Голубая точка. Космическое будущее человечества

При таком обилии кислорода вас не удивляет, что в атмосфере планеты обнаруживается озон (O3), поскольку этот газ образуется под действием ультрафиолета из молекулярного кислорода (O2). Затем озон абсорбирует опасное ультрафиолетовое излучение. Итак, если кислород здесь обеспечивает существование жизни, то жизнь нашла любопытный способ себя защитить. Но такая жизнь вполне может быть представлена лишь фотосинтезирующими растениями. Какие-либо высокоинтеллектуальные формы жизни не подразумеваются.

Если вы внимательно исследуете континенты, то обнаружите, грубо говоря, регионы двух типов. В одних регионах заметен обычный набор минералов и горных пород, какие встречаются на многих планетах. В других наблюдается нечто необычное: материал, покрывающий огромные площади, активно впитывает красный свет. (Разумеется, Солнце излучает весь цветовой спектр, пик приходится на желтый цвет.) Этот пигмент может быть просто химическим агентом, нужным именно в том случае, если обычный видимый свет используется для расщепления воды; таким образом, он объясняет присутствие кислорода в атмосфере. Вот и еще один намек на существование жизни, на сей раз более убедительный. Причем речь идет не о считаных жучках, встречающихся кое-где, а о том, что вся поверхность планеты кишит жизнью. На самом деле этот пигмент – хлорофилл; он впитывает не только красный, но и синий свет, именно благодаря ему растения зеленые. Вы видите перед собой планету с пышным растительным покровом.

Итак, оказывается, что Земля обладает свойствами, уникальными как минимум в пределах Солнечной системы: здесь есть океаны, кислород, жизнь. Сложно не предположить, что они взаимосвязаны: океаны – источник, а кислород – продукт изобилующей жизни.

Тщательно изучив инфракрасный спектр Земли, вы обнаружите и мелкие примеси, содержащиеся в атмосфере. Наряду с водяным паром в ней имеется углекислый газ (CO2), метан (CH4), а также другие газы, поглощающие тепло, которое Земля излучает в космос по ночам. Эти газы подогревают планету. Без них на всей поверхности Земли стояли бы температуры ниже точки замерзания воды. Вы открыли в этом мире парниковый эффект.

Метан и кислород вместе в одной атмосфере – странная вещь. Законы химии однозначны: в условиях избытка кислорода O2 метан CH4 должен полностью превращаться в H2O и CO2. Процесс настолько эффективен, что в земной атмосфере не должно было остаться ни единой молекулы метана. Вы же убеждаетесь, что одна на миллион молекул в воздухе этой планеты – именно метан. Это серьезная аномалия. Что бы она значила?

Единственное возможное объяснение таково: метан поступает в земную атмосферу настолько быстро, что просто не успевает полностью прореагировать с O2. Откуда берется весь этот метан? Может быть, он просачивается из недр Земли? Но количественно такая версия, по-видимому, не подтверждается, а на Марсе и Венере и близко нет таких объемов метана. Остается лишь биологическая альтернатива. Такое заключение ничего не говорит нам о химии жизни и о том, как может выглядеть эта жизнь, оно следует лишь из того, насколько неустойчив метан в кислородной атмосфере. На самом деле вот источники, из которых поступает метан: это жизнедеятельность болотных бактерий, выращивание риса, сжигание растений, природный газ из нефтяных месторождений, а также газы, выделяющиеся в процессе пищеварения у скота. Метан в кислородной атмосфере – это признак жизни.

Несколько смущает, что с межпланетного космического корабля должны быть зафиксированы именно следы коровьего метаболизма, особенно при том, что незамеченным останется столь многое из того, что мы действительно ценим. Но ученый-инопланетянин, облетающий Землю, на данном этапе не сможет распознать болота, рис, огонь, нефть или коров. Просто жизнь.

Все признаки жизни, которые мы рассмотрели до сих пор, связаны с относительно простыми организмами (метан в коровьем рубце выделяют обитающие там бактерии). Если бы ваш космический корабль облетал Землю сто миллионов лет назад, в эпоху динозавров, когда на планете не было ни людей, ни результатов технологий, вы все равно обнаружили бы на планете кислород, озон, хлорофилл и зашкаливающие объемы метана. Однако теперь ваши инструменты настроены на поиск не просто жизни, но высокотехнологичной жизни – такой, какую, пожалуй, не удалось бы выявить даже на сто лет раньше.

Вы фиксируете особую разновидность радиоволн, исходящих с Земли. Радиоволны не обязательно являются признаком жизни и разума. Они возникают при многих естественных процессах. Вы уже регистрировали радиоизлучение от других, явно необитаемых миров: там радиоволны генерируются электронами, попадающими в сильные магнитные поля планеты, хаотическими движениями на ударном фронте, пролегающем между планетным и межпланетным магнитным полем, а также при разрядах молний. (Свистящие атмосферики обычно изменяются от высоких частот к низким, затем процесс повторяется.) Некоторые подобные радиоэмиссии непрерывны; другие представляют собой повторяющиеся всплески; третьи длятся по несколько минут, а затем исчезают.

Но здесь ситуация иная. Часть земного радиоизлучения находится как раз на тех частотах, где радиоволны начинают проникать за пределы планетной ионосферы, расположенной над стратосферой электрически заряженной области, которая отражает и поглощает радиоволны. В каждой передаче есть постоянная центральная частота, добавляемая к модулированному сигналу (сложной последовательности импульсов). Ни электроны в магнитных полях, ни ударные волны, ни разряды молний не могут генерировать ничего подобного. Единственное вероятное объяснение – разумная жизнь. Ваш вывод о том, что радиофон Земли имеет техногенное происхождение, никак не связан с семантикой сигналов и пауз. Вам незачем расшифровывать эти сигналы, чтобы убедиться, что они представляют собой сообщения (допустим, на самом деле эти сигналы – связь штаба ВМФ США с атомными субмаринами, отправившимися в далекие походы).

Итак, вы как инопланетный исследователь определили, что как минимум один вид на Земле овладел радиотехнологиями. Какой? Существа, выделяющие метан? Или выделяющие кислород? Те, из-за которых зеленеют ландшафты? Или какие-то другие, менее явные, незаметные с проносящегося мимо космического корабля? В поисках такого изобретательного вида вы, вероятно, решите рассмотреть Землю со все более и более высоким разрешением и отыскать если не самих этих существ, то по крайней мере их артефакты.

Сначала вы смотрите в средний телескоп; мельчайшие детали, которые он различает, имеют по один-два километра в поперечнике. Вы не замечаете ни монументальной архитектуры, ни странных образований, ни явно искусственных модификаций ландшафта, никаких признаков жизни. Вы наблюдаете движение плотной атмосферы. Изобилующая на планете вода должна испаряться и выпадать в виде дождя. Древние ударные кратеры, хорошо заметные на Луне, спутнике Земли, на самой планете практически отсутствуют. Соответственно, должен существовать комплекс процессов, под влиянием которых формируются осадочные породы, которые затем вымываются за значительно меньшее время, нежели возраст этого мира. Итак, здесь должна быть проточная вода. Постепенно переходя ко все более и более высокому разрешению, вы обнаруживаете горные цепи, речные долины, а также многие другие признаки геологической активности на этой планете. Также встречаются странные места, которые окружены растительностью, но сами начисто ее лишены. Они выглядят как грязные пятна на поверхности.

