Помоги проекту - поделись книгой:
Людям еще предстоит ступить на Марс. Но марсианские миссии от «Викинга» до «Кьюриосити» позволили создать эффект присутствия. Благодаря научным данным, передаваемым на Землю орбитальными станциями, посадочными модулями и марсоходами, нам открылся мир с непростым прошлым и загадочным настоящим. Это увлекательная история, тем более что ее еще предстоит дописать: Марс расположен на переднем крае наших поисков жизни во Вселенной, и здесь можно увидеть все радости и горести, связанные с занятиями астробиологией. Так что снаряжайте своего мула, берите лопату — и вперед! Пора заняться геологоразведкой!
Водный мир
Благодаря успехам марсианских автоматических зондов мы сегодня уверены, что Марс, от которого теперь остались лишь высохшие останки, некогда обладал теплым и влажным климатом. Так какие же доказательства мы можем разглядеть с орбиты и собрать с поверхности планеты, чтобы убедиться в превратностях постигшей Марс судьбы?
Все началось в 1971 г., когда «Маринер-9» впервые в истории совершил облет другой планеты и передал изображения на Землю. На снимках «Маринера» отчетливо видна сеть каналов и эрозионных оврагов. Каналы на этих фотографиях не имели ничего общего с теми, что привиделись Лоуэллу. С каждым новым поколением орбитальных станций — «Викинг» (1976), «Марс Глобал Сервейор» (1997) и «Марс Реконессанс Орбитер» (2006) — мы узнавали все больше особенностей строения поверхности Марса, как, например, конусы выноса и сухие русла рек, удивительно похожие на земные геологические образования, возникшие под воздействием воды.
Однако самой воды там не оказалось. Ни капли. Кроме того, поверхность Марса очень древняя: плотность ударных кратеров, наряду с радиометрической датировкой пород, осуществленной лабораторией «Кьюриосити», указывает на то, что поверхность Марса сформировалась более 3 млрд лет назад. В целом тот факт, что на фотоснимках, сделанных с орбиты Марса, можно увидеть множество форм рельефа, связанных с деятельностью воды, указывает на ее важную роль в формировании древней поверхности Марса. Однако подтверждается ли то, что мы видим на снимках, данными наземных изысканий, выполненных роботами-геологами, работающими на поверхности планеты?
Работавшие на Марсе планетоходы — «Соджорнер» (1997), «Спирит» и «Оппортьюнити» (2004) и «Кьюриосити» (2012) — занимались этим на протяжении почти 20 лет. Они представляют собой самоходные геологические платформы, созданные для исследования структуры и химического состава горных пород. Все они имели на борту постоянно совершенствовавшийся набор увеличительных стекол, дробилок, сверл (вот только молотков, к сожалению, не было) и компактные мобильные лаборатории для выполнения химических анализов прямо на месте‹‹3››.
Планетоходы позволили рассмотреть с близкого расстояния, буквально под микроскопом, поверхность Марса и исследовать ее химический состав. Единственное ограничение состояло в том, что у них не было возможности копать — «Кьюриосити» был оснащен лишь небольшим буром — и им приходилось искать интересные материалы только на поверхности. Как и орбитальные станции, марсоходы обнаружили следы воздействия воды: отчетливую волновую рябь на осадочных породах, а также два характерных для Земли образования, возникающих при отложении осадков на дне водоемов: слои глины и россыпи гранул гематита (минерала, одной из основных железных руд).
В то же время реальных доказательств того, что на Марсе когда-либо присутствовала вода в жидкой форме, не существует. Все орбитальные снимки и поверхностная геология дают довольно убедительные, хотя и косвенные признаки влажного климата на Марсе в далеком прошлом. Гипотеза о наличии жидкой воды служит связующим звеном между множеством наблюдений марсианской поверхности. Но все же надо быть осторожным, чтобы раньше времени не поверить в то, во что нам так хочется верить, и не выбирать из всех вариантов только те научные объяснения, которые нам больше всего по душе.
2001 г.: Новая космическая одиссея
Допустим, когда-то давно Марс был покрыт водой. Куда же, в таком случае, эта вода подевалась? На мой взгляд, орбитальная станция «Марс Одиссей», запущенная в 2001 г., выполнила одно из наиболее элегантных наблюдений Марса. «Одиссей» — орбитальная станция, названная в честь романа Артура Кларка «2001 год: Космическая одиссея»[7]. На ее борту не было сверхразумных компьютеров для исследования внеземных артефактов, а ее главное предназначение заключалось в составлении точной карты Марса и изучении состава его поверхности с помощью детектора нейтронов высоких энергий.
