому, когда они соединялись, между ними оставались зиять огромные пустоты, заполнить которые нельзя было ничем. Так возникла эта крохотная планета, несуразная даже внешне, – она напоминает картофелину.

Пока большинство ученых склоняется ко второй версии: «Фобос, из ребра Марса рожденный». Результаты спектрального анализа, проведенного зондом «Марс-Экспресс», показывают, что спутник состоит из пород, напоминающих те, из которых сложена марсианская кора. Так, в районе кратера Стикни обнаружены филлосиликаты, а также другие типы минералов, встречающиеся на поверхности Марса. Подобное открытие свидетельствует о том, что Фобос находится в близком родстве с Марсом; он похож на него больше, чем на любые другие тела Солнечной системы. Очевидно, после падения крупного астероида на Марс часть коры с поверхности Красной планеты была выброшена на орбиту, где из обломков и составился этот рыхлый спутник.

Кстати, через несколько десятков миллионов лет и сам Фобос повторит судьбу неизвестного астероида – врежется в Марс. Известно, что он неуклонно сближается с Красной планетой. Каждый год он подбирается к ней еще на 4 сантиметра. Впрочем, многие астрономы считают, что он просто не доживет до этой коллизии и задолго до нее будет разорван приливными силами Марса, а из его обломков образуется кольцо – такое же, как вокруг Сатурна.

Загадка большого красного пятна

Самым памятным из атмосферных явлений, наблюдаемых на Юпитере, остается так называемое Большое Красное Пятно. Вот уже несколько столетий в южном полушарии этой крупнейшей планеты Солнечной системы красуется огромное красно-коричневое пятно. Его можно увидеть даже в телескоп средних размеров. В XVII веке оно привлекало внимание таких ученых, как Роберт Гук (он открыл его в 1664 году) и Джованни Доменико Кассини. Ориентируясь по нему, они определяли период суточного вращения Юпитера.

Это пятно напоминает огромный багровый глаз, коим Юпитер взирает на окружающий мир. Оно простирается на 25 тысяч километров. В нем утонет пара таких планет, как наша. Однако размеры пятна не постоянны. Оно живет своей загадочной жизнью. Оно то растекается по планете, то снова сжимается. В 1878 году, когда его впервые подробно описали, оно было в два раза больше, чем сейчас.

Когда-то Юпитер считали такой же твердой планетой, как Земля. Красное пятно казалось ученым громадным озером раскаленной лавы, растекшимся по поверхности планеты. Воздушные токи, исходящие от него, разгоняли облака, и сквозь их завесу нам открывались очертания этого пятна. Другие полагали, что посреди океана, разлитого по всему Юпитеру, раскинулся материк, окрашенный в кирпично-красные тона.

Теперь мы знаем, что это овальное пятно – вовсе не озеро лавы и не пылающий континент. Это – гигантский антициклон, самый грандиозный вихрь, бушующий в Солнечной системе. Скорость ветра в центральной части пятна достигает почти 400 километров в час. Перед ним меркнут самые страшные ураганы, проносившиеся когда-либо над Землей. Вот уже много веков этот вихрь буйствует над Юпитером и никак не стихнет. На нашей планете подобные атмосферные образования рассеиваются в течение нескольких недель.

Здесь же, на Юпитере, это пятно четко ограничено соседними воздушными потоками. С севера его обтекает ветер, дующий в западном направлении, а с юга – в восточном направлении. Заключенное между ними Большое Красное Пятно вот уже который век удерживается в этой оправе, словно, сказали бы в старину, звездочка, пришпиленная к небесному своду. Правда, понемногу оно перемещается в широтном направлении (восток – запад), а значит, буря обрушивает свой удар на новые районы Юпитера.

Большое Красное Пятно напоминает огромный багровый глаз, коим Юпитер взирает на окружающий мир

В последние десятилетия на Юпитере были замечены и другие пятна, меньших размеров (но даже эти «малыши» оказываются под стать Земле).

Так, в 2006 году Космический телескоп имени Хаббла зафиксировал, что «Белый овал» (буря, бушующая на Юпитере, начиная с 1998 года) в течение полугода изменил свою расцветку. В ноябре 2005 года он все еще был белого цвета, месяцем позже стали проступать коричневатые тона, а к июлю 2006 года он был уже окрашен точно в такие же цвета, как и Большое Красное Пятно. Возможно, мы являемся свидетелями появления на этой планете «Малого Красного Пятна».

