Гораздо более серьезным аргументом в пользу этой гипотезы является проблема универсальности генетического кода, поскольку в настоящее время не существует сколь-либо удовлетворительной теории, объясняющей возникновение кода и его универсальность. Поэтому гипотеза направленной панспермии, постулирующая возникновение всех форм земной жизни от одного внеземного микроорганизма, наиболее легко и естественно "расправляется" с этой загадкой.
Правда, перенося решение проблемы возникновения жизни в другое место и время, эта гипотеза не дает никаких позитивных путей для решения интересующей нас задачи.
Действительно, пусть 13 миллиардов лет назад был Большой Взрыв, а спустя 2 миллиарда лет начали образовываться звезды и планеты. И пусть на какой-то планете возникла жизнь. Но задача науки состоит именно в том, чтобы объяснить, как эта жизнь возникла, где бы это ни случилось: на Земле или какой-то другой планете.
Бесспорно, что гипотеза внеземного происхождения жизни, одним из авторов которой является крупнейший ученый современности Ф. Крик, лишний раз свидетельствует об огромной сложности проблемы зарождения жизни и, в частности, проблемы возникновения генетического кода. Однако в научном плане ее вряд ли можно считать плодотворной, хотя в принципе нельзя исключить внезапного пересмотра наших представлений вследствие выхода человека в Космос.
Отметим, что, если встать на позиции теории направленной панспермии, вероятность существования жизни во Вселенной резко повышается, так как каждой "зеленой" планете можно приписать вероятность присутствия жизни на ней, равной 1.
В этом случае жизнь во Вселенной - явление очень распространенное. Но где тогда эта сверхцивилизация, которая "тиражировала" жизнь в нашей Галактике?
Ведь эта цивилизация должна быть на миллиарды лет старше нас. Жива ли она до сих пор или погибла в результате какой-нибудь космической катастрофы?
Только ли на Земле могла эта цивилизация оставить зародыши жизни?
Быть может, космические автоматы посещали подряд все планеты солнечной системы и на далеких внешних планетах - Уране, Нептуне и Плутоне тоже были оставлены "семена" жизни. За миллиарды лет с ними могли произойти удивительные изменения.
Недаром, когда ученые начали планировать эксперименты по поиску жизни на Марсе, одним из основных требований, выдвинутых биологами, было требование о стерилизации всей научной аппаратуры и космического корабля. Все детали были "прожарены" при температуре около 130 градусов Цельсия.
Подобные предосторожности были предприняты для того, чтобы не привести возможные инопланетные формы жизни в контакт с земной микрофлорой. Ведь в результате этого контакта инопланетная жизнь могла бы быть уничтожена. С другой стороны, хорошо известно, что при возвращении с Луны американские космонавты проходили весьма продолжительный карантин.
Отметим еще одно обстоятельство. Если правы Крик и Оргел, жизнь в Галактике должна быть построена по единому образцу.
По всей видимости, дальнейшие, более глубокие исследования планет помогут в известной мере приблизиться к решению проблемы возникновения и существования внеземных форм жизни. Именно поэтому в решении Бюраканской конференции подчеркнута важность экспериментов по поиску жизни на других планетах солнечной системы.
Глава X
БОГИ И "ВИКИНГИ"
Среди планет солнечной системы третья планета от Солнца обитаема. Это наша Земля - Деметра, богиня плодородия.
Извечный вопрос, есть ли где-нибудь еще жизнь, кроме Земли, относился прежде всего к другим планетам солнечной системы. Казалось бы, сейчас этот вопрос в известной мере утерял свою актуальность в связи с результатами исследования планет. Человечество получило от космических исследований столь большой объем научной информации, что он будет еще многие десятилетия осмысливаться учеными.
И нам полезно посмотреть, как практически на глазах сегодняшнего поколения менялось отношение к проблеме существования жизни на других планетах, какие новые идеи возникают по этому поводу и как старые идеи теряют свою силу перед неопровержимыми экспериментальными данными.
Итак, посмотрим, каков климат- на планетах солнечной системы. Где еще, кроме Земли, может зародиться и существовать жизнь?
