Текст книги "Будущее человечества. Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия"

Если бы нам удалось в действительности терраформировать Марс, что могло бы помешать ему чуть позже вернуться в первоначальное безжизненное состояние? Попытка разобраться в этом вновь приводит нас к критическому вопросу, не одно десятилетие мучившему астрономов и геологов: почему Венера, Земля и Марс развиваются так по-разному?

Когда Солнечная система только сформировалась, эти три планеты были во многом схожи. На них шла вулканическая деятельность, высвобождавшая в атмосферу каждой планеты большое количество углекислого газа, водяного пара и других газов. (Именно поэтому атмосферы Венеры и Марса даже сегодня состоят почти исключительно из углекислого газа.) Водяной пар собирался в облака, и дожди создавали на поверхности планет русла рек и впадины озер. Если бы они располагались ближе к Солнцу, океаны на них выкипели бы; если дальше от Солнца – замерзли. Но эти три планеты находились в пределах либо очень близко к зоне жизни вокруг звезды – там, где условия позволяют воде оставаться в жидкой форме. Жидкая вода – это тот «универсальный растворитель», из которого вышли первые органические вещества.

Венера и Земля почти идентичны по размеру. По сути, это небесные близнецы и, по идее, должны были бы следовать одним и тем же эволюционным путем. Когда-то писатели-фантасты описывали Венеру как юный изумрудно-зеленый мир, из которого получилось бы идеальное место отдыха для усталых астронавтов. В 1930-е гг. Эдгар Райс Берроуз в романе «Пираты Венеры» (Pirates of Venus) познакомил читателей с авантюристом Карсоном Нэпьером. Венера в романе описывалась как покрытая джунглями страна чудес, полная приключений и опасностей. Однако сегодня мы знаем, что Венера и Марс совсем не похожи на Землю. Миллиарды лет назад произошло нечто такое, что направило эти три планеты по очень разным путям развития.

В 1961 г., когда в воображении читателей еще доминировали романтические представления о венерианской утопии, Карл Саган выдвинул спорную гипотезу о том, что Венера пострадала от парникового эффекта, который пошел вразнос, и потому на этой планете дьявольски жарко. Его новаторская и немного пугающая теория состояла в том, что углекислый газ для света подобен улице с односторонним движением. Видимый свет легко проходит сквозь углекислый газ внутрь венерианской атмосферы, поскольку углекислый газ для него прозрачен. Однако, поглотившись поверхностью планеты, обратно свет выходит уже в виде инфракрасного излучения, которое не может с легкостью покинуть атмосферу. Излучение оказывается в ловушке – процесс этот аналогичен тому, как теплица зимой захватывает солнечный свет или как салон автомобиля нагревается под лучами солнца. На Земле этот процесс тоже имеет место, но на Венере он многократно усилен, поскольку эта планета намного ближе к Солнцу; в результате парниковый эффект там вышел из-под контроля.

Правоту Сагана удалось доказать уже в следующем году, когда зонд Mariner 2 пролетел мимо Венеры. Картина оказалась шокирующей: температура на планете составляла ужасающие 480 °C. Этого достаточно, чтобы плавились олово, свинец и цинк. Венера предстала не тропическим раем, а раскаленным адом доменной печи. Следующие космические аппараты подтвердили дурные новости. Даже дождь на Венере не приносит облегчения, поскольку состоит из едкой серной кислоты. Ирония судьбы: великолепный блеск Венеры (а мы помним, что эта планета носит имя древнеримской богини любви и красоты) на нашем ночном небе объясняется присутствием на ней серной кислоты, которая прекрасно отражает свет.

В дополнение к этому выяснилось, что атмосферное давление на Венере почти в 100 раз превышает земное. Объясняется это опять же парниковым эффектом. На Земле большая часть углекислого газа выведена из оборота – у нас этот газ растворен в океане и горных породах. А вот на Венере температура повысилась настолько, что океаны просто выкипели, а горные породы, в которых мог бы раствориться углекислый газ, прокалились и высвободили его. Чем больше углекислого газа выделялось из грунта, тем более горячей становилась планета, и наоборот. Так возникла петля положительной обратной связи.

Из-за высокого атмосферного давления находиться на поверхности Венеры – это как погрузиться примерно на километр в глубины земного океана. Человека там раздавит как скорлупку. Но если бы мы нашли способ справиться и с давлением, и с обжигающими температурами, мы все равно столкнулись бы c различными трудностями: например, воздух на Венере настолько плотен, что ходьба по ее поверхности должна напоминать движение в патоке.

