Текст книги "Все эти миры – ваши: Научные поиски внеземной жизни"

Панспермия: теория, которая себя назвать не смеет

В начале этой главы я предложил задуматься над тем, есть ли в Солнечной системе места обитания, пригодные для жизни. Но не был ли этот вопрос в некоторой степени неискренним? До сих пор мы касались только мест обитания, расположенных на Земле. И лес, и пруд, и река, и равнина связаны в единое, всеобъемлющее место обитания – планету Земля. Виды могут перемещаться между местами обитания иногда свободно, иногда преодолевая препятствия, но тем не менее миграция всегда возможна. Теперь давайте расширим идею места обитания до всей Солнечной системы: можно ли утверждать, что каждая планета представляет собой изолированный остров или возможны межпланетные миграции? Можно задать вопрос по-другому: может ли примитивная жизнь возникнуть на одной планете или спутнике, а потом естественным путем переместиться на другое тело?

Гипотеза, согласно которой жизнь может вести себя подобным образом, получила название панспермии{39}39
  Подзаголовок объясняется тем, что студенческая аудитория реагировала на слово, содержащее приставку «пан», еле сдерживаемым хихиканьем.


[Закрыть]. По самому простому сценарию, примитивный организм, мирно живущий на своей планете, вдруг грубо выбрасывается в космос в результате метеоритного удара и сам превращается в небесное тело. Наш отважный микроб-астронавт может несколько миллионов лет носиться в открытом космосе на своем обломке до того, как упадет на какую-то другую планету или спутник в качестве метеорита. Нам известно, что подобные вещи случаются в Солнечной системе: незначительная часть метеоритов, обнаруженных на Земле, были когда-то выброшены с поверхности Марса и Луны, а потом упали на Землю. Единственный недостающий компонент – наличие на таких метеоритах примитивных форм жизни{40}40
  А как же, возразите вы, ALH84001 – марсианский метеорит, в котором, как утверждалось, были обнаружены микрофоссилии примитивных микроорганизмов? Вам придется потерпеть до главы, посвященной Марсу, в которой я собираюсь приоткрыть эту банку с микрочервями.


[Закрыть].

Если честно, то сама идея выглядит немного безумной, но это вовсе не означает, что такое в принципе невозможно. Разумеется, на этом пути нас ждет немало трудностей: допустим, наш микроб-астронавт пережил первоначальный взрыв, выбросивший его в космос. Теперь ему предстоял долгий-долгий полет в межпланетном вакууме, во время которого на него бы обрушивались потоки безжалостного ионизирующего излучения. Под словом «долгий» надо понимать миллионы и миллионы лет – именно столько должен продлиться период анабиоза. И в конце наступает черед огненного метеорного спуска на поверхность планеты и сокрушительный удар по прибытии.

Наука учит нас, что подтвердить или опровергнуть какую-либо гипотезу можно, лишь проверив ее на практике. К чести ученых, они попытались воспроизвести условия, в которых оказались бы примитивные организмы, если бы отправились в путешествие по Солнечной системе. Различные виды бактерий, архей, грибов и лишайников путешествовали в космос на ракетах и на космических челноках и даже жили в течение 18 месяцев с 2008 по 2009 г. на Международной космической станции (МКС), а точнее, в открытом контейнере, закрепленном в передней части научного модуля «Коламбус». Этот модуль служил испытательным стендом: биологические образцы – как живые, так и неживые – выставлялись в открытый космос, чтобы посмотреть, как это на них подействует.

Стало ли воздействие вакуума, экстремальных температур и космических лучей смертельным для примитивных микроорганизмов? Ответ определенно отрицательный. Сразу несколько видов земной жизни продемонстрировали прекрасные способности к выживанию в подобных условиях. Рост и обмен веществ полностью останавливаются. Многие клетки умирают, многие получают повреждения, но неизменно остаются выжившие, которым удается продержаться в суровых условиях космоса.

Так какое значение это имеет для идеи панспермии? Тут мы снова наталкиваемся на непреодолимое препятствие в виде продолжительности путешествия: полет лишайников на борту космической станции длился всего 18 месяцев. Это очень интересный эксперимент, но он ничего не говорит нам о том, способны ли живые организмы выживать в космосе на протяжении миллионов лет. Гипотеза, что организм способен так долго существовать в состоянии, близком к смерти, представляется невероятной. Если мы когда-нибудь найдем организм, способный расти и поддерживать обмен веществ в открытом космосе – или по крайней мере глубоко внутри небесного тела, – то, возможно, это заставит скептически настроенных ученых снова вернуться к такой мысли. А пока я надеюсь, что кто-нибудь уговорит космическое агентство сбросить с орбиты на Землю заселенный микроорганизмами камень и посмотреть, что из этого получится.