Когда вы рассматриваете Землю со стометровым разрешением, все меняется. Оказывается, что планета покрыта прямыми линиями, квадратами, прямоугольниками, кругами, которые где-то скучиваются вдоль речных берегов либо усеивают подножья гор, иногда тянутся по равнинам, но почти не встречаются в пустынях и высокогорьях, а в океанах и вовсе отсутствуют. Регулярность, сложность и распределение этих объектов едва ли допускают иное объяснение, кроме как результат жизнедеятельности – разумной. Правда, глубже понять функции и назначение этих структур затруднительно. Вероятно, вы лишь сможете заключить, что доминирующие на этой планете формы жизни одновременно проявляют склонности к территориальности и элементарной геометрии. При таком разрешении этих существ нельзя увидеть, тем более – что-то о них узнать.

Оказывается, что многие лишенные растительности участки обладают строгой геометрией и напоминают шахматные доски. Это города планеты. В большинстве ландшафтов (не только в городах) повсеместно распространены прямые линии, квадраты, прямоугольники, круги. Оказывается, что и сами города обладают выраженной геометричностью, в них сохранились лишь отдельные участки с растительным покровом, которые также имеют исключительно правильные очертания. Встречаются треугольные структуры, а в одном городе даже есть пятиугольник[18].

Если вы сделаете снимки с метровым или более высоким разрешением, то увидите, что перекрестные прямые линии внутри городов и длинные прямые линии, соединяющие города друг с другом, заполнены обтекаемыми разноцветными существами по несколько метров в длину, которые аккуратно бегут друг за другом, образуя длинные процессии. Они очень терпеливы. Одна вереница существ останавливается, чтобы другая могла проследовать под прямым углом от нее. Периодически роли меняются. По ночам эти существа зажигают в передней части тела два ярких фонаря, чтобы видеть, куда направляются. Немногие привилегированные существа по вечерам залезают в маленькие домики, вернувшись с работы, и отдыхают там по ночам. Но большинство существ бездомны и ночуют на улицах.

Наконец-то! Вы обнаружили создателей всех здешних технологий, доминирующую форму жизни. Улицы городов и шоссе, прорезающие ландшафты, очевидно, построены именно для этих существ. Вы уже полагаете, что начинаете понимать земную жизнь. Вероятно, вы недалеки от истины.

Если увеличить разрешение еще чуть-чуть, то можно заметить и крошечных паразитов, которые иногда влезают в доминирующие организмы или вылезают из них. Однако они играют и какую-то более значительную роль, так как стоящий на месте организм-хозяин зачастую начинает двигаться лишь после того, как будет инфицирован паразитом, а останавливается непосредственно перед тем, как паразит его покинет. Это странно. Но никто же не считает, что понять земную жизнь будет просто.

Все снимки, полученные вами до сих пор, сделаны в отраженном солнечном свете – то есть только на дневной стороне планеты. Кое-что очень интересное выясняется, когда вы пробуете сфотографировать Землю ночью. Планета освещена. Самый яркий регион вблизи от Северного полярного круга подсвечивается полярным сиянием – это естественное явление, возникающее под действием солнечных электронов и протонов, канализируемых магнитным полем Земли. Все остальное освещение – искусственное. Огни узнаваемо очерчивают те самые континенты, которые видны и днем; многие соответствуют тем городам, которые вы успели картировать. Города в основном сосредоточены на побережьях. Во внутренних континентальных регионах они явно распределены пореже. Возможно, господствующие организмы остро нуждаются в морской воде (или когда-то океанские корабли были необходимы для торговли и миграции).

Однако некоторые огни – не городские. Например, в Северной Африке, на Ближнем Востоке и в Сибири наблюдаются очень яркие источники света в сравнительно пустынных местностях. Оказывается, это промышленные факелы на месторождениях нефти и природного газа. Когда вы впервые заглянули в Японское море, там обнаружилась странная треугольная светящаяся область. Днем здесь открытый океан. Это не город. Что бы это могло быть? На самом деле это японский флот, вышедший в море для ловли кальмаров. В этом промысле используется яркая иллюминация, приманивающая косяки кальмаров навстречу смерти. В другое время этот светящийся треугольник бороздит весь Тихий океан в поисках добычи. На самом деле вы открыли суси.

Мне печально оттого, что из космоса так легко обнаружить всякую ерунду, связанную с земной жизнью, – гастрономические привычки жвачных, японскую высокую кухню, средства связи с блуждающими субмаринами, способными испепелить 200 городов – тогда как наша монументальная архитектура, величайшие инженерные шедевры, наша забота друг о друге остаются практически полностью незаметными. Это своеобразная притча.

К ДАННОМУ МОМЕНТУ ваша околоземная экспедиция может считаться крайне успешной. Вы охарактеризовали природу планеты; обнаружили на ней жизнь, нашли следы деятельности разумных существ; возможно, вы даже открыли доминирующий вид, особый пунктик которого – геометрия и прямолинейность. Определенно эта планета заслуживает более длительных и детальных исследований. Именно поэтому ваш космический аппарат задержался на околоземной орбите.

Продолжая осматривать планету, вы обнаруживаете новые странные вещи. По всей Земле дымовые трубы выбрасывают в воздух диоксид углерода и токсичные химикаты. Это же делают и представители доминирующего вида, колесящие по дорогам. Но диоксид углерода вызывает парниковый эффект. По ходу ваших наблюдений объем углекислого газа в атмосфере стабильно увеличивается год за годом. То же касается метана и других парниковых газов. Если эта тенденция сохранится, температура на планете будет расти. При помощи спектроскопа удается обнаружить еще один класс молекул, выбрасываемых в атмосферу, – это фреоны. Это не просто парниковые газы, они крайне разрушительно воздействуют на защитный озоновый слой. Вы присматриваетесь к Южноамериканскому континенту – как вы уже знаете, этот регион покрыт обширными влажными тропическими лесами. Каждую ночь вы наблюдаете здесь тысячи пожаров. Днем видно, что все затянуто дымом. С годами вы замечаете, что на планете становится все меньше лесов и все больше кустарниковых пустошей.

Вы рассматриваете остров Мадагаскар. Реки на нем бурые, в такой же цвет они окрашивают окружающий океан. Это перегной, вымываемый в море с такой высокой скоростью, что еще через пару десятилетий на острове просто не останется почвы. Вы замечаете, что то же самое происходит в устьях рек по всей планете?

Но без перегноя нет земледелия. Чем земляне будут питаться век спустя? Чем они будут дышать? Как они будут справляться с изменяющейся и все более опасной окружающей средой?

С орбиты вы видите: несомненно, что-то на этой планете пошло не так. Доминирующие организмы, кем бы они ни были, – те, кто приложил столько сил для окультуривания поверхности планеты, – одновременно разрушают озоновый слой, сводят леса, допускают эрозию почв и устраивают колоссальные неконтролируемые эксперименты над климатом своего мира. Разве они не замечают, что происходит? Они равнодушны к собственной судьбе? Они не в состоянии вместе позаботиться об окружающей среде, от которой зависит их существование?

Вы решаете, что, пожалуй, следует пересмотреть гипотезу о наличии разумной жизни на Земле.