С учетом этих ограничений о терраформировании Венеры и речи быть не может.

Если Венера, планета-близнец Земли, пошла по другому пути развития потому, что находилась ближе к Солнцу, то чем можно объяснить эволюцию Марса?

Ключевой фактор здесь – то, что Марс не только располагается дальше от Солнца, он еще и намного меньше Земли и потому остывал быстрее. У Красной планеты уже нет расплавленного ядра. Магнитное поле Земли формируется благодаря движению металла в ее жидком ядре – это и порождает электрические токи. Поскольку сейчас ядро Марса твердое, оно не в состоянии генерировать сколько-нибудь существенное магнитное поле. Остаточная намагниченность марсианских горных пород свидетельствует, что некогда магнитное поле на Марсе было, но потом по каким-то причинам перестало существовать. Возможно, именно поэтому Марс потерял плотную атмосферу и воду. В отсутствие магнитного поля, которое прикрывает атмосферу от вредных солнечных лучей и вспышек, ее постепенно унесло в космос солнечным ветром. А с падением атмосферного давления выкипели и марсианские океаны.

И еще один процесс ускорил потерю атмосферы. Значительная часть имевшегося на Марсе углекислого газа растворилась в океанах и превратилась в различные соединения углерода, которые со временем отложились на океанском дне. На Земле тектоническая активность периодически изменяет континенты и позволяет углекислому газу вновь подняться на поверхность. Поскольку ядро Марса, вероятно, твердое, на этой планете уже нет сколько-нибудь значительной тектонической активности и углекислый газ оказался навсегда запертым в породах. Соответственно, когда уровень углекислого газа начал падать, возник эффект, обратный парниковому, и планета ушла в глубокую заморозку.

Драматический контраст между Марсом и Венерой помогает нам глубже понять и оценить геологическую историю Земли. Земное ядро, в принципе, могло бы остыть миллиарды лет назад, но оно до сих пор жидкое, поскольку, в отличие от марсианского ядра, содержит высокорадиоактивные минералы, такие как уран и торий, с периодом полураспада в миллиарды лет. Всякий раз, сталкиваясь с невероятной мощью вулканического взрыва или опустошениями, вызванными сильным землетрясением, мы на собственном опыте убеждаемся, что энергия радиоактивного ядра Земли ускоряет события на поверхности планеты и помогает поддерживать на ней жизнь..

Тепло, вырабатываемое радиоактивностью глубоко в недрах Земли, заставляет железное ядро планеты непрерывно перемешиваться и порождать магнитное поле. Это поле защищает атмосферу от солнечного ветра и отклоняет смертельную радиацию из космоса. (Наглядное подтверждение тому мы наблюдаем в виде полярного сияния, которое возникает, когда потоки солнечных частиц сталкиваются с магнитным полем Земли. Поле вокруг Земли похоже на гигантский дымоход, направляющий частицы из внешнего космоса к полюсам, так что большая их часть либо отводится в сторону, либо поглощается атмосферой.) Земля больше Марса, поэтому и остывает она медленнее.

Теперь мы можем вернуться к вопросу о том, как нам удержать Марс после терраформирования от возвращения в первоначальное состояние. Один из предлагаемых методов, весьма амбициозный, состоит в том, чтобы сформировать вокруг планеты магнитное поле. Для этого нам пришлось бы обмотать Марс по экватору гигантскими сверхпроводящими петлями, создав таким образом электромагнитную катушку. Применив законы электромагнетизма, можно будет рассчитать количество энергии и материалов, необходимых для изготовления такого сверхпроводящего пояса. Но надо признать, что в этом веке столь грандиозное предприятие выходит далеко за рамки наших возможностей.

Однако поселенцы на Марсе, скорее всего, не будут рассматривать угрозу возвращения планеты в первоначальное состояние как проблему, требующую немедленного решения. Терраформированная атмосфера, по всей видимости, могла бы оставаться относительно стабильной на протяжении столетия или даже дольше, так что усовершенствования можно будет вводить постепенно – десятилетиями и даже столетиями. Необходимость постоянного мониторинга и поддержания статус-кво, возможно, будет досадной помехой, но это небольшая плата за новый форпост человечества в космосе.