Наша родительская звезда - Солнце имеет семью, состоящую из девяти планет. Расстояния от планет до Солнца исчисляются сотнями миллионов и даже миллиардами километров. С такими чудовищными цифрами оперировать не очень-то удобно. Поэтому астрономы предпочитают иметь дело не с километрами, а с астрономическими единицами. Одна астрономическая единица равна расстоянию от Солнца до Земли, или приблизительно 150 миллионам километров.
Самая близкая к Солнцу планета Меркурий находится от него на расстоянии 0,39 астрономической единицы.
Самая далекая, Плутон, в 100 раз дальше от Солнца, чем Меркурий. Расстояние от Солнца до Нептуна в 30 раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли. Уран находится в 19 астрономических единицах от Солнца, Сатурн почти в десяти, Юпитер - в пяти. Марс дальше в полтора раза от Солнца, чем Земля. Ну а ближайшая соседка Венера отстоит от Солнца "всего" на 0,72 астрономической единицы.
Чем дальше от Солнца планета, тем холоднее ее климат. Ведь хорошо известно, что количество солнечной радиации убывает пропорционально квадрату расстояния от нашего светила. Именно поэтому поверхность Меркурия получает в семь раз больше солнечных лучей, чем поверхность Земли. А на долю Плутона приходится всего 0,0006 того количества солнечной энергии, которая достигает Земли.
Очень важной величиной, определяющей климатические условия, является время обращения планет вокруг Солнца, то есть продолжительность их года. Ясно, что чем дальше от Солнца планета, тем продолжительней период ее обращения. Меркурий полностью "замыкает" свою орбиту за 88 дней. Земля, как мы знаем, тратит на это уже 365 дней. Чем дальше от Солнца, тем больше, и год Юпитера составляет почти 12 земных лет, а на Плутоне длится 248 земных лет. Марсианский год приблизительно вдвое больше земного. Это означает, что и каждый сезон года на Марсе продолжается приблизительно вдвое дольше, чем на Земле.
Чрезвычайно важно знать и массу планеты, поскольку именно она определяет силу тяжести на поверхности.
В солнечной системе самая легкая планета - Меркурий. Его масса составляет всего 0,05 массы Земли. Юпитер же тяжелее всех остальных планет, вместе взятых.
Он в 318 раз тяжелее Земли и в три раза тяжелее Сатурна. Итак, каковы же климатические условия на планетах?
Самая маленькая, самая легкая и самая близкая к Солнцу планета Меркурий. Температура его поверхности, освещаемой солнечными лучами, достигает 345 градусов по Цельсию. Если бы можно было повысить температуру поверхности Меркурия всего на сто градусов, то сера, находящаяся на поверхности, начала бы кипеть и астрономы наблюдали бы желтую атмосферу на этой планете. Но, во-первых, этих ста градусов все-таки не хватает, а во-вторых, если атмосфера на Меркурии и есть, то она очень слабая. Давление газов у поверхности Меркурия в сотни миллиардов раз меньше, чем у поверхности Земли. Совершенно ясно, что на поверхности такой планеты, так же как и на поверхности Луны, никакой жизни быть не может.
Совсем недавно наш выдающийся ученый академик В. Вернадский говорил, что существование микробной жизни на Венере более чем вероятно. Существование жизни на Марсе у него (как, впрочем, и у подавляющего большинства других ученых) не вызывало никаких сомнений.
Существовали какие-нибудь основания для столь оптимистической точки зрения? Безусловно. Ведь Венера и по размерам, и по средней плотности, и по массе - близнец или, точнее, родная сестра Земли. Поэтому-то и считалось еще лет тридцать тому назад, что на Венере обязательно должна быть жизнь. Но, пожалуй, именно в отношении Венеры наши представления претерпели наибольшие изменения в последнее десятилетие. Это, конечно, в первую очередь связано с достижениями советских космических станций типа "Венера" и американского "Пионера".
Наиболее интересные данные о Венере были получены с автоматических станций "Венера-9 и 10" в 1975 году, со станций "Венера-11 и 12" в 1978 году и в том же году с американской станции "Пионер-Венера". Советские автоматические станции в 1975 году впервые дали возможность человечеству взглянуть глазами телевизионных установок на каменистую и безжизненную поверхность Венеры. Их отличие от американской станции "Пионер" состояло в том, что они работали на поверхности Венеры.