Ищем жизнь повсюду: Калибровка

В настоящее время земные космические корабли уже облетели десятки планет, спутников, комет и астероидов. Корабли оснащены фотокамерами, приборами для измерения потоков тепла и радиоволн, спектрометрами для определения химического состава и массой других устройств. Мы не нашли ни намека на существование жизни в других мирах Солнечной системы. Но можно скептически относиться к тому, насколько мы вообще в состоянии найти жизнь где бы то ни было, особенно если она отличается от той жизни, которая нам известна. Только недавно мы провели самый очевидный калибровочный тест: вывели современный межпланетный зонд на околоземную орбиту и проверили, сможет ли он обнаружить нас. Все изменилось 8 декабря 1990 г.

«Галилео» – космический зонд НАСА, сконструированный для исследования гигантской планеты Юпитер, его спутников и колец. Аппарат был назван в честь героического итальянского ученого, сыгравшего столь важную роль в низвержении геоцентризма. Именно он впервые рассмотрел Юпитер как отдельный мир, открыл четыре его больших спутника. На пути к Юпитеру зонд должен был пролететь вблизи Венеры (один раз) и мимо Земли (дважды), чтобы ускориться под действием гравитации этих планет. В противном случае ему не хватило бы энергии, чтобы добраться до цели. Поскольку мы были вынуждены спроектировать его траекторию именно таким образом, мы смогли впервые систематически осмотреть Землю именно так, как ее наблюдали бы пришельцы.

«Галилео» прошел над Землей всего в 960 км от нее. За немногими исключениями, большинство из описанных в этой главе орбитальных снимков – в том числе фотографии с объектами мельче 1 км и ночные фотографии – на самом деле были сделаны с «Галилео». При помощи «Галилео» мы смогли зафиксировать кислородную атмосферу, воду, облака, океаны, полярные льды, жизнь и разум. Когда приборы и протоколы, разработанные для исследования других планет, были применены для отслеживания экологического состояния нашей собственной планеты (в НАСА эту задачу решали вполне серьезно), данный проект с подачи астронавтки Салли Райд получил название «Миссия на планету Земля».

Другими членами исследовательской группы НАСА, вместе с которыми мы работали над проектом поисков жизни на Земле при помощи аппарата «Галилео», были: докторант В. Рейд Томпсон (Корнеллский университет), Роберт Карлсон (ЛРД), Дональд Гарнетт (Университет штата Айова) и Чарльз Хорд (Университет штата Колорадо).

Поскольку нам действительно удалось обнаружить жизнь на Земле при помощи «Галилео», не давая зонду никакой предварительной информации о том, какова должна быть эта жизнь, мы можем быть тем более уверены, что, если не сможем найти жизнь на других планетах, это будет именно отрицательный результат. Является ли такое суждение антропоцентрическим, геоцентрическим, провинциальным? Не думаю. Мы искали не только нашу биологию. Любой распространенный фотосинтезирующий пигмент, любой газ, сильно выбивающийся из равновесия с остальной атмосферой, любые поверхностные структуры, имеющие выраженные геометрические формы, любые группы огней, стабильно возникающие в ночном полушарии, любые неастрофизические источники радиоизлучения выдали бы наличие жизни. Разумеется, на Земле мы нашли только жизнь нашего типа, но в других местах могут быть обнаружены и разнообразные иные формы жизни. Мы их не нашли. Такая проверка третьей планеты подкрепляет предположение о том, что из всех миров Солнечной системы обжит лишь наш.

Мы только приступили к поискам. Может быть, жизнь кроется на Марсе или Юпитере, на Европе или Титане. Может быть, Галактика полна миров с такой же разнообразной жизнью, как и на Земле. Возможно, мы уже на пороге подобных открытий. Но если говорить о наших современных знаниях, то в настоящий момент Земля уникальна. До сих пор не известно, чтобы в других мирах обитали даже микробы, не говоря уже о технологических цивилизациях.

Глава 6

Триумф «Вояджера»

Отправляющиеся на кораблях в море, производящие дела на больших водах, видят дела Господа и чудеса Его в пучине.

Псалтирь, 106: 23 (ок. 150 г. до н. э.)

Образы, которые мы предлагаем нашим детям, определяют их будущее. Поэтому важно, что это за образы. Зачастую они становятся пророчествами, которые сбываются сами по себе. Мечты – это карты.

Я не считаю зазорным изображать даже самые суровые варианты будущего. Если мы хотим избежать их, то должны знать, что такие сценарии возможны. Но где альтернативы? Где те мечты, которые мотивируют и вдохновляют? Мы хотим получить реалистичную карту мира, которую могли бы с гордостью вручить нашим детям. Где картографы человеческого предназначения? Где образы оптимистичного будущего, таких технологий, которые были бы инструментом для улучшения человека, а не приставленным к виску дулом ружья со спусковым крючком, срабатывающим от малейшего прикосновения?

НАСА, занимаясь своей обычной работой, предлагает такие образы. Но в конце 1980-х и начале 1990-х многие воспринимали американскую космическую программу скорее как череду катастроф: так, семеро отважных американцев погибли в ходе миссии[19], основная цель которой заключалась в выводе на орбиту телекоммуникационного спутника, причем этот спутник можно было запустить за меньшие деньги, никем не рискуя. А космический телескоп, отправленный на орбиту и оказавшийся страшно близоруким? Еще один случай – у зонда, запущенного к Юпитеру, не раскрылась антенна, необходимая для передачи данных на Землю. Один космический аппарат был потерян буквально перед тем, как должен был выйти на орбиту вокруг Марса. Некоторые люди содрогаются всякий раз, когда НАСА описывает очередное исследование, и мысленно посылают группу астронавтов в крошечном модуле на высоту больше 300 км, где эта капсула бесконечно вращается, а затем исчезает в никуда. По сравнению с блестящими достижениями роботизированных миссий просто поразительно, как редко пилотируемые космические экспедиции приводят к фундаментальным научным открытиям. Если не считать ремонта недоброкачественных или барахлящих спутников или запуска спутников, которые с тем же успехом можно было вывести в космос на беспилотной ракете-носителе, уже с 1970-х пилотируемые полеты, казалось, не могли выдавать таких результатов, которые были бы сопоставимы со стоимостью экспедиций. Кто-то рассматривал НАСА в качестве «подставной» организации для реализации грандиозных схем по доставке оружия в космос, несмотря на то что во многих обстоятельствах оружие на орбите – легкая мишень. В самом НАСА проявлялись многочисленные симптомы старения, атеросклероза, чрезмерной осторожности, постылой бюрократии. Возможно, сейчас эта тенденция начинает меняться.

Но такая критика – во многом совершенно обоснованная – не должна помешать нам увидеть и триумфы НАСА, достигнутые в тот же период: первые исследования систем Урана и Нептуна, ремонт телескопа «Хаббл» прямо на орбите, доказательство того, что существование галактик согласуется с теорией Большого взрыва, первые наблюдения астероидов крупным планом, составление карты Венеры от полюса до полюса, наблюдение за разрушением озонового слоя, демонстрация существования черной дыры в центре соседней галактики (причем масса этой дыры в миллиарды раз превышает солнечную), а также исторические начинания по совместным космическим проектам США с Россией.

Космические программы обладают долгосрочным, пророческим и даже революционным потенциалом. Телекоммуникационные спутники связывают отдельные регионы планеты, играют ключевую роль в глобальной экономике, а при помощи телевидения ненавязчиво доносят до нас важнейший факт: мы живем в глобальном обществе. Метеорологические спутники прогнозируют погоду, спасают людей от ураганов и торнадо, ежегодно позволяют экономить миллиарды долларов, которые раньше тратились из-за потерь урожаев. Спутники военной разведки и аппараты, отслеживающие выполнение международных договоров, способствуют безопасности отдельных наций и всей мировой цивилизации; на планете, где есть десятки тысяч боеголовок, эти спутники остужают пыл горячих голов и параноиков по любые стороны конфликтов. Спутники – важнейший инструмент выживания в этом неспокойном и непредсказуемом мире.