Терраформирование Марса станет первоочередной задачей XXII в. Но воображение ученых заглядывает дальше Марса. Самые интересные перспективы, возможно, будут связаны со спутниками газовых гигантов, включая Европу (спутник Юпитера) и Титан (спутник Сатурна). Когда-то считалось, что луны газовых гигантов – это всего лишь безжизненные обломки камня, ничем не отличающиеся друг от друга, но сейчас уже ясно, что каждая из них уникальна и поражает своими гейзерами, океанами, каньонами и атмосферными явлениями. Именно спутники газовых гигантов многие сегодня считают будущими обиталищами человечества.

Как ярка и красива комета, когда она пролетает мимо нашей планеты – при условии, конечно, что она действительно пролетает мимо.

Айзек Азимов

6. Газовые гиганты, кометы, далее везде

В судьбоносную неделю января 1610 г. Галилей сделал открытие, которому суждено было поколебать самое основание Церкви, изменить наши представления о Вселенной и дать толчок научной революции.

Ученый направил телескоп, который сделал своими руками, на планету Юпитер и с изумлением увидел четыре светящихся объекта, повисшие в небесах рядом с ним. Тщательно проанализировав движение этих объектов за неделю, он пришел к убеждению, что все они обращаются вокруг Юпитера. По существу, он обнаружил в открытом космосе миниатюрную «солнечную систему».

Галилей быстро понял, что это открытие влечет за собой космологические и теологические последствия. Столетиями Церковь, цитируя Аристотеля, учила, что все небесные тела, включая Солнце и планеты, обращаются вокруг Земли. Но Галилей обнаружил контрпример. Земля была сброшена с пьедестала, она перестала быть центром Вселенной. Все представления, скреплявшие церковную доктрину и два тысячелетия развития астрономии, были опрокинуты одним махом.

Открытия Галилея вызвали широкий интерес. Ему не потребовалась армия рекламистов и политтехнологов, чтобы убедить публику в истинности своих наблюдений. Каждый мог своими глазами увидеть картину и убедиться, что Галилей прав. Когда на следующий год он приехал в Рим, его ждал восторженный прием. Церковь, однако, была недовольна. Книги Галилея были запрещены, а сам он отдан под суд инквизиции, где ему угрожали пыткой, если он не откажется от своих еретических идей.

Сам Галилей был уверен, что наука и религия могут мирно сосуществовать. Он писал, что задача науки – определить, как устроены и работают небеса, тогда как задача религии – определить, как туда попасть. Иными словами, наука имеет дело с законами природы, тогда как религия занимается этикой, и между ними не возникает конфликта до тех пор, пока человек не забывает про это различие. Но на этот раз наука и религия столкнулись лбами в ходе судебного процесса, и Галилей вынужден был отказаться от своих теорий под страхом смерти. Обвинители напомнили ему, что монах Джордано Бруно был сожжен заживо за куда менее проработанные, чем у Галилея, космологические утверждения. После этого прошло два столетия, прежде чем была снята, наконец, бо́льшая часть запретов на книги Галилея.

Сегодня, 400 лет спустя, те же самые четыре спутника Юпитера – их часто называют Галилеевыми спутниками – вновь дали толчок настоящей революции. Кое-кто даже считает, что именно в них, а также в спутниках Сатурна, Урана и Нептуна кроется ключ к тайне жизни во Вселенной.

В 1979 г. космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2», пролетая мимо газовых планет-гигантов, подтвердили их большое сходство между собой. Все они состоят преимущественно из водорода и гелия в весовом соотношении примерно 4 к 1. (Эта смесь водорода и гелия является также основной составляющей Солнца и, если уж быть точными, вообще всей Вселенной. Возникла она, вероятно, почти 14 млрд лет назад, когда в момент Большого взрыва примерно из четверти первоначального водорода синтезировался гелий.)

Скорее всего, история всех газовых гигантов в основных моментах также очень похожа. Как уже говорилось, по теоретическим выкладкам ученых, 4,5 млрд лет назад все планеты представляли собой небольшие каменные ядра, сконденсировавшиеся из водородно-пылевого диска, окружавшего тогда Солнце. Из внутренних ядер получились Меркурий, Венера, Земля и Марс. Ядра планет, расположенных дальше от Солнца, помимо камня, содержали лед, которого на этих огромных расстояниях было в достатке. Лед действует как связующий состав, своего рода клей, поэтому ядра со льдом могли вырасти в десять раз более крупными, чем те, что состояли только изо льда. Их тяготение стало настолько мощным, что они захватили бо́льшую часть водорода, остававшегося еще на тот момент в солнечной плоскости. Чем крупнее они становились, тем больше газа притягивали, и так до тех пор, пока не притянули его весь.