В мае 2008 года было открыто еще одно, третье, красное пятно. Оно также образовалось на месте небольшого вихря, выглядевшего ранее как белый овал. Очевидно, и в этом случае изменение его цвета указывает на то, что облака поднялись на ту же высоту, где располагается Большое Красное Пятно. В середине июля 2008 года пятно-гигант и поглотило этот небольшой вихрь, как засвидетельствовал телескоп «Хаббл». Возможно, его судьба объясняет, почему так живуче Большое Красное Пятно – оно постоянно вбирает в себя вихревые образования, возникающие в атмосфере Юпитера.

Что породило Большое Красное Пятно? Какова его структура? В начале 2010 года с помощью Very Large Telescope («Очень большого телескопа») Европейской южной обсерватории впервые удалось заглянуть в глубь Большого Красного Пятна. Вплоть до этого времени считалось, что воздушные массы, его составляющие, непрестанно вращаются против часовой стрелки. Новые фотографии, сделанные с невиданной прежде четкостью, показывают не известные прежде особенности пятна. Воздушные массы движутся здесь не только в одном направлении. Центральная часть пятна вращается, наоборот, по часовой стрелке, в то время как все остальные его области – против часовой.

«Раньше мы полагали, что Большое Красное Пятно – это простой вихрь овальной формы, но результаты новых исследований показывают, что речь идет об очень сложном объекте», – отмечает американский астроном Гленн Ортон. Это пятно – своего рода «полюс холода» в атмосфере Юпитера. Его температура составляет –160 °C. При этом на сделанных недавно инфракрасных снимках видно, что расположенный посредине участок, окрашенный в яркий красный цвет, на 3–4 градуса теплее соседних областей. Так что впервые удалось выявить связь между окраской Большого Красного Пятна и его температурой. По краям пятна на этих фотографиях даже проступили темные полосы. Ученые полагают, что это нисходящие потоки холодного газа.

Впрочем, главная тайна этого атмосферного вихря так и осталась неразгаданной. Природа коричневато-красной расцветки пятна по-прежнему не ясна. Высказываются разные гипотезы. Возможно, молекулы какого-либо вещества, содержащегося в атмосфере Юпитера, под действием молний или ультрафиолетового излучения разлагаются с выделением фосфора. По другой гипотезе, вихрь втягивает из недр Юпитера некие органические вещества, фосфор или серу; они поднимаются в верхние слои атмосферы и придают Большому Пятну его неповторимую окраску. Ясно только, что цвет пятна время от времени меняется, оно приобретает различные оттенки.

Возможно, загадки Большого Красного Пятна сумеет разгадать новый межпланетный зонд, который должен прибыть к Юпитеру еще в этом десятилетии. Ему есть что изучать. Имеется много неясного в самом происхождении этой гигантской планеты.

По теории, «зародыши» газовых планет, образовавшихся на периферии Солнечной системы, лишь на четверть состояли из горных пород, а на три четверти – изо льда, которым изобиловала эта область протопланетного диска. Когда подобное ядро стало весить примерно в 5—10 раз больше, чем Земля, оно начало усиленно притягивать к себе окружавшие его газовые массы. Оболочка планеты становилась все мощнее. Так возник новый газовый гигант.

Однако в этой теории, как понятно теперь, есть важные неувязки. Расчеты показывают, что формирование такой крупной планеты, как Юпитер, занимает не менее 10 миллионов лет. Но проводимые в последние годы наблюдения за протопланетными дисками, расположенными возле других звезд, напоминающих Солнце, засвидетельствовали, что после того как в недрах молодой звезды вспыхивает термоядерная реакция, запасы водорода, необходимые для строительства планеты-гиганта, быстро иссякают. Тем не менее Юпитер все-таки успел дорасти до своих нынешних размеров. Почему?

И почему у него такое огромное ядро, которое тоже не вписывается в прежние теории? В 2008 году американские астрономы Буркхард Милицер и Уильям Хаббард, проанализировав все известные нам сведения о внутреннем строении Юпитера, построили его новую компьютерную модель. Из их расчетов явствовало, что твердое ядро Юпитера весит примерно в 14–18 раз больше, чем Земля, – то есть оно вдвое крупнее, чем полагается по теории. На долю этого ядра, состоящего из камня, металлов и льда, приходится двадцатая часть всей массы Юпитера. Астрономам еще предстоит объяснить все эти расхождения теории и практики.