Чтобы понять, почему поверхность Марса испускает такие нейтроны, нужно несколько отступить от повествования. Космические лучи — это элементарные частицы и ядра атомов, движущиеся с высокой энергией в межгалактическом пространстве. Они образуют фоновое радиационное излучение низкого уровня, заполняющее всю Вселенную. Попадая в верхние слои атмосферы, космические лучи сталкиваются с атомами и теряют энергию до того, как достигнут поверхности Земли. Но, если атмосфера отсутствует, тогда эти лучи бомбардируют верхние несколько метров поверхности планеты или спутника. Сталкиваясь с атомами поверхностных горных пород и реголита‹‹4››, космические лучи вступают с ними в реакцию, в результате чего возникает поток вылетающих наружу нейтронов.
Атомные реакторы на Земле производят такие нейтроны постоянно. На самом деле, научившись контролировать истечение быстрых нейтронов, мы получили возможность регулировать выходную мощность ядерных реакторов. Для этой цели быстрые нейтроны в реакторе в буквальном смысле замедляются при помощи так называемых поглотителей — материалов, атомы которых способны замедлять нейтроны посредством многочисленных столкновений. Это, как правило, либо графитовые (углеродные) стрежни, опущенные в активную зону реактора, либо вода (водород), пропущенная между зоной реакции и корпусом. «Одиссей» измерял уровни энергии этого потока замедленных нейтронов. И не забудьте — то, что замедлило поток нейтронов, должно располагаться на глубине не более 2 м от поверхности планеты.
Два наиболее вероятных кандидата на роль замедлителей на Марсе — это в равной степени углерод и водород: углерод в форме углекислого газа и водород в форме воды. Углекислый газ присутствует на поверхности Марса в твердом виде — это так называемый сухой лед (твердый CO2), но он локализован в районе нетающих полярных шапок. Для остальной поверхности планеты самое лучшее (а не просто самое удобное) объяснение проведенных «Одиссеем» измерений — это наличие водорода, заключенного в молекуле воды. Выводы поражают: под 30-сантиметровым слоем марсианского грунта расположены залежи водного льда. В среднем масса воды в верхнем слое грунта (толщиной до 2 м) составляет около 14 %. Этого достаточно, чтобы покрыть поверхность Марса слоем жидкой воды толщиной 14 см. Добавьте сюда огромные резервуары воды на полюсах, и у вас получится покрывающий всю планету океан глубиной 30 м‹‹5››.
Все это звучит впечатляюще, но пока это только догадки. Одно дело — предположить наличие больших запасов подповерхностного льда на основе наблюдений из космоса, и совсем другое — держать эту воду в руках (или в руке робота). Двум «Викингам» не удалось обнаружить ничего, хотя оба аппарата оснащены механической рукой с совком, позволявшей собирать марсианский грунт для экспериментов. Но они могли только слегка поковырять поверхность, выкопав ямку глубиной от 5 до 10 см. Более того, оба аппарата совершили посадку чуть ниже 50-й марсианской широты — относительно близко к экватору — в регионе, где, как показали позднейшие наблюдения, концентрация подпочвенного льда была достаточно низкой.
Спас положение посадочный модуль HACA «Феникс», прибывший на Марс в 2008 г. Перед «Фениксом» стояла задача провести анализ химического состава марсианского грунта. Участок для посадки аппарата «Феникс», который не мог самостоятельно передвигаться по поверхности планеты, был выбран с учетом результатов, полученных экспедицией «Одиссея». Поскольку НАСА не хотело в очередной раз упустить возможность обнаружить лед под грунтом, оно наметило для посадки район на 68° к северу от экватора, рядом с ледяной полярной шапкой планеты. Именно там «Фениксу» удалось сфотографировать ярко-белый лед под слоем грунта после того, как он выкопал небольшую пробную траншею. Через несколько дней лед исчез, сублимировал в атмосферу в точности так же, как это должно было произойти с водяным льдом‹‹6››. Позднее приборы, находившиеся на борту «Феникса», определили присутствие водяного пара, поднимающегося от образца марсианского грунта при нагревании.
В дальнейшем, когда ученые уже знали, что именно надо искать, обнаружить лед стало гораздо легче. Периодические падения метеоритов обнажали яркий свежий лед, который на протяжении нескольких дней, недель или месяцев исчезал, сублимируя в атмосферу. «Марс Реконессанс Орбитер» делает снимки таких следов от падения метеоритов в среднем раз в год. Такое показательное повторение случайных событий — еще один пример того, что покадровая съемка Марса может принести нам множество неожиданных открытий.