Американцы пошли по другому пути. У них был большой космический корабль, из которого выбросили три маленьких и один большой исследовательский зонды.
На всех зондах была установлена научная аппаратура.
Зонды прошли всю атмосферу Венеры до самой поверхности и сделали много измерений. При столкновении с поверхностью Венеры все они, кроме одного, погибли:
скорость соударения достигала 11 метров в секунду.
Один маленький зонд "жил" на поверхности 67 минут.
Что же показали советские и американские космические эксперименты?
Атмосфера Венеры горячая, плотная и сухая. Температура поверхности больше 400 градусов Цельсия. Выше, чем на Меркурии. Но ведь Венера дальше от Солнца, чем Меркурий. Почему же она горячее?
Дело в том, что на Венере вовсю работает тот самый парниковый эффект, о котором говорилось в одной из предыдущих глав. Давление атмосферного столба у поверхности - около ста килограммов на квадратный сантиметр, и львиную долю этого давления создает углекислый газ. Поэтому-то парниковый эффект на Венере гораздо сильнее, чем на Земле, поэтому-то и температура поверхности Венеры выше, чем у Меркурия.
При подобных температурах не может быть и речи о существовании каких-либо форм жизни. Высказывались, правда, идеи о холодных полюсах на Венере и о существовании именно в этих районах океанов. Однако вряд ли подобное предположение можно считать состоятельным: в этом случае необходимы гигантские перепады температуры в меридиональном направлении.
А как получить такие перепады? Ведь на Венере сильные ветры. На высоте 40 километров их скорость достигает скорости хорошего урагана, 40 метров в секунду.
На высоте 60 километров и того больше, 100-160 метров в секунду. При столь сильных движениях в атмосфере значительные температурные перепады невозможны.
Таким образом, мы приходим к выводу о невозможности существования не только каких-либо форм жизни на поверхности Венеры, но, по-видимому, и о невозможности существования на поверхности этой планеты скольлибо сложных органических молекул.
Действительно, основной компонент атмосферы Венеры - углекислый газ. Есть немного азота и аргона. Воды совсем мало. Даже сернистого газа больше, чем воды.
Из такой атмосферы органической "каши" не сваришь, хотя грозовые разряды там бывают.
Кстати, вопрос о том, куда исчезла вода с Венеры, является одним~из самых загадочных. Ведь на Земле-то воды более чем достаточно. Средняя толща одних океанов около трех километров. А сколько еще воды в мантии!
Для объяснения этого явления предлагался ряд гипотез. Можно, например, предположить, что в самом начале образования планеты исходный материал содержал малые количества воды, поскольку в зоне образования Венеры начальные температуры были выше. Это предположение носит слишком общий характер, не поддается никакой экспериментальной проверке и целиком зависит от слишком неопределенных начальных условий.
Наиболее убедительна другая точка зрения, которую разделяют советские геохимики, согласно которой при высоких температурах вода интенсивно связывается с минералами химически. Такой же позиции придерживается известный американский геолог Руби. Тем не менее сейчас этот вопрос нельзя считать окончательно решенным.
Очень интересная особенность атмосферы Венеры заключается в том, что практически вся поверхность планеты закрыта от нас мощным облачным слоем. Поверхность Венеры никогда не удавалось наблюдать средствами оптической астрономии. Именно облачный слой планеты остается даже сейчас последней надеждой экзобиологов. Были высказаны предположения о том, что именно в облаках Венеры могут существовать примитивные формы жизни. Однако результаты космических исследований Венеры указывают на то, что средний размер большинства частиц облачного слоя составляет величину порядка одного микрона. Мне представляются невозможными процессы, которые могли бы привести к образованию в газовой фазе (даже при наличии капелек тумана или частиц пыли) не только живых организмов, но и сложных органических соединений.
В противном случае приходится предположить, что облачный слой состоит из микроорганизмов, поскольку размеры частиц облачного слоя и размеры большинства микробных клеток совпадают.
Каким образом в облаках могло происходить концентрирование органики, столь необходимое для возникновения жизни? Ведь из газов атмосферы Венеры очень трудно получить с хорошим выходом даже формальдегид. Где взять в атмосфере источники фосфора для био полимеров?