Смело ступать…

Мы обрисовали «географию» Солнечной системы и наметили основные места наших поисков, так что теперь пришла пора навестить их. Поиски жизни в Солнечной системе необычайно увлекательны, поскольку мы можем физически побывать в интересующих нас местах обитания, взять пробы, проанализировать их на месте и доставить на Землю для более подробного изучения. Сегодня десятки космических зондов бороздят Солнечную систему вдоль и поперек. Самое сложное – оторваться от Земли: вывести космический аппарат, оснащенный запасом топлива, на околоземную орбиту. Но когда вы туда доберетесь, перед вами откроется весь космос. Путешествия по Солнечной системе требуют относительно мало топлива, особенно если вы проявите благоразумие и воспользуетесь гравитацией, пролетая мимо планет. Несмотря на разнообразие научных программ, все экспедиции делятся на четыре основных типа: пролет, выход на орбиту, посадка и доставка проб на Землю.

Пролет: беглое знакомство с планетой

Если в космической экспедиции запланирован только пролет, это означает, что космический аппарат сближается с планетой – обычно на большой скорости, – поворачивает к ней свои камеры и измерительные приборы и записывает все, что удается зафиксировать во время прохождения рядом с планетой. Межпланетная космическая станция «Пионер-10» – классический пример экспедиции, предназначенной для пролета. Запущенная в 1979 г., станция стала первым космическим аппаратом, пересекшим пояс астероидов. Через 20 месяцев космический аппарат «Пионер-10» достиг системы Юпитера. Он стремительно приближался к цели, двигаясь со скоростью 130 000 км/ч. Можете мне поверить – это очень быстро.

Главная часть программы началась 3 декабря 1973 г., в 12:26, когда «Пионер-10» пролетел мимо спутника Каллисто и вошел во внутреннюю систему Юпитера. Все камеры и приборы дистанционного зондирования, установленные на «Пионере», заработали одновременно, пытаясь зафиксировать все возможные виды Юпитера и его спутников, мимо которых проносился космический аппарат. Это краткое, но близкое свидание длилось 16 часов, а потом «Пионер» вышел из «тени Юпитера» и направился дальше, во тьму внешней Солнечной системы.

После такого бурного дня программа экспедиции была в основном завершена. Какие новые сведения мы получили за эти несколько часов пролета? Несомненно, самое важное открытие – огромное магнитное поле Юпитера, которое оказалось в 10 раз больше земного. Кроме того, мы увидели – с помощью самых передовых камер и датчиков – слои движущихся облаков и чудовищное по своим масштабам Большое красное пятно. А еще мы смогли бросить беглый взгляд на большие спутники Юпитера: Ио, Европу, Ганимед и Каллисто.

Можно сказать, что после наблюдений Галилея в 1609 г. мы убедились в том, что Луна – новый, неизвестный нам мир, и точно так же Юпитер и его спутники стали новыми мирами 3 декабря 1973 г. «Пионер-10» продолжал передавать сигналы на Землю до 3 декабря 2003 г., когда радиоизотопный термоэлектрический генератор – атомная батарейка, если хотите, – уже не мог дать достаточно энергии для отправки сигнала на Землю. «Пионер-10» позволил нам в первый раз взглянуть на Юпитер с такого близкого расстояния. «Пионер-11» пошел дальше и во время своей краткой экскурсии к планетам-гигантам Солнечной системы смог навестить не только Юпитер, но и Сатурн. Обе эти экспедиции стали предшественниками дальнейших крупных проектов НАСА – «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которым я планирую уделить внимание отдельно.

Орбитальная миссия: ухватиться за пролетающую планету

Задачи, стоящие перед орбитальными станциями, во многом похожи на те, что выполняют пролетающие космические аппараты, за одним исключением: им требуется затормозить. Поэтому им нужно иметь на борту достаточно топлива, чтобы сбросить скорость и направить космический аппарат на стационарную орбиту вокруг интересующей нас планеты или спутника. Как только космический аппарат достигнет цели, работа двигателя будет нужна только для периодической корректировки или смены орбиты. По сравнению с пролетом такой вариант дает гораздо больше времени для изучения объекта. Как искусственные спутники, находящиеся на околоземной орбите, могут в свое удовольствие заниматься картированием и изучением земной поверхности, так же и орбитальные космические аппараты имеют те же возможности у других планет: ничто не мешает им достаточно продолжительное время заниматься съемкой поверхности далеких планет и даже пролетать над одним и тем же местом по нескольку раз, чтобы проследить за происходящими изменениями.