Марс: мертвая планета
Прежде чем затронуть волнующий всех вопрос — существовала ли когда-либо на Марсе жизнь или существует до сих пор, я хочу, чтобы вы прониклись масштабом нашей задачи. Все, что ни возьми, будь то химический состав грунта или свойства и состав марсианской атмосферы, — все, что мы видим на поверхности или прямо под ней, — говорит о том, что Марс мертв, окончательно и бесповоротно.
На поверхности планеты остались несомненные геологические признаки того, что Марс пережил богатую водой молодость. Хотя сегодня воды на Марсе хватило бы на глобальный океан глубиной 30 м, орбитальные снимки древней поверхности планеты позволили ученым предположить, что на Марсе когда-то существовали океаны глубиной до 500 м‹‹7››. Параллельно с геологическими признаками, говорящими о наличии на древнем Марсе жидкой воды, пришло понимание, что когда-то температура на поверхности планеты была значительно выше благодаря наличию более плотной атмосферы: чтобы вода оставалась в жидкой форме, должны соблюдаться определенные соотношения температуры и давления. Так что же случилось? Куда подевались вся вода и атмосфера?
Мы приходим к выводу, что утрата Марсом воды и атмосферы обусловлена медленной геологической смертью планеты. Марс меньше Земли, и по законам физики чем меньше планета, тем быстрее она теряет внутреннее тепло. На Марсе найдено множество следов вулканической деятельности: древний вулкан Олимп на огромном вулканическом нагорье Фарсида можно разглядеть с Земли даже в любительский телескоп. Это самый большой вулкан во всей Солнечной системе. Вулканы позволяют заключенным в недрах планеты газам прорываться на поверхность, пополняя таким образом атмосферу. Однако наши геологические данные показывают, что извержения вулканов на Марсе, сопровождавшиеся истечением лавы и выбросами газов, прекратились более 3 млрд лет назад. Почему? Потому что недра Марса остыли и затвердели. С окончанием вулканической активности закрылся «кран», через который газы поступали в атмосферу.
И что еще важнее — вместе с охлаждением марсианских недр ослабело планетное магнитное поле, которое прикрывало атмосферу от воздействия солнечного ветра. Лишившись защиты, атмосфера буквально испарилась в космос в результате столкновений атомов атмосферных газов с частицами солнечного ветра, обладающими высокой кинетической энергией. С ослаблением атмосферы уменьшается парниковый эффект. Поверхность планеты остывает, и оставшаяся в атмосфере вода конденсируется и замерзает, создавая полярные ледяные шапки и подповерхностные слои льда, обнаруженные «Одиссеем».
Новости от «Викинга»
Никогда за всю историю исследования космоса НАСА не ставило перед собой таких далеко идущих планов, как в случае с экспедициями «Викингов». Каждый аппарат имел на своем борту комплект инструментов, предназначенный для поиска биологических следов жизнедеятельности марсианских микробов и выявления органических веществ в пробах грунта. Если бы спускаемые аппараты «Викинг» в 1976 г. обнаружили бы на Марсе живые микроорганизмы, можете не сомневаться, я бы не стал от вас это скрывать.
В итоге никаких признаков жизни на Марсе обнаружено не было. Не было замечено никаких отличий от простерилизованного контрольного образца. В лучшем случае оставалось место для сомнений: один из опытов дал результат, не исключавший существования жизни. Это был эксперимент по внесению меченых веществ, в ходе которого образец грунта полили жидкой водой, содержащей смесь органических питательных веществ, которые были помечены радиоактивным углеродом-14. Идея заключалась в том, что присутствовавшие в почве живые организмы должны были с благодарностью использовать питательную смесь для своего метаболизма и выработать в качестве побочного продукта помеченный радиоактивным углеродом углекислый газ. Именно это и произошло. Более того, в стерилизованном путем нагрева образце не было обнаружено никакого CO2 — в точности как если бы высокая температура убила все живые организмы. Но, когда неделей позже в тот образец, который дал положительный результат, добавили следующую порцию питательных веществ, никакого углекислого газа в нем не возникло. Может, микробы были уже сыты после незапланированного ужина? Или первоначальная реакция была вызвана наличием в почве окисляющего вещества, которое было израсходовано во время первого опыта, и дальнейшей реакции не последовало? Результат получился в лучшем случае противоречивый. Поскольку остальные эксперименты не увенчались успехом, появилось сразу несколько небиологических трактовок результатов эксперимента. В итоге было объявлено, что аппараты «Викинг» не обнаружили никаких признаков жизни в верхнем слое марсианского грунта в обоих местах посадки.