Спутники для наблюдения за Землей, особенно аппараты нового поколения, которые вскоре будут выведены на орбиту, отслеживают сохранность глобальной окружающей среды: парниковый эффект, эрозию плодородных почв, истончение озонового слоя, океанские течения, кислотные дожди, воздействие наводнений и засух, а также новые опасности, которые мы пока не обнаружили. Это настоящая планетарная гигиена.

Уже существуют системы глобального позиционирования, позволяющие определить ваше местоположение путем триангуляции с нескольких спутников. Вооружившись небольшим инструментом, не превышающим по размеру современный коротковолновый радиоприемник, вы можете с высокой точностью определить широту и долготу, под которыми находитесь. Больше не потеряется рухнувший самолет, корабль в тумане и на мели, водитель в незнакомом городе.

Астрономические спутники, чьи объективы направлены за пределы земной орбиты, ведут потрясающе точные наблюдения. Они проводят самые разнообразные исследования – от возможного существования планет у ближайших звезд до происхождения и судьбы Вселенной. Планетные зонды с близкого расстояния изучают роскошную россыпь миров Солнечной системы, сравнивая их судьбы с нашей.

Все эти исследования являются перспективными, воодушевляющими, волнующими и экономически выгодными. Ни одна из этих программ не требует пилотируемых экспедиций. Основная проблема, определяющая перспективы НАСА и являющаяся ключевой темой этой книги, – насколько последовательны и резонны те аргументы, которые сегодня выдвигаются в пользу пилотируемых космических полетов. Стоит ли игра свеч?

Но сначала давайте рассмотрим перспективы оптимистического будущего, которые вырисовываются благодаря космическим аппаратам, прокладывающим путь среди планет.

«Вояджер-1» и «Вояджер-2» – это космические зонды, открывшие человеческому роду Солнечную систему, проторившие путь для будущих поколений. До запуска этих аппаратов в августе и сентябре 1977 г. мы практически ничего не знали о большинстве планет Солнечной системы. За последовавшие двенадцать лет «Вояджеры» предоставили нам первые детальные данные о многих новых мирах, изучив их с близкого расстояния. Некоторые из этих миров ранее были известны лишь как размытые диски, которые мы наблюдали через окуляры наземных телескопов, другие казались просто светящимися точками, а о существовании третьих мы даже не подозревали. «Вояджеры» по-прежнему посылают нам массу данных.

Эти аппараты поведали нам о чудесах других миров, об уникальности и хрупкости нашего, о рождениях и закатах. Они открыли нам самые отдаленные уголки Солнечной системы. Именно они впервые исследовали тела, которые, возможно, станут родиной наших далеких потомков.

Современные американские ракеты-носители слишком слабы, чтобы за считаные годы доставить подобный зонд к Юпитеру и дальше на одной лишь энергии ракетного двигателя. Но если подойти к делу с умом (и если повезет), мы можем поступить иначе. Можно (как и в случае с «Галилео», совершившим такой вираж спустя несколько лет) пролететь вблизи одной из планет, воспользоваться эффектом гравитационной пращи так, чтобы сама планета подтолкнула зонд к следующей. Это называется «гравитационный маневр». Практически никаких затрат, только изобретательность. Все равно что ухватиться за стойку движущейся мимо карусели, чтобы она ускорила вас и забросила в каком-то новом направлении. Ускорение корабля компенсируется за счет замедления орбитального движения планеты вокруг Солнца. Но поскольку планета невероятно массивна по сравнению с кораблем, ее торможение остается совершенно незаметным. Каждый из «Вояджеров» получил от Юпитера дополнительную скорость более 64 000 км/ч. Соответственно, орбитальное движение Юпитера вокруг Солнца замедлилось. Но насколько? Спустя 5 млрд лет, когда Солнце превратится в разбухший красный гигант, Юпитер из-за встречи с «Вояджером» пройдет по своей орбите на 1 мм меньше.

«Вояджер-2» воспользовался редким расположением планет. Близкий пролет мимо Юпитера позволил ему добраться до Сатурна, таким же образом зонд полетел от Сатурна к Урану, от Урана к Нептуну и от Нептуна отправился к звездам. Но такой маневр нельзя совершить когда заблагорассудится: предыдущая возможность сыграть в такой небесный бильярд могла представиться только в годы президентства Томаса Джефферсона[20]. В те времена мы исследовали мир еще только верхом, на каноэ и парусниках. Совсем немного оставалось до изобретения пароходов – новой революционной технологии.

Поскольку финансирования не хватало, Лаборатория реактивного движения НАСА могла сконструировать аппарат, который гарантированно смог бы функционировать лишь до Сатурна. Что будет дальше – оставалось только гадать. Однако, поскольку инженерная часть проекта была выполнена безупречно, а также потому, что специалисты, которые вели корабль при помощи радиосигналов, учились быстрее, чем начинала сдавать техника, оба «Вояджера» смогли исследовать и Уран, и Нептун. На момент написания этой книги «Вояджеры» передают данные от самой далекой из известных планет Солнечной системы.

Как правило, мы гораздо больше слышим об изумительных открытиях, чем о кораблях, которые их принесли, либо о корабелах. Так было всегда. Даже в исторических книгах, восторженно описывающих путешествия Христофора Колумба, почти ничего не рассказывается о тех, кто построил «Нинью», «Пинту» и «Санта-Марию», либо об устройстве каравеллы[21]. Эти корабли, их конструкторы, плотники, навигаторы и техники позволяют оценить истинные возможности науки и инженерии, ничем не стесненной в достижении четко поставленных мирных целей. Эти ученые и мастера должны быть примерами для Америки, стремящейся к совершенству конкурентоспособности. Их лица должны быть на наших марках.

Пролетая мимо каждой из четырех планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, один или оба зонда исследовали саму планету, ее кольца и спутники. В 1979 г., достигнув Юпитера, они попали под настоящий град захваченных планетой заряженных частиц, в тысячу раз интенсивнее облучения, смертельного для человека. Окунувшись в такую радиацию, «Вояджеры» открыли кольца гигантской планеты, на спутнике Ио первые действующие вулканы, обнаруженные за пределами Земли, а также на спутнике Европа, возможно, подледный океан в безвоздушном мире – и это лишь немногие из массы удивительных находок. Минуя Сатурн (в 1980-м и 1981 г.), зонды прорвались сквозь ледяные вихри и нашли не несколько, а тысячи колец. Они исследовали замерзшие спутники, которые по загадочным причинам подтаивали сравнительно недавно, а также большой мир, где, вероятно, имеется океан, состоящий из жидких углеводородов и укрытый облаками органических веществ.