Когда в 1971 г. «Маринер-9» достиг Марса, он стал первым искусственным спутником другой планеты. Чуть позже один из его дальних родственников, «Марс Реконессанс Орбитер» (MRO), сделал потрясающие фотоснимки с высоты 3 км над марсианской поверхностью. По сути своей MRO – спутник-шпион: он выполняет те же задачи, что и множество спутников – как гражданских, так и военных – выполняют на земной орбите. Камера HiRISE – сердце космического аппарата. Это цифровая камера, оснащенная телескопом-рефлектором с апертурой 50 см. На ее создание потрачено $40 млн. Каждый снимок «весит» от 3 до 5 Гбайт и позволяет различить на поверхности Марса объекты размером до 1 м в поперечнике.

Основное предназначение MRO – изучение поверхности планеты и помощь в планировании будущих экспедиций, чем он и занимался с 2006 г. практически без перерывов. Полученные с его помощью снимки высокого разрешения имели определяющие значение при планировании зоны посадки марсохода «Кьюриосити». Кроме того, MRO выполнил собственный план научных мероприятий: заснял последствия падения на Марс метеорита, который обнажил скрытые под слоем грунта залежи льда; сход каменных лавин; фонтанчики пыли и катящиеся по склону камни; и, вероятно, самое важное и загадочное явление – таяние подпочвенных льдов во время марсианской весны{41}41
  Прошу прощения, но тут я снова заставлю вас подождать до главы, посвященной Марсу.


[Закрыть].

Еще один важный аспект миссии MRO заключается в том, что все полученные им изображения – наряду со снимками, сделанными другими аппаратами, – находятся в открытом доступе и ждут вашего внимательного взгляда. В духе похвальной традиции «народной науки» НАСА создало веб-сайт «Be a Martian!» («Стань марсианином!»), где все желающие могут принять участие в обработке огромного количества данных спутниковых наблюдений поверхности Марса. Цель этого проекта – создать единую всеобъемлющую карту поверхности. Так что дерзайте, и пусть вам повезет напасть на свежий след!

Посадка: один небольшой шаг

Допустим, вы оказались на орбите удаленной планеты или спутника. Чтобы добраться туда, вам пришлось преодолеть огромные расстояния, и теперь поверхность кажется вам соблазнительно близкой. Но постойте – подумайте о том, сколько энергии вы израсходовали на то, чтобы добраться до земной орбиты. Примерно такое же количество энергии вернется к вам при спуске на другую планету или спутник, поэтому все должно быть под контролем. А поскольку сигнал до Земли и обратно идет слишком долго, спускаемый аппарат должен работать без вмешательства человека: нам придется предусмотреть все заранее и составить компьютерную программу так, чтобы она сама принимала все важные решения.

Спускаемый модуль обычно доставляется к планете одновременно с орбитальным аппаратом. Так, например, автоматический космический аппарат «Кассини», созданный НАСА для полета к Сатурну, захватил с собой автоматическую станцию «Гюйгенс» Европейского космического агентства (ЕКА). В конечном итоге в 2005 г. «Гюйгенс» произвел мягкую посадку на поверхность Титана. После благополучного спуска посадочный модуль начал передавать данные об условиях на поверхности и о том, как они меняются с течением времени. На его борту имелись приборы для анализа состава грунта и атмосферы, а также для фотографической съемки.

Физические измерения на поверхности других планет могут подарить много неожиданных открытий. В 1976 г. автоматические марсианские станции «Викинг-1» и «Викинг-2 совершили посадку на Марсе, взяли первые пробы «воздуха» и определили его изотопный состав. Вскоре газы с таким же содержанием изотопов были обнаружены в редкой разновидности метеоритов, найденных на Земле{42}42
  Класс метеоритов SNC, включающий шерготтиты, наклиты и шассиньиты.


[Закрыть]. Когда в середине 1980-х гг. факты сопоставили, стало понятно, что эти метеориты имеют марсианское происхождение: они были выброшены с поверхности Марса, а потом упали на Землю (фактически – бесплатная доставка образцов, но об этом позднее).