Невозможность получить ответы на эти вопросы заставляет нас считать модели биогенного облачного слоя Венеры малоубедительными.
Даже до настоящего момента химический состав частиц облачного слоя неизвестен. В качестве возможных кандидатов за последние годы предлагались следующие соединения. Обычная пыль - силикаты и окислы, углеводороды, хлористый аммоний, хлориды ртути, гидратированные хлориды железа, вода, лед. Однако по мере накопления экспериментальных данных практически все перечисленные соединения были исключены из списка кандидатов.
В последнее время выдвинуто предположение о том, что облачный слой состоит из частиц серной кислоты.
Данные оптических измерений подтверждают эту идею.
Прямой химический анализ облаков Венеры будет проведен в ближайшие годы.
Во всяком случае, определенные к сегодняшнему дню физико-химические характеристики поверхности и атмосферы Венеры не оставляют никаких шансов для существования даже примитивных форм жизни на этой птанете. Правда, американский астроном и экзобиолог К Саган рассматривает модели организмов-аэростатов в облачном слое (их размеры должны быть порядка нескольких сантиметров). Но подобная модель внутренне противоречива, поскольку совершенно непонятно, каким образом такие организмы могли возникнуть в условиях малой концентрации органических соединений. К сожалению, утренняя звезда безжизненна, и для биологов это мертвый объект.
Со времен открытия знаменитых каналов на Марсе человечество мучил вопрос о жизни на этой планете. Никто не сомневался, что она существует, причем жизнь разумная. Казалось, что предметом обсуждения является лишь метод установления контактов с марсианами, а также вопросы их биологии, архитектуры марсианских городов и так далее. Правда, в последние годы оптимизм в отношении жизни на Марсе у большинства ученых в результате космических экспериментов сильно поубавился.
Здесь, в общем, случилась такая же история, как и с Венерой, когда получение новой информации привело к пересмотру установившихся взглядов.
Но сначала поговорим о природных условиях Марса. Атмосфера этой планеты весьма разрежена по сравнению с атмосферами Земли и Венеры и давление у поверхности оценивается величиной, почти в сто раз меньшей, чем у поверхности Земли. Основной составляющей атмосферы является углекислый газ. В качестве малых примесей есть аргон, азот и кислород. Оказалось, что аргон на Марсе не такой, как на Земле.
Аргон в земной атмосфере состоит из нескольких изотопов, причем больше всего аргона, который произошел от распада радиоактивного калия с атомным весом 40. На втором месте - нерадиогенный изотоп аргона с атомным весом 36.
А на Марсе радиогенного аргона гораздо больше, чем нерадиогенного. Это может означать лишь одно.
Все процессы дегазации, образования атмосферы шли менее интенсивно, чем на Земле, и поэтому первичного, нерадиогенного азота в атмосфере Марса меньше, чем в атмосферах Земли и Венеры.
Вообще говоря, определение концентраций благородных газов в атмосферах планет исключительно важно именно для изучения эволюции планеты, так как сравнение содержания благородных газов в метеоритах и планетах дает возможность судить о термической истории планет и эволюции их атмосфер.
Температуры поверхности Марса весьма низки и составляют на полюсах величину порядка - 140 градусов Цельсия, а на экваторе в дневное время достигают 28 градусов. Поверхность Марса имеет красноватый оттенок, что связано с наличием на ней окислов железа. Нельзя исключить, что здесь могут идти процессы фотохимического синтеза простых органических молекул, поскольку поверхности Марса достигает ультрафиолетовое излучение Солнца.
Для проверки этого предположения были проведены некоторые эксперименты. Они продемонстрировали образование альдегидов в условиях, моделирующих марсианский климат. Однако если альдегиды и присутствуют на поверхности Марса, концентрация их очень мала, не более 0,0000001 грамма на квадратном сантиметре.
В результате полетов к Марсу автоматических станций выяснились чрезвычайно интересные особенности рельефа этой планеты. На фотографии, полученной с автоматической станции "Маринер-9", отчетливо видно образование, напоминающее русло высохшей реки.
Позже автоматические станции "Викинг" подтвердили это другими снимками. Эти фотографии вызывают недоумение в первую очередь потому, что, с одной стороны, атмосферное давление слишком низко, чтобы могли существовать открытые водоемы, а с другой стороны, на Марсе очень часты пыльные бури, и поэтому за геологические времена русла бывших рек должны были бы просто исчезнуть под слоем пыли.