Считается, что Юпитер и Сатурн имеют одинаковую внутреннюю структуру. Если бы можно было разрезать их пополам, как луковицу, то снаружи мы бы увидели толстую газообразную атмосферу. Под ней, по общему мнению, находится сверххолодный океан из жидкого водорода. Существует также гипотеза о том, что в самом центре газовых гигантов располагается маленькое плотное ядро из твердого водорода.

У планет-гигантов имеются цветные полосы, возникающие в результате того, что любые примеси в атмосфере при вращении планеты размазываются на полную окружность. На поверхности этих огромных планет бушуют колоссальные штормы. Так, на Юпитере есть знаменитое Большое Красное Пятно, которое кажется постоянным и настолько велико, что в его пределах могли бы без труда поместиться несколько таких планет, как Земля. В Южном полушарии Нептуна наблюдается иногда пропадающее Большое Темное Пятно.

Тем не менее все эти гигантские планеты различаются по размерам. Самая большая из них – Юпитер – названа в честь отца богов в древнеримской мифологии. Юпитер настолько массивен, что перевешивает все остальные планеты, вместе взятые. Он вместил бы 1300 таких планет, как Земля. Значительная часть всего, что нам известно о Юпитере, получена с космического аппарата «Галилео» (Galileo), которому в 2003 г., после восьми лет исправной работы на орбите Юпитера, было позволено окончить свою славную жизнь, нырнув в недра планеты. Пролетая в атмосфере Юпитера, аппарат продолжал передавать радиосообщения, пока его не раздавило громадное поле тяготения планеты. Обломки «Галилео», вероятно, погрузились в океан жидкого водорода.

Юпитер окружен мощным, смертельно опасным поясом радиации, источником значительной части статических помех, которые мы на Земле слышим в радио– и телеприемниках. (Часть этой статики берет начало от самого Большого взрыва.) Астронавтов, пролетающих вблизи Юпитера, необходимо будет защищать от радиации, а связь с ними в окрестностях этой планеты будет серьезно затруднена.

Еще одной проблемой может стать огромное поле тяготения Юпитера, способное захватить или, наоборот, с огромной силой вышвырнуть в открытый космос любого неразумного «прохожего», который осмелится слишком приблизиться к этому гиганту, включая луны и планеты. Когда-то, миллиарды лет назад, эта особенность сработала нам на пользу. В молодой Солнечной системе было полно космических обломков, которые непрерывным дождем сыпались на Землю. К счастью, гравитационное поле Юпитера работало, как пылесос; планета-гигант либо поглощала обломки, либо вышвыривала их прочь. Компьютерное моделирование показывает: без Юпитера Землю и сегодня бомбардировали бы гигантские метеориты, что сделало бы жизнь на ней невозможной. В будущем, выбирая в космосе солнечные системы для колонизации, было бы разумно присматриваться в первую очередь к тем из них, где имеется свой «Юпитер», достаточно крупный, чтобы навести порядок в системе и убрать обломки.

По всей видимости, жизнь, какой мы ее знаем, не может существовать на газовых гигантах. Ни у одного из них нет твердой поверхности, на которой могли бы развиться живые организмы. Нет на них ни жидкой воды, ни веществ, необходимых для возникновения углеводородов и органических соединений. Кроме того, они располагаются во многих миллиардах километров от Солнца, а значит, на них ужасно холодно.

Если говорить о потенциале поддержания жизни, то луны Юпитера и Сатурна в этом плане выглядят куда перспективнее своих центральных планет. У этих газовых гигантов насчитывается по крайней мере 79 и 62 спутника соответственно. Когда-то астрономы полагали, что все луны Юпитера похожи между собой, что все они проморожены насквозь и безжизненны, как наша Луна. Поэтому ученые были поражены до глубины души, когда выяснилось, что каждая луна планеты-гиганта обладает собственными неповторимыми свойствами. Эта информация буквально перевернула их взгляды на жизнь во Вселенной.