25 января 1986 г. «Вояджер-2» вошел в систему Урана и сообщил о целой череде чудес. Контакт с Ураном продолжался всего несколько часов, но данные, исправно переданные на Землю, произвели революцию в наших знаниях об этой аквамариновой планете, ее 15 спутниках, угольно-черных кольцах и поясе из захваченных высокоэнергетических заряженных частиц. 25 августа 1989 г. «Вояджер-2» промчался через систему Нептуна, запечатлел слабо освещенные далеким Солнцем калейдоскопические узоры облаков и удивительный спутник, где через невероятно тонкую атмосферу проносятся струйки мельчайших органических частиц. В 1992 г., пролетая мимо самой отдаленной из известных планет Солнечной системы, оба «Вояджера» зафиксировали радиоизлучение. Предполагается, что оно исходит от еще более отдаленной гелиопаузы – того места, где солнечный ветер уступает место звездному.

Поскольку мы прикованы к Земле, приходится рассматривать далекие звезды через искажающий их воздушный океан. Большая часть испускаемого ими ультрафиолетового, инфракрасного излучения и радиоволн не проникает через нашу атмосферу. Вполне понятно, почему космические аппараты произвели такую революцию в изучении Солнечной системы: они выходят в кристально-чистый космический вакуум, приближаются к интересующим нас целям, пролетают мимо них, как «Вояджер», либо выходят на их орбиты или даже садятся на небесные тела.

Эти космические зонды передали на Землю 4 трлн бит информации, что эквивалентно 100 000 энциклопедических томов. В книге «Космос» я описывал контакты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» с Юпитером и его спутниками. Ниже я подробнее расскажу об их встречах с Сатурном, Ураном и Нептуном.

НЕПОСРЕДСТВЕННО ПЕРЕД ТЕМ, КАК «ВОЯДЖЕР-2» должен был войти в систему Урана, в проекте миссии предусматривался последний маневр: краткий запуск бортовых реактивных двигателей для корректировки курса корабля, чтобы он смог пройти по заранее заданному пути среди стремительных спутников. Но оказалось, что корректировать курс не требуется. Аппарат уже находился в пределах 200 км от заданной траектории, успев к этому времени пройти по дуге длиной более 5 млрд км. Это все равно что с расстояния 50 км попасть булавкой в игольное ушко либо выстрелить из винтовки в Вашингтоне и попасть в яблочко в Далласе[22].

По радио на Землю была передана бесценная информация о далекой планете. Но к тому моменту, как радиотелескопы поймали сигнал, пришедший от Нептуна, «Вояджер» был уже так далеко от Земли, что мощность сигнала составила всего 10–16 Вт (пятнадцать нулей и единица после запятой). Этот сигнал настолько же слабее света обычной настольной лампы, насколько диаметр атома меньше расстояния от Земли до Луны. Все равно что услышать шажок амебы.

Миссия задумывалась в конце 1960-х. Первое финансирование поступило в 1972-м. Однако проект не был одобрен в окончательном виде (в частности, не предусматривал контактов с Ураном и Нептуном) до тех самых пор, пока зонды не завершили исследование Юпитера. «Вояджеры» были запущены в космос на ракете-носителе «Титан-Центавр» одноразового использования. «Вояджер» весит около тонны, он мог бы полностью занять небольшой домик. Каждый зонд потребляет около 400 Вт энергии – существенно меньше, чем среднее американское домовладение, – и питается от генератора, вырабатывающего энергию на основе распада радиоактивного плутония. Если бы корабль работал на солнечных батареях, то доступная ему энергия постоянно оскудевала бы по мере удаления аппарата от Солнца. Если бы не ядерная энергия, «Вояджер» не передал бы вообще никаких данных с границы Солнечной системы и, возможно, смог бы что-нибудь сообщить только о Юпитере.

Электрический ток, пронизывающий оборудование зонда, порождает достаточно сильное магнитное поле, которое совершенно не позволило бы чувствительным приборам измерять межпланетные магнитные поля. Поэтому магнитометр был установлен на конце длинной штанги, как можно дальше от источника электрических помех. Так что под определенным углом «Вояджер» немного похож на дикобраза. Камеры, спектрометры, работающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, а также прибор под названием фотополяриметр расположены на гиростабилизированной сканирующей платформе, вращением которой можно дистанционно управлять – так, чтобы нацелить ее на то или иное небесное тело. Чтобы данные можно было прицельно ретранслировать на Землю, аппарат должен иметь ее координаты и ориентировать по ним свою антенну. Он также должен знать, где находится Солнце и как минимум одна яркая звезда, чтобы ориентироваться в трехмерном пространстве и аккуратно прицеливаться на любое космическое тело, мимо которого пролетает. Если нет возможности точно сориентировать камеру, то нет нужды и пересылать изображения на миллиарды километров.

Каждый из этих космических зондов стоит примерно столько же, сколько современный стратегический бомбардировщик. Но в отличие от бомбардировщика «Вояджер» после запуска уже нельзя вернуть в ангар и отремонтировать. Соответственно, компьютеры и электроника этих аппаратов проектировались с большим запасом. Основное оборудование, в том числе критически важный радиоприемник, имеют как минимум одно дублирующее устройство, ожидающее вызова до тех пор, пока не возникнет такая необходимость. Когда любой из «Вояджеров» сталкивается с проблемами, бортовые компьютеры задействуют разветвленную логику решения нештатных ситуаций, чтобы выработать адекватный план действий. Если это не помогает, зонд отправляет в ЦУП сигнал о помощи.

По мере того как «Вояджеры» все дальше уходят от Земли, увеличивается и длительность обмена радиосигналами. К тому моменту, как «Вояджер» достиг орбиты Нептуна, это время уже достигает около 11 часов. Соответственно, в случае аварии зонд должен «суметь» самостоятельно перейти в ждущий режим до тех пор, пока не получит инструкций с Земли. По мере износа оборудования сбои должны происходить все чаще, как в аппаратном, так и в программном обеспечении «Вояджера». Однако до сих пор не наблюдается никакой серьезной деградации аппарата – образно говоря, «механической болезни Альцгеймера».

Это не означает, что «Вояджер» безупречен. Бывали в его работе и критические накладки, ставившие под угрозу всю миссию. Во всех подобных случаях собирается специальная группа инженеров – некоторые из них участвуют в программе «Вояджер» с самого начала – и приступает к проработке проблемы. Специалисты ищут причины ее появления, а также опираются на уже имеющийся опыт работы с неисправными подсистемами. Ставятся эксперименты на оборудовании, идентичном тому, что установлено на «Вояджере», но никогда не покидавшем Земли. Иногда даже изготавливается множество экземпляров отказавшего компонента, чтобы рассмотреть нештатную ситуацию со статистической точки зрения.

В апреле 1978 г., почти через восемь месяцев после запуска, на подходе к поясу астероидов аппарат пропустил команду с Земли (это была человеческая ошибка), в результате чего его бортовой компьютер переключился с основного радиоприемника на резервный. В ходе следующего сеанса связи между ЦУП и зондом резервный приемник не смог захватить сигнал с Земли. Отказал конденсатор автоподстройки частоты. Через семь дней, в течение которых «Вояджер-2» оставался недоступен, его программа защиты от отказов внезапно приказала резервному приемнику выключиться, а основному – снова включиться. Удивительно – причина этого до сих пор неизвестна, – но через несколько секунд отказал основной приемник. Он так больше и не заработал. В довершение всего бортовой компьютер теперь упрямо пытался использовать именно основной приемник. В результате этой злосчастной череды человеческих и машинных ошибок корабль находится в серьезной опасности. Никто не мог придумать, как вновь настроить «Вояджер-2» на работу с резервным приемником. Но даже если бы это удалось сделать, резервный приемник не смог бы получать команды с Земли из-за того самого сломавшегося конденсатора. Многие участники проекта тогда решили, что все пропало.