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 возможнность 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.
Правда, перенося решение проблемы возникновения жизни в другое место и время, эта гипотеза не дает никаких позитивных путей для решения интересующей нас задачи.
Действительно, пусть 13 миллиардов лет назад был Большой Взрыв, а спустя 2 миллиарда лет начали образовываться звезды и планеты. И пусть на какой-то планете возникла жизнь. Но задача науки состоит именно в том, чтобы объяснить, как эта жизнь возникла, где бы это ни случилось: на Земле или какой-то другой планете.
Бесспорно, что гипотеза внеземного происхождения жизни, одним из авторов которой является крупнейший ученый современности Ф. Крик, лишний раз свидетельствует об огромной сложности проблемы зарождения жизни и, в частности, проблемы возникновения генетического кода. Однако в научном плане ее вряд ли можно считать плодотворной, хотя в принципе нельзя исключить внезапного пересмотра наших представлений вследствие выхода человека в Космос.
Отметим, что, если встать на позиции теории направленной панспермии, вероятность существования жизни во Вселенной резко повышается, так как каждой "зеленой" планете можно приписать вероятность присутствия жизни на ней, равной 1.
В этом случае жизнь во Вселенной - явление очень распространенное. Но где тогда эта сверхцивилизация, которая "тиражировала" жизнь в нашей Галактике?
Ведь эта цивилизация должна быть на миллиарды лет старше нас. Жива ли она до сих пор или погибла в результате какой-нибудь космической катастрофы?
Только ли на Земле могла эта цивилизация оставить зародыши жизни?
Быть может, космические автоматы посещали подряд все планеты солнечной системы и на далеких внешних планетах - Уране, Нептуне и Плутоне тоже были оставлены "семена" жизни. За миллиарды лет с ними могли произойти удивительные изменения.
Недаром, когда ученые начали планировать эксперименты по поиску жизни на Марсе, одним из основных требований, выдвинутых биологами, было требование о стерилизации всей научной аппаратуры и космического корабля. Все детали были "прожарены" при температуре около 130 градусов Цельсия.
Подобные предосторожности были предприняты для того, чтобы не привести возможные инопланетные формы жизни в контакт с земной микрофлорой. Ведь в результате этого контакта инопланетная жизнь могла бы быть уничтожена. С другой стороны, хорошо известно, что при возвращении с Луны американские космонавты проходили весьма продолжительный карантин.
Отметим еще одно обстоятельство. Если правы Крик и Оргел, жизнь в Галактике должна быть построена по единому образцу.
По всей видимости, дальнейшие, более глубокие исследования планет помогут в известной мере приблизиться к решению проблемы возникновения и существования внеземных форм жизни. Именно поэтому в решении Бюраканской конференции подчеркнута важность экспериментов по поиску жизни на других планетах солнечной системы.
Глава X
БОГИ И "ВИКИНГИ"
Среди планет солнечной системы третья планета от Солнца обитаема. Это наша Земля - Деметра, богиня плодородия.
Извечный вопрос, есть ли где-нибудь еще жизнь, кроме Земли, относился прежде всего к другим планетам солнечной системы. Казалось бы, сейчас этот вопрос в известной мере утерял свою актуальность в связи с результатами исследования планет. Человечество получило от космических исследований столь большой объем научной информации, что он будет еще многие десятилетия осмысливаться учеными.
И нам полезно посмотреть, как практически на глазах сегодняшнего поколения менялось отношение к проблеме существования жизни на других планетах, какие новые идеи возникают по этому поводу и как старые идеи теряют свою силу перед неопровержимыми экспериментальными данными.
Итак, посмотрим, каков климат- на планетах солнечной системы. Где еще, кроме Земли, может зародиться и существовать жизнь?
Наша родительская звезда - Солнце имеет семью, состоящую из девяти планет. Расстояния от планет до Солнца исчисляются сотнями миллионов и даже миллиардами километров. С такими чудовищными цифрами оперировать не очень-то удобно. Поэтому астрономы предпочитают иметь дело не с километрами, а с астрономическими единицами. Одна астрономическая единица равна расстоянию от Солнца до Земли, или приблизительно 150 миллионам километров.