Самым интригующим из всех спутников газовых гигантов, пожалуй, следует назвать Европу – один из первых, открытых еще Галилеем, спутников Юпитера. Европа, подобно некоторым другим лунам наших планет-гигантов, покрыта толстым слоем льда. По одной из теорий, когда-то водяной пар из вулканов на молодой Европе сконденсировался в древние океаны, которые замерзли при остывании этого спутника. Этим, возможно, объясняется тот любопытный факт, что Европа – одна из самых гладких лун Солнечной системы. Несмотря на то что она подвергалась сильной астероидной бомбардировке, ее океаны, вероятно, замерзли уже после того, как эта бомбардировка в основном закончилась, скрыв образовавшиеся на поверхности шрамы. При взгляде из космоса Европа похожа на шарик для пинг-понга: на ней почти нет поверхностных деталей – ни вулканов, ни горных цепей, ни метеоритных кратеров. Единственная видимая ее особенность – это покрывающая всю поверхность сеть трещин.

Астрономы пришли в восторг, когда выяснилось, что подо льдом на Европе может находиться океан жидкой воды. По объему океаны Европы (по оценкам) в 2–3 раза превосходят земные, ведь наши океаны лежат на поверхности планеты, тогда как на Европе они заполняют собой большую ее часть.

Если журналисты часто говорят: «Следите за деньгами», то астрономы говорят: «Следите за водой», – поскольку именно вода является фундаментом жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Мысль о том, что в царстве газовых гигантов может существовать жидкая вода, изумила ученых. Ее присутствие на Европе поставило перед астрономами загадку: откуда на этом спутнике берется тепло для растапливания льда? На первый взгляд ситуация противоречила здравому смыслу. Мы очень долго считали, что Солнце – единственный источник тепла в Солнечной системе и что планета должна обязательно лежать в так называемой «зоне Златовласки», чтобы быть пригодной для жизни, но Юпитер находится далеко за пределами этой зоны обитаемости. При этом мы забывали рассмотреть другой потенциальный источник энергии – приливные силы. Тяготение Юпитера так велико, что он может вытягивать и сжимать Европу. При движении спутника по орбите приливной горб на нем непрерывно смещается. Вытягивание и сжатие может вызывать в ядре Европы сильное трение, когда камень вжимается в камень, и тепла, выделяемого этим трением, может оказаться достаточно, чтобы расплавить значительную часть ледового покрова.

Обнаружение жидкой воды на Европе помогло астрономам понять, что существует источник энергии, способный создать условия для жизни даже в самых темных областях космического пространства.

Запуск космического аппарата Europa Clipper запланирован примерно на 2022 г. Стоимость проекта приблизительно $2 млрд, его цель – проанализировать ледовый покров Европы, а также состав и природу ее океана и проверить их на признаки наличия органических соединений.

Инженерам будет очень непросто проложить маршрут для этого космического аппарата. Европа лежит внутри окружающего Юпитер агрессивного радиационного пояса, и исследовательский зонд, размещенный на ее орбите, вполне возможно, будет «поджарен» всего за несколько месяцев. Чтобы избежать этой угрозы и продлить жизнь аппарата, авторы проекта решили, что Clipper следует вывести на такую орбиту вокруг Юпитера, которая будет располагаться преимущественно за пределами радиационного пояса. Тогда его траекторию можно будет менять таким образом, чтобы она придвинулась ближе к Юпитеру и при этом обеспечила 45 коротких пролетов мимо Европы.

Одна из целей этих пролетов – рассмотреть и по возможности исследовать поднимающиеся над Европой фонтаны водяного пара, которые наблюдал космический телескоп «Хаббл». Возможно, зонд даже сможет пролететь сквозь такой фонтан. Не исключено также, что Clipper попытается получить образец содержимого фонтанов, выпустив в них несколько мини-зондов. Поскольку садиться на Европу Clipper не будет, исследование выбрасываемого с нее водяного пара – наш шанс заглянуть одним глазком в океан Европы. Если эта экспедиция пройдет успешно, в дальнейшем можно будет думать о посадке зонда на Европу, чтобы пробурить ее ледяной панцирь насквозь и отправить какой-нибудь исследовательский аппарат непосредственно в океан.

Однако Европа не единственная луна газового гиганта, на которой мы ищем органические соединения и микробную жизнь. Выбросы водяных гейзеров замечены также на спутнике Сатурна Энцелад; на этом основании можно предположить, что там подо льдом также имеется океан.