Планетоход: странствующий ученый

Планетоход – это спускаемый аппарат, который может перемещаться по поверхности планеты, что дает ему возможность исследовать различные типы рельефа. Широко известны марсоходы, которые успешно исследуют красную планету начиная с 1997 г., когда «Соджорнер» приземлился на Марсе. Но я бы хотел особо упомянуть две поистине первопроходческие экспедиции начала 1970-х гг. – «Луноход-1» и «Луноход-2», – которые исследовали поверхность Луны в 1971 и 1973 гг. Потерявшиеся в тени американской пилотируемой программы луноходы скромно делали свое дело: исследовали лунную поверхность, брали пробы грунта, измеряли магнитное поле и вели наблюдения «космической погоды» – измеряли интенсивность солнечного ветра.

Приводимые в движение комбинацией энергии солнечных батарей и радиоизотопного термоэлектрического генератора, эти луноходы предвосхитили многие конструкторские решения, знакомые нам по более поздним планетоходам: многоколесное шасси, установленное в передней части исследовательское оборудование и приподнятые навигационные камеры. Поскольку сигнал от Луны до Земли идет меньше трех секунд, «Луноходы», в отличие от своих марсианских родственников, управлялись непосредственно с Земли. Советским планетоходам есть чем гордиться, они могут высоко нести свои навигационные камеры: лишь к середине 2014 г. созданному НАСА марсоходу «Оппортьюнити» удалось наконец превзойти «Луноход-2» по длине пройденного пути, составившего более 40 км по одометру (по сравнению с 39 км «Лунохода-2»).

Доставка образцов: берем камни и улетаем

Для доставки образцов нужно выполнить все вышеперечисленное, а затем забросить материалы с поверхности (породы, почву, тараканов) в возвращаемый аппарат, который взлетит с планеты, состыкуется со спутником на орбите и полетит домой на остатках топлива, которых должно хватить на долгий обратный путь.

К чему эти дополнительные усилия? Спускаемый аппарат – будь то планетоход или просто автоматический посадочный модуль – несет на своем борту все необходимые приборы для анализа условий на поверхности планеты. Однако набор экспериментов, которые можно осуществить на месте, очень ограничен по сравнению с возможностями земной лаборатории (больше приборов, выше их точность и т. д.). Наверно, самое важное свойство, которого не хватает автоматической станции, – это возможность поменять набор и последовательность экспериментов: после того как программа утверждена, в нее уже нельзя внести никаких изменений. Вы не можете провести никаких новых опытов в зависимости от вновь полученной информации – вы не можете просверлить в образце дырку поглубже и выяснить то, что вас заинтересовало.

Наиболее честолюбивые планы по доставке образцов были у российской программы «Фобос-Грунт», которая стартовала в ноябре 2011 г. Это была дерзкая попытка получить физические образцы Марса, приземлившись не на саму планету, а на ее маленький спутник – Фобос. Суть идеи сводилась к тому, что со спутника легче стартовать, чем с большой планеты (и топлива для этого надо меньше). Планировалось, что эти 200 г грунта, собранные на Фобосе, станут первым достаточно крупным внеземным образцом, доставленным на Землю после лунных миссий 1970-х гг. К несчастью, «Фобос-Грунт» вернулась немного раньше, чем планировалось: на низкой околоземной орбите произошел сбой бортовых систем, и станция еще несколько недель беспомощно вращалась с выключенными двигателями, пока наконец не приблизилась к Земле и не сгорела в плотных слоях атмосферы.

Следы на реголите

А где же специальный раздел, превозносящий пилотируемые космические полеты? Вынужден вас разочаровать, но пилотируемые полеты я объединил с доставкой образцов, потому что эти экспедиции, в сущности, выполняют одни и те же задачи: приземлиться, проделать опыты, установить флаг, загрузить образцы и вернуться домой. С одной только разницей, что в случае автоматической миссии не стоит вопрос заботы о пассажирах. Не поймите меня превратно, я считаю, что пилотируемые экспедиции в пределах Солнечной системы исключительно важны. Они призваны проложить путь к дальнейшему развитию человечества, а также поддерживать интерес к космонавтике у молодых ученых и инженеров на нашей планете. Но в том, что касается поисков живых организмов в Солнечной системе, я не горю желанием добраться до них лично и первым пожать им руку. По сравнению с теми рисками и затратами, которые необходимы для отправки пилотируемой миссии, доставка образцов при помощи автоматических зондов обойдется в несколько раз дешевле и позволит получить значительно больше информации.