Самая близкая к Солнцу планета Меркурий находится от него на расстоянии 0,39 астрономической единицы.
Самая далекая, Плутон, в 100 раз дальше от Солнца, чем Меркурий. Расстояние от Солнца до Нептуна в 30 раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли. Уран находится в 19 астрономических единицах от Солнца, Сатурн почти в десяти, Юпитер - в пяти. Марс дальше в полтора раза от Солнца, чем Земля. Ну а ближайшая соседка Венера отстоит от Солнца "всего" на 0,72 астрономической единицы.
Чем дальше от Солнца планета, тем холоднее ее климат. Ведь хорошо известно, что количество солнечной радиации убывает пропорционально квадрату расстояния от нашего светила. Именно поэтому поверхность Меркурия получает в семь раз больше солнечных лучей, чем поверхность Земли. А на долю Плутона приходится всего 0,0006 того количества солнечной энергии, которая достигает Земли.
Очень важной величиной, определяющей климатические условия, является время обращения планет вокруг Солнца, то есть продолжительность их года. Ясно, что чем дальше от Солнца планета, тем продолжительней период ее обращения. Меркурий полностью "замыкает" свою орбиту за 88 дней. Земля, как мы знаем, тратит на это уже 365 дней. Чем дальше от Солнца, тем больше, и год Юпитера составляет почти 12 земных лет, а на Плутоне длится 248 земных лет. Марсианский год приблизительно вдвое больше земного. Это означает, что и каждый сезон года на Марсе продолжается приблизительно вдвое дольше, чем на Земле.
Чрезвычайно важно знать и массу планеты, поскольку именно она определяет силу тяжести на поверхности.
В солнечной системе самая легкая планета - Меркурий. Его масса составляет всего 0,05 массы Земли. Юпитер же тяжелее всех остальных планет, вместе взятых.
Он в 318 раз тяжелее Земли и в три раза тяжелее Сатурна. Итак, каковы же климатические условия на планетах?
Самая маленькая, самая легкая и самая близкая к Солнцу планета Меркурий. Температура его поверхности, освещаемой солнечными лучами, достигает 345 градусов по Цельсию. Если бы можно было повысить температуру поверхности Меркурия всего на сто градусов, то сера, находящаяся на поверхности, начала бы кипеть и астрономы наблюдали бы желтую атмосферу на этой планете. Но, во-первых, этих ста градусов все-таки не хватает, а во-вторых, если атмосфера на Меркурии и есть, то она очень слабая. Давление газов у поверхности Меркурия в сотни миллиардов раз меньше, чем у поверхности Земли. Совершенно ясно, что на поверхности такой планеты, так же как и на поверхности Луны, никакой жизни быть не может.
Совсем недавно наш выдающийся ученый академик В. Вернадский говорил, что существование микробной жизни на Венере более чем вероятно. Существование жизни на Марсе у него (как, впрочем, и у подавляющего большинства других ученых) не вызывало никаких сомнений.
Существовали какие-нибудь основания для столь оптимистической точки зрения? Безусловно. Ведь Венера и по размерам, и по средней плотности, и по массе - близнец или, точнее, родная сестра Земли. Поэтому-то и считалось еще лет тридцать тому назад, что на Венере обязательно должна быть жизнь. Но, пожалуй, именно в отношении Венеры наши представления претерпели наибольшие изменения в последнее десятилетие. Это, конечно, в первую очередь связано с достижениями советских космических станций типа "Венера" и американского "Пионера".
Наиболее интересные данные о Венере были получены с автоматических станций "Венера-9 и 10" в 1975 году, со станций "Венера-11 и 12" в 1978 году и в том же году с американской станции "Пионер-Венера". Советские автоматические станции в 1975 году впервые дали возможность человечеству взглянуть глазами телевизионных установок на каменистую и безжизненную поверхность Венеры. Их отличие от американской станции "Пионер" состояло в том, что они работали на поверхности Венеры.
Американцы пошли по другому пути. У них был большой космический корабль, из которого выбросили три маленьких и один большой исследовательский зонды.
На всех зондах была установлена научная аппаратура.