Но спустя неделю, в течение которой упрямо игнорировались все команды, инструкции по автоматическому переключению между приемниками были приняты и запрограммированы в норовистом бортовом компьютере. В течение той же недели инженеры ЛРД разработали новую последовательность управления частотами команд, чтобы убедиться, что важнейшие «приказы» будут правильно интерпретированы поврежденным резервным приемником.

Инженерам удалось восстановить связь с аппаратом, пусть и на примитивном уровне. К сожалению, теперь резервный приемник немного «поплыл», чувствительно реагируя на изменение температуры, вызванное включением-выключением разнообразных компонентов аппарата. В течение следующих месяцев инженеры ЛРД разработали и провели тесты, позволившие подробно изучить температурные тонкости большинства эксплуатационных режимов корабля: в каких условиях могут или не могут приниматься команды, поступающие с Земли?

Располагая этой информацией, удалось полностью обойти проблему с резервным приемником. Впоследствии корабль успешно принял с Земли все команды с инструкциями, как собирать информацию в системах Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Инженеры спасли миссию. Чтобы перестраховаться, в течение большей части дальнейшего полета «Вояджера-2» номинальный объем данных о следующей по курсу планеты обязательно заносился в бортовой компьютер – на случай, если корабль вновь «оглохнет».

Еще одна жуткая поломка произошла в августе 1981 г., сразу после того, как «Вояджер-2» показался из-за Сатурна (если смотреть с Земли). Сканирующая платформа интенсивно вращалась, фокусируясь на кольцах, спутниках и самой планете – период близкого контакта был очень недолгим. И вдруг платформу заклинило. Это было ужасно: мы знали, что корабль пролетает мимо невиданных чудес, которые мы не сможем увидеть в ближайшие годы или десятилетия, а злосчастный аппарат вперился в пустоту, игнорируя все на своем пути.

Вращение сканирующей платформы обеспечивают специальные приводы, работающие на зубчатых передачах. Поэтому для начала инженеры ЛРД организовали имитацию миссии и запустили привод, идентичный тому, что был на корабле. Привод отказал через 348 оборотов; между тем на корабле такой же привод успел совершить 352 оборота. Оказалось, что проблема связана со смазкой. Отлично – и что дальше? Естественно, нельзя было доставить на «Вояджер» масленку.

Инженеры решили проверить, удастся ли запустить отказавший привод, попеременно нагревая и остужая его. Может быть, из-за такого термического воздействия детали привода будут расширяться и сжиматься с разной скоростью и система разблокируется? Эта гипотеза была протестирована в лаборатории на специально изготовленных приводах, и результат оказался триумфальным: действительно, таким образом можно сдвинуть с места сканирующую платформу в космосе. Кроме того, технологи разработали способы заблаговременной диагностики других процессов, которые могли бы спровоцировать отказ привода, чтобы при их возникновении заранее решить проблему. Впоследствии сканирующая платформа «Вояджера-2» работала превосходно. Все снимки, сделанные в системах Урана и Нептуна, получены благодаря этой работе. Инженеры вновь спасли ситуацию.

«Вояджеры-1, 2» проектировались только для исследования систем Юпитера и Сатурна. Действительно, траектории кораблей должны были вынести их к Урану и Нептуну, но официально эти планеты никогда не рассматривались в качестве целей проекта «Вояджер»: не предполагалось, что корабли смогут функционировать так долго. Поскольку мы хотели поближе рассмотреть таинственный спутник Сатурна Титан, «Вояджер-1» повернул к нему от Сатурна и отправился по пути, на котором не лежит ни один из известных миров. Именно «Вояджер-2» добрался до Урана и Нептуна и исследовал их с невероятным успехом. На таких огромных расстояниях солнечный свет становится все слабее, а передача радиосигнала на Землю требует все больше времени. Это были серьезные, пусть и предсказуемые проблемы, и их также предстояло решить инженерам ЛРД.

Поскольку в районе Урана и Нептуна довольно темно, телекамеры «Вояджера» должны были снимать с длительной экспозицией. Но, например, через систему Урана корабль летел так быстро (на скорости около 56 000 км/ч), что изображение получилось бы смазанным и нечетким. Чтобы компенсировать этот эффект, весь зонд при съемке должен был поворачиваться вместе с телекамерой, чтобы ее собственное движение было сведено к нулю – примерно как при съемке уличной панорамы из автомобиля в направлении, противоположном курсу движения машины. Возможно, в теории это просто, но не на практике. Приходится нейтрализовать даже самые слабые движения. При нулевой гравитации даже пуск и остановка бортового магнитофона могут весьма заметно встряхнуть аппарат, и картинка смажется.

Проблему удалось решить, управляя маленькими ракетными двигателями зонда (так называемыми «микродвигателями»), крайне чувствительными устройствами. Небольшие газовые импульсы в начале и в конце каждой последовательности приема данных позволили компенсировать толчки магнитофона, слегка встряхивая весь корабль. Чтобы справиться с малой мощностью радиосигнала, достигающего Земли, инженеры разработали новый, более эффективный способ записи данных, а между радиотелескопами на Земле наладили электронную связь, чтобы повысить их чувствительность. В целом можно было сказать, что на подлете к Урану и Нептуну съемочная система во многих отношениях работала лучше, чем у Сатурна и даже у Юпитера.

Миссия «Вояджеров» еще не закончена. Разумеется, существует вероятность, что уже завтра на корабле откажет какая-нибудь критически важная система, но если учитывать только период полураспада плутониевого топлива, то «Вояджеры» должны быть в состоянии передавать на Землю информацию вплоть до 2015 г.[23]

«Вояджер» – умная машина, причем не без человеческих качеств. Он расширяет наши горизонты до дальних миров. При решении простых задач и краткосрочных проблем «Вояджер» руководствуется собственным интеллектом, но более сложные задачи и долгосрочные трудности требуют участия коллективного разума и опыта инженеров ЛРД. Разумеется, такая тенденция будет все заметнее. «Вояджеры» воплощают технологию начала 1970-х; если бы космический аппарат для такой миссии проектировался сегодня, то он был бы оснащен потрясающими новыми технологиями, касающимися искусственного интеллекта, миниатюризации, скорости обработки данных, возможности самодиагностики и ремонта, а также обучения на собственном опыте. Кроме того, такой зонд обошелся бы гораздо дешевле.

Во многих условиях, опасных для человека – как на Земле, так и в космосе, – будущее за альянсом людей и роботов, причем два «Вояджера» – признанные пращуры и пионеры в этой области. Аварии на ядерных объектах, катастрофы в шахтах, глубоководные исследования и археология, производство, изучение вулканических недр и работа по дому – вот лишь некоторые сферы, которые могут коренным образом измениться, если наготове будет множество умных, мобильных, компактных и послушных роботов, которые к тому же смогут диагностировать собственные неполадки и ремонтировать сами себя. Вероятно, в ближайшем будущем их племя умножится.