Внесем ясность

Я уже говорил, что имеет смысл сосредоточить наши ограниченные ресурсы на наиболее вероятных местах обитания жизни в Солнечной системе. Так насколько же ограничены наши ресурсы (под ресурсами я понимаю деньги: мои деньги, ваши деньги, деньги налогоплательщиков)?

Сколько стоит межпланетный перелет? Программа «Викинг», включавшая запуск к Марсу двух одинаковых аппаратов, в 1976 г. стоила около $1 млрд (приблизительно $4 млрд в современных ценах). В эту стоимость входили две орбитальные станции, состоявшие из искусственного спутника и оснащенного по последнему слову техники спускаемого аппарата с набором научных инструментов. Общий бюджет Марсианской научной лаборатории, действующей сейчас на Красной планете, также известной как марсоход «Кьюриосити», составил $2,5 млрд. За эти деньги можно себе позволить полуавтономный планетоход размером с автомобиль, приводимый в движение радиоизотопным источником энергии. С прицелом на будущее ЕКА разрабатывает JUICE (аппарат для изучения ледяных спутников Юпитера), который отправят на экскурсию вокруг самых больших из них – Европы, Ганимеда и Каллисто, – заплатив за билет €900 млн.

Итак, допустим, я дам вам $4 млрд на поиски жизни в Солнечной системе. Как вы распорядитесь этими деньгами? Вложите ли вы все, что у вас есть, в одну сверхмиссию, чтобы тщательно исследовать какое-то конкретное место? Предпочтете подстраховаться и пошлете две большие экспедиции (стоимостью примерно по одному миллиарду каждая) к двум наиболее вероятным кандидатам, оставив $2 млрд на пять мелких, чтобы точно ничего не пропустить? Или вы сочтете, что Солнечная система еще недостаточно изучена, и потратите все деньги на небольшие, относительно дешевые миссии, чтобы больше узнать о планетах и их спутниках перед тем, как организовывать что-нибудь большое и серьезное?

Не стоит расстраиваться, если у вас нет ответа на этот вопрос. У национальных космических агентств его тоже нет, хотя по долгу службы им приходится решать такие задачи. Поэтому они довольно часто просят присылать им идеи для предстоящих экспедиций на другие планеты. Различные команды ученых разрабатывают подробные планы экспериментов, которые должны дать ответы на четко поставленные вопросы. Затем эти планы сравнивают между собой, отсеивая наименее интересные, и в конце концов победитель получает право приступить к созданию, запуску и осуществлению миссии.

Запущенная НАСА автоматическая межпланетная станция «Кассини» до сих пор остается на орбите и передает данные наблюдений, из которых ученые узнали много неожиданного. Среди самых выдающихся достижений «Кассини» – открытие на Титане озер из жидкого этана и метана, а также обнаружение фонтанов водяного пара и кристаллов льда на крошечном спутнике Энцеладе.

Станция «Кассини» прибыла к Сатурну в 2005 г. после восьмилетнего путешествия. Она двигалась кружным путем: сначала совершила гравитационный маневр рядом с Венерой, потом снова приблизилась к Земле и затем пролетела мимо Юпитера перед долгим путешествием к Сатурну. Когда автоматическая станция добралась до Сатурна и самого большого из его спутников, Титана, зонд ЕКА «Гюйгенс», который «Кассини» несла на борту, совершил посадку на Титан, ознаменовав таким образом выдающееся научное достижение – первую успешную посадку во внешней Солнечной системе. Стоит отметить, что переговоры между НАСА и ЕКА относительного этого грандиозного совместного предприятия начались в 1982 г. От начала подготовки до успешного осуществления замысла прошло 23 года, и даже теперь, спустя 10 лет, мы все еще пожинаем научные плоды этой экспедиции{43}43
  Миссия «Кассини» завершилась 15 сентября 2017 г., когда космический аппарат прошел вблизи внутреннего кольца Сатурна (кольца D), после чего погрузился в атмосферу планеты и разрушился.


[Закрыть].

Помните, в первой главе я спрашивал, когда, по вашему мнению, будет найдена внеземная жизнь? Если вы ответили, что это должно случиться в ближайшие 100 лет, я бы посоветовал вам начинать обдумывать предстоящую экспедицию и готовить свои предложения уже сегодня.