Зонды прошли всю атмосферу Венеры до самой поверхности и сделали много измерений. При столкновении с поверхностью Венеры все они, кроме одного, погибли:
скорость соударения достигала 11 метров в секунду.
Один маленький зонд "жил" на поверхности 67 минут.
Что же показали советские и американские космические эксперименты?
Атмосфера Венеры горячая, плотная и сухая. Температура поверхности больше 400 градусов Цельсия. Выше, чем на Меркурии. Но ведь Венера дальше от Солнца, чем Меркурий. Почему же она горячее?
Дело в том, что на Венере вовсю работает тот самый парниковый эффект, о котором говорилось в одной из предыдущих глав. Давление атмосферного столба у поверхности - около ста килограммов на квадратный сантиметр, и львиную долю этого давления создает углекислый газ. Поэтому-то парниковый эффект на Венере гораздо сильнее, чем на Земле, поэтому-то и температура поверхности Венеры выше, чем у Меркурия.
При подобных температурах не может быть и речи о существовании каких-либо форм жизни. Высказывались, правда, идеи о холодных полюсах на Венере и о существовании именно в этих районах океанов. Однако вряд ли подобное предположение можно считать состоятельным: в этом случае необходимы гигантские перепады температуры в меридиональном направлении.
А как получить такие перепады? Ведь на Венере сильные ветры. На высоте 40 километров их скорость достигает скорости хорошего урагана, 40 метров в секунду.
На высоте 60 километров и того больше, 100-160 метров в секунду. При столь сильных движениях в атмосфере значительные температурные перепады невозможны.
Таким образом, мы приходим к выводу о невозможности существования не только каких-либо форм жизни на поверхности Венеры, но, по-видимому, и о невозможности существования на поверхности этой планеты скольлибо сложных органических молекул.
Действительно, основной компонент атмосферы Венеры - углекислый газ. Есть немного азота и аргона. Воды совсем мало. Даже сернистого газа больше, чем воды.
Из такой атмосферы органической "каши" не сваришь, хотя грозовые разряды там бывают.
Кстати, вопрос о том, куда исчезла вода с Венеры, является одним~из самых загадочных. Ведь на Земле-то воды более чем достаточно. Средняя толща одних океанов около трех километров. А сколько еще воды в мантии!
Для объяснения этого явления предлагался ряд гипотез. Можно, например, предположить, что в самом начале образования планеты исходный материал содержал малые количества воды, поскольку в зоне образования Венеры начальные температуры были выше. Это предположение носит слишком общий характер, не поддается никакой экспериментальной проверке и целиком зависит от слишком неопределенных начальных условий.
Наиболее убедительна другая точка зрения, которую разделяют советские геохимики, согласно которой при высоких температурах вода интенсивно связывается с минералами химически. Такой же позиции придерживается известный американский геолог Руби. Тем не менее сейчас этот вопрос нельзя считать окончательно решенным.
Очень интересная особенность атмосферы Венеры заключается в том, что практически вся поверхность планеты закрыта от нас мощным облачным слоем. Поверхность Венеры никогда не удавалось наблюдать средствами оптической астрономии. Именно облачный слой планеты остается даже сейчас последней надеждой экзобиологов. Были высказаны предположения о том, что именно в облаках Венеры могут существовать примитивные формы жизни. Однако результаты космических исследований Венеры указывают на то, что средний размер большинства частиц облачного слоя составляет величину порядка одного микрона. Мне представляются невозможными процессы, которые могли бы привести к образованию в газовой фазе (даже при наличии капелек тумана или частиц пыли) не только живых организмов, но и сложных органических соединений.
В противном случае приходится предположить, что облачный слой состоит из микроорганизмов, поскольку размеры частиц облачного слоя и размеры большинства микробных клеток совпадают.
Каким образом в облаках могло происходить концентрирование органики, столь необходимое для возникновения жизни? Ведь из газов атмосферы Венеры очень трудно получить с хорошим выходом даже формальдегид. Где взять в атмосфере источники фосфора для био полимеров?
Невозможность получить ответы на эти вопросы заставляет нас считать модели биогенного облачного слоя Венеры малоубедительными.