Житейский опыт подсказывает, что большинство государственных проектов заканчивается катастрофой. Но проект «Вояджер» был реализован государством вместе с еще более страшной конторой – академией. Зонды оправдали себя по стоимости, по сроку службы и кардинально превзошли собственные проектные показатели – как и самые смелые мечты своих создателей. Эти прекрасные машины, не предназначенные порабощать, калечить и разрушать, символизируют нашу исследовательскую жилку, тягу к путешествиям по Солнечной системе и за ее пределами. Открывая настоящие сокровища, такая технология предоставляет их всем людям во всем мире. За последние несколько десятилетий это был единственный проект Соединенных Штатов, восторженно воспринятый многими, кто с отвращением относится к американской политике, как и теми, кто во всем соглашается с США. За срок от запуска до выхода к Нептуну «Вояджеры» обошлись каждому американцу менее чем в пенни за год. Межпланетные полеты относятся к тем начинаниям (здесь я имею в виду не только США, но и все человечество в целом), которые удаются нам особенно хорошо.

Глава 7

Среди спутников Сатурна

Попробуй сядь султаном в окружении Сатурновых лун.

Герман Мелвилл. Моби Дик (1851)

Существует мир, средний по размеру между Луной и Марсом, верхние слои атмосферы которого искрятся электричеством, а вечные бурые облака подернуты странным темно-оранжевым оттенком, и самая настоящая органика выпадает с небес на неизведанную сушу под облаками. Этот мир находится так далеко, что даже свет от Солнца летит к нему более часа. Космический аппарат тратит на этот путь целые годы. В этом мире еще полно тайн – в частности, не известно, есть ли там большие океаны[24]. Однако мы знаем о нем вполне достаточно, чтобы понимать, что в пределах нашей досягаемости может быть место, где прямо сейчас разворачиваются именно такие процессы, которые миллиарды лет назад привели к возникновению жизни на Земле.

В нашем родном мире протекает долгосрочный – и в некотором отношении весьма многообещающий – эксперимент по эволюции материи. Возраст древнейших известных окаменелостей – 3,6 млрд лет. Разумеется, жизнь должна была зародиться гораздо раньше. Но 4,2 или 4,3 млрд лет назад Землю так сильно сотрясало на последних этапах ее формирования, что жизнь еще не могла возникнуть. Из-за чудовищных столкновений с космическими телами суша плавилась, океаны превращались в пар, а та атмосфера, которая успевала скопиться с момента последнего столкновения, улетучивалась в космос. Итак, около 4 млрд лет назад возникло довольно узкое окно – пожалуй, всего лишь около 100 млн лет, – за которое возникли древнейшие из наших предков. Как только сложились подходящие условия, жизнь развилась очень быстро. Каким-то образом. Первые живые существа, вероятно, были неказисты – значительно менее приспособлены, чем самые примитивные нынешние микробы; пожалуй, они едва могли воспроизводить грубые копии самих себя. Но естественный отбор, основополагающий процесс, впервые непротиворечиво описанный Чарльзом Дарвином, оказался инструментом такой невероятной силы, что даже от самых скромных истоков на Земле в итоге возникла необычайно богатая и прекрасная биосфера.

Эти первые живые существа состояли из частей, компонентов, кирпичиков, которые сформировались сами по себе – то есть под действием законов физики и химии на безжизненной Земле. Строительные блоки всей земной жизни называются органическими молекулами – молекулами на основе углерода. Из колоссального количества тех органических молекул, которые могут существовать, лишь немногие составляют основу жизни. Два важнейших класса таких молекул – это аминокислоты, сырье для белков, и нуклеотидные основания, компоненты нуклеиновых кислот. Откуда же взялись эти молекулы прежде, чем возникла жизнь? Существует лишь два источника: извне или с самой Земли. Нам известно, что в древности Земля гораздо чаще подвергалась ударам комет и астероидов. Эти маленькие миры являются настоящими кладовыми органических молекул, и при столкновении некоторые молекулы могли уцелеть. Здесь я расскажу о «доморощенном», а не «импортном» добре: о тех органических молекулах, которые образовались в атмосфере и в водах первозданной Земли.

К сожалению, мы почти ничего не знаем о составе древней атмосферы, а органические молекулы очень легко образуются в одних атмосферах и почти не возникают в других. На молодой Земле не могло быть большого количества кислорода, поскольку кислород выделяют зеленые растения, которых еще не существовало. Вероятно, в атмосфере было больше водорода, так как водород очень распространен во Вселенной и утекает из верхних слоев земной атмосферы в космос лучше, чем какой-либо иной элемент (поскольку водород очень легкий). Если бы мы попытались вообразить различные возможные ранние атмосферы, то могли бы и воспроизвести их в лабораторных условиях, наполнить определенной энергией и посмотреть, какие органические вещества при этом образуются и в каких количествах. С годами такие эксперименты зарекомендовали себя как стимулирующие и многообещающие. Но наше незнание исходных условий ограничивает их значение.

Нам нужен настоящий мир, атмосфера которого по-прежнему содержит некоторые из газов, богатых водородом; мир и в других отношениях напоминающий Землю; мир, где органические первокирпичики жизни обильно образуются в наше время; мир, где мы можем поискать наши истоки. В Солнечной системе есть всего одно такое место[25]. Это Титан, большой спутник Сатурна. Его диаметр около 5150 км, что составляет чуть менее половины земного. Титан совершает полный оборот вокруг Сатурна за 16 земных суток.

Ни один мир не является точной копией другого, и как минимум по одному показателю Титан сильно отличается от первозданной Земли. Поскольку он расположен так далеко от Солнца, на его поверхности крайне холодно – гораздо холоднее точки замерзания воды, около –180 ℃. Итак, если Земля на момент зарождения жизни была, как и сейчас, в основном покрыта океанами, то на Титане не может быть океанов жидкой воды (океаны, состоящие из иной жидкости, – другое дело, как мы вскоре увидим). Тем не менее низкие температуры обеспечивают и одно преимущество: органические молекулы, образующиеся на Титане, хорошо сохраняются. Чем выше температура, тем быстрее распадаются молекулы. На Титане те молекулы, которые, подобно манне небесной, выпадали на поверхность в течение последних 4 млрд лет, по-прежнему могут оставаться в сохранности, почти неизменными, глубоко замороженными, ожидая земных химиков.

БЛАГОДАРЯ ИЗОБРЕТЕНИЮ ТЕЛЕСКОПА в XVII в. удалось открыть множество новых миров. В 1610 г. Галилей впервые заметил четыре крупных спутника Юпитера. Система Юпитера напоминала Солнечную систему в миниатюре: маленькие спутники летали вокруг Юпитера, точно как, по мысли Коперника, планеты обращаются вокруг Солнца. Это был еще один удар по геоцентризму. Сорок пять лет спустя прославленный голландский физик Христиан Гюйгенс открыл спутник, обращающийся вокруг Сатурна, и назвал его Титаном[26]. Это была яркая точка, удаленная на миллионы километров, блиставшая отраженным солнечным светом. Со времен открытия Титана, когда в Европе мужчины носили длинные пышные парики, до конца Второй мировой войны, когда американцы стали предпочитать ежик, о Титане не удалось узнать практически ничего, за исключением одного факта: спутник имеет странный рыжевато-коричневый цвет. Наземные телескопы теоретически позволяли различить на Титане лишь некоторые загадочные детали. На рубеже XIX–XX вв. испанский астроном Х. Комас Сола сообщил о слабых и косвенных доказательствах в пользу того, что у Титана есть атмосфера.