Даже до настоящего момента химический состав частиц облачного слоя неизвестен. В качестве возможных кандидатов за последние годы предлагались следующие соединения. Обычная пыль - силикаты и окислы, углеводороды, хлористый аммоний, хлориды ртути, гидратированные хлориды железа, вода, лед. Однако по мере накопления экспериментальных данных практически все перечисленные соединения были исключены из списка кандидатов.
В последнее время выдвинуто предположение о том, что облачный слой состоит из частиц серной кислоты.
Данные оптических измерений подтверждают эту идею.
Прямой химический анализ облаков Венеры будет проведен в ближайшие годы.
Во всяком случае, определенные к сегодняшнему дню физико-химические характеристики поверхности и атмосферы Венеры не оставляют никаких шансов для существования даже примитивных форм жизни на этой птанете. Правда, американский астроном и экзобиолог К Саган рассматривает модели организмов-аэростатов в облачном слое (их размеры должны быть порядка нескольких сантиметров). Но подобная модель внутренне противоречива, поскольку совершенно непонятно, каким образом такие организмы могли возникнуть в условиях малой концентрации органических соединений. К сожалению, утренняя звезда безжизненна, и для биологов это мертвый объект.
Со времен открытия знаменитых каналов на Марсе человечество мучил вопрос о жизни на этой планете. Никто не сомневался, что она существует, причем жизнь разумная. Казалось, что предметом обсуждения является лишь метод установления контактов с марсианами, а также вопросы их биологии, архитектуры марсианских городов и так далее. Правда, в последние годы оптимизм в отношении жизни на Марсе у большинства ученых в результате космических экспериментов сильно поубавился.
Здесь, в общем, случилась такая же история, как и с Венерой, когда получение новой информации привело к пересмотру установившихся взглядов.
Но сначала поговорим о природных условиях Марса. Атмосфера этой планеты весьма разрежена по сравнению с атмосферами Земли и Венеры и давление у поверхности оценивается величиной, почти в сто раз меньшей, чем у поверхности Земли. Основной составляющей атмосферы является углекислый газ. В качестве малых примесей есть аргон, азот и кислород. Оказалось, что аргон на Марсе не такой, как на Земле.
Аргон в земной атмосфере состоит из нескольких изотопов, причем больше всего аргона, который произошел от распада радиоактивного калия с атомным весом 40. На втором месте - нерадиогенный изотоп аргона с атомным весом 36.
А на Марсе радиогенного аргона гораздо больше, чем нерадиогенного. Это может означать лишь одно.
Все процессы дегазации, образования атмосферы шли менее интенсивно, чем на Земле, и поэтому первичного, нерадиогенного азота в атмосфере Марса меньше, чем в атмосферах Земли и Венеры.
Вообще говоря, определение концентраций благородных газов в атмосферах планет исключительно важно именно для изучения эволюции планеты, так как сравнение содержания благородных газов в метеоритах и планетах дает возможность судить о термической истории планет и эволюции их атмосфер.
Температуры поверхности Марса весьма низки и составляют на полюсах величину порядка - 140 градусов Цельсия, а на экваторе в дневное время достигают 28 градусов. Поверхность Марса имеет красноватый оттенок, что связано с наличием на ней окислов железа. Нельзя исключить, что здесь могут идти процессы фотохимического синтеза простых органических молекул, поскольку поверхности Марса достигает ультрафиолетовое излучение Солнца.
Для проверки этого предположения были проведены некоторые эксперименты. Они продемонстрировали образование альдегидов в условиях, моделирующих марсианский климат. Однако если альдегиды и присутствуют на поверхности Марса, концентрация их очень мала, не более 0,0000001 грамма на квадратном сантиметре.
В результате полетов к Марсу автоматических станций выяснились чрезвычайно интересные особенности рельефа этой планеты. На фотографии, полученной с автоматической станции "Маринер-9", отчетливо видно образование, напоминающее русло высохшей реки.
Позже автоматические станции "Викинг" подтвердили это другими снимками. Эти фотографии вызывают недоумение в первую очередь потому, что, с одной стороны, атмосферное давление слишком низко, чтобы могли существовать открытые водоемы, а с другой стороны, на Марсе очень часты пыльные бури, и поэтому за геологические времена русла бывших рек должны были бы просто исчезнуть под слоем пыли.
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 возможнность 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.