В определенном смысле я рос под сенью Титана. Я писал докторскую диссертацию в Чикагском университете под руководством Джерарда Койпера – астронома, который смог убедительно доказать, что атмосфера у Титана действительно есть. Койпер – голландец, прямой интеллектуальный потомок Христиана Гюйгенса. В 1944 г., изучая Титан через спектроскоп, Койпер с изумлением обнаружил в его атмосфере характерные спектральные линии метана. Направил телескоп на Титан – появились линии метана[27], отвернул телескоп от спутника – ни следа метана. Но считалось, что спутники не могут удерживать плотную атмосферу – так, у Луны никакой атмосферы нет. Титан же обладал атмосферой. Койпер понял, что, несмотря на слабость гравитации Титана по сравнению с земной, атмосфера вокруг спутника сохраняется по той простой причине, что в верхних слоях этой атмосферы очень холодно. Молекулы просто не развивают достаточной скорости, чтобы преодолеть притяжение Титана и в больших количествах утекать в космос.

Дэниэл Харрис, ученик Койпера, убедительно доказал, что Титан красноватый. Возможно, мы видим на нем такую же ржавую поверхность, как на Марсе. Чтобы еще кое-что узнать о Титане, можно было измерить поляризацию отражаемого им солнечного света. Обычный солнечный свет не поляризован. Джозеф Веверка, в настоящее время сотрудник Корнеллского университета, был моим аспирантом в Гарварде; можно сказать, Койпер приходился ему «научным дедушкой». В своей докторской диссертации, которую Веверка защитил около 1970 г., он описал измерения поляризации Титана и открыл, что она изменяется в зависимости от относительного расположения самого Титана, Солнца и Земли. Но это явление совершенно не походило на аналогичные изменения, скажем, у Луны. Веверка пришел к выводу, что характер подобных изменений согласуется с наличием обширных облаков или дымки на Титане. Рассматривая этот спутник через телескоп, мы не видим его поверхность. Мы ничего не знаем о том, какова эта поверхность. Не представляем, насколько глубоко под облаками она находится.

Итак, к началу 1970-х гг. благодаря наследию Гюйгенса и его интеллектуальных потомков мы как минимум узнали, что у Титана плотная, насыщенная метаном атмосфера, что он, вероятно, окутан вуалью красноватых облаков или аэрозольной дымкой. Но какие облака могут быть рыжими? В начале 1970-х гг. мы с коллегой Бишуном Харе ставили в Корнелле эксперименты: облучали различные модели насыщенной метановой атмосферы ультрафиолетом или потоками электронов. В результате у нас получался красноватый или коричневатый осадок; это вещество покрывало стенки лабораторных сосудов. Мне казалось, что если богатый метаном Титан имеет красновато-коричневые облака, то они вполне могут походить по составу на то вещество, которое мы получали в лаборатории. Мы назвали этот материал «толин», что в переводе с греческого означает «мутный». Сначала мы могли только гадать, из чего состоит толин. Он представлял собой некую вязкую органику, образующуюся при распаде исходных молекул и при последующей рекомбинации молекулярных фрагментов, состоящих из атомов углерода, водорода и азота.

Слово «органика» не подразумевает биологического происхождения. По давней традиции, закрепившейся в химии более века назад, молекулы называются «органическими», просто если их основу образуют атомы углерода (за исключением немногих простейших молекул, например, моноксида углерода CO или диоксида углерода CO2). Поскольку в основе земной жизни лежат органические соединения, а Земля в течение какого-то времени была безжизненной, органические молекулы на нашей планете должны были образоваться в результате каких-то процессов еще до возникновения первых организмов. Возможно, предположил я, что-то подобное происходит сегодня на Титане.

В 1980-м и 1981 г. в систему Сатурна прибыли «Вояджер-1» и «Вояджер-2» – это были эпохальные события в изучении Титана. Датчики ультрафиолетового, инфракрасного и радиоизлучения позволили определить через атмосферу, каковы давление и температура на Титане – от скрытой поверхности до границы между атмосферой и космосом. Мы узнали, на какой высоте находятся верхушки облаков. Выяснилось, что атмосфера Титана в основном состоит из азота N2 – как и нынешний земной воздух. Другой важнейшей ее составляющей, как правильно предположил Койпер, является метан CH4 – то самое сырье, из которого на Титане образуются органические молекулы.

На Титане было обнаружено множество простых органических молекул, в основном углеводородов и нитрилов. В самых сложных из этих молекул содержится по четыре «тяжелых» атома (углерода и/или азота). Молекулы углеводородов состоят только из атомов углерода и водорода, самые известные углеводороды – это природный газ, нефть и парафины. (Они заметно отличаются от углеводов, таких как сахара и крахмал; в углеводах содержатся еще и атомы кислорода.) Нитрилы – это молекулы, содержащие атомы углерода и азота, связанные особым образом. Самый известный нитрил – это HCN, газ циановодород, смертельный для человека. Но циановодород – одно из звеньев того процесса, в результате которого на Земле возникла жизнь.

Было соблазнительно обнаружить эти простые органические молекулы в верхних слоях атмосферы Титана – даже если их доля составляет одну на миллион или на миллиард других молекул. Могла ли подобная атмосфера существовать на девственной Земле? В настоящее время масса атмосферы Титана примерно в десять раз больше земной, но и молодая Земля также могла обладать более плотной атмосферой.

Более того, «Вояджер» открыл обширную область высокоэнергетических электронов и протонов, окружающих Сатурн; они захвачены магнитным полем планеты. Титан, обращаясь вокруг Сатурна, то окунается в эту магнитосферу, то выныривает из нее. Пучки электронов (плюс солнечный ультрафиолет) бомбардируют верхние слои атмосферы Титана точно так же, как заряженные частицы (и солнечный ультрафиолет) попадали в атмосферу первозданной Земли.

Поэтому кажется совершенно логичным попробовать облучать подходящую смесь метана и азота ультрафиолетовыми лучами или пучками электронов при очень низком давлении и попытаться определить, какие более сложные молекулы удастся получить таким образом. Можно ли смоделировать процессы, происходящие в верхних слоях атмосферы Титана? В нашей корнеллской лаборатории мы смогли в какой-то степени воспроизвести синтез органических газов на Титане – ключевую роль в этой работе сыграл мой коллега У. Томпсон. Простейшие углеводороды на Титане образуются под действием солнечного ультрафиолета. Но что касается всех остальных газообразных соединений, именно те из них, что легко образуются под действием электронов в лабораторных условиях, соответствуют соединениям, открытым «Вояджером» в атмосфере Титана, в том числе и по пропорциям. Соответствие однозначное. Следующие по массовой доле газы, полученные нами в лаборатории, мы будем искать в ходе дальнейших исследований Титана. В самых сложных органических газах, которые нам удалось синтезировать, есть молекулы, содержащие по шесть-семь атомов углерода и/или азота. Затем из таких молекул образуются толины.

КОГДА «ВОЯДЖЕР-1» ПРИБЛИЖАЛСЯ К ТИТАНУ, мы надеялись, что узнаем что-то о его поверхности. На большом расстоянии спутник казался крошечным диском; но постепенно все поле обзора нашей камеры оказалось занято небольшим фрагментом Титана. Если бы в дымке и облаках образовался просвет шириной хотя бы несколько километров, то мы смогли бы взглянуть на скрытый ландшафт Титана. Но не просматривалось ни следа такого просвета. Сплошная облачность. Никто на Земле не знает, что происходит на поверхности Титана. Если бы там находился наблюдатель и смотрел вверх в обычном видимом спектре, он бы и не догадывался о том великолепии, которое открывается за пеленой облаков, когда ты завороженно разглядываешь Сатурн и его величественные кольца.