Тем не менее этот отрицательный результат во многом сформировал отношение НАСА к исследованиям Марса на 1990-е гг. и вплоть до сегодняшнего дня. На смену большим и амбициозным программам, подобным «Викингу», пришел более взвешенный и поэтапный подход. В СМИ стали писать не о «поисках жизни», а о «наличии благоприятных для жизни условий в прошлом». Выбранная НАСА стратегия небольших миссий, сформулированная как «быстрее, лучше, дешевле», оказалась в высшей степени разумной, а также не менее интересной и продуктивной в плане научных результатов. НАСА не оставило попыток обнаружить жизнь на Марсе. Но, как показала практика, нельзя просто посадить спускаемый аппарат в случайном месте и ждать, что «жизнь» сама заползет в твой совок. Надо заранее все обдумать и понять, где могли сложиться условия, способные противостоять холодному и сухому климату, царящему на всей поверхности Марса. А также нам нужно сохранять свои запасы оптимизма — поскольку я еще не успел рассказать все плохие новости.
Современные изыскания: метан, Лавлок и Лоуэлл
Если вы решили, что поверхность Марса — мертвая пустыня, придется признать, что в атмосфере жизни и того меньше. Что это означает на практике? Это означает, что состав марсианской атмосферы в точности такой, каким он должен быть с учетом химического состава поверхности (которая содержит основные ингредиенты — CO2 и водяной лед) и воздействия солнечного света (который вызывает химические реакции в атмосфере). На Марсе не зафиксировано никаких химических аномалий, которые могли бы указывать на существование жизни.
Мысль о том, что в атмосфере планеты должны быть химические признаки, указывающие на присутствие жизни, активно продвигалась Джеймсом Лавлоком, создателем гипотезы Геи, в которой вся планета Земля рассматривалась как единый взаимосвязанный сверхорганизм. Самый простой пример такой взаимосвязи — преобразование углекислого газа атмосферы и океанов в кислород в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих микроорганизмов. В этом смысле присутствие в атмосфере больших количеств кислорода — это биомаркер, который говорит о наличии жизни, поскольку очень трудно найти какие-то другие, небиологические объяснения этому явлению.
Если бы вся жизнь на Земле была сегодня уничтожена, кислород оставался бы в атмосфере на протяжении приблизительно 2 млн лет, пока постепенно не израсходовался бы на окисление поверхностных горных пород. Атмосферный метан — почти весь этот газ имеет биологическое происхождение — был бы израсходован всего за 12 лет в результате химической реакции с гидроксильными радикалами (ОН —) в атмосфере. Во многих отношениях присутствие в атмосфере Земли метана на уровне нескольких частей на миллион — это еще более отчетливый биомаркер, выдающий наличие жизни на Земле.
Что бы вы ответили, если бы я сказал вам, что в атмосфере Марса был обнаружен метан в небольших, но химически значимых количествах — несколько десятков частей на миллиард? И что особенно важно, эта оценка была получена по трем независимым измерениям, сделанным спектрографом автоматической межпланетной станции «Марс Экспресс» в 2004 г., телескопом с Земли в 2009 г. и, наконец, марсианской научной лабораторией «Кьюриосити» в 2014 г. Наблюдения показали, что концентрация метана может значительно меняться на протяжении нескольких месяцев — вот он есть, и вот его уже нет.
Теоретически какое-то количество метана должно было присутствовать в марсианской атмосфере в концентрации несколько частей на миллиард. Он возникает в результате взаимодействия солнечного света и ничтожно малого количества органических веществ, занесенных метеоритами. Если пробы подтвердят присутствие более высоких концентраций метана, это будет означать, что либо там существует жизнь, либо марсианские вулканы не такие уж потухшие, как мы о них думаем. С учетом марсианской геологии активный вулканизм почти такое же поразительное открытие, как и существование жизни (которое к тому же должно оказывать влияние на возможную жизнь на Марсе). Наверное, наиболее существенный вопрос — это не то, откуда берется метан, а то, куда он девается. Каким образом атмосфера полностью очищается от метана за несколько месяцев? Если там действительно присутствует метан, то можно гарантировать одно — Марс таит еще очень много неожиданностей.
История с метаном на Марсе может вовремя предостеречь нас от попыток выдать желаемое за действительное. Она удивительно напоминает эпизод с Персивалем Лоуэллом и его наблюдениями марсианских каналов. Вследствие ограниченных возможностей своего телескопа и турбулентности земной атмосферы, размывающей мелкие детали, Лоуэлл был убежден, что видит искусственные каналы. В то же время надо признать, что во всех заявленных случаях наблюдения метана имеются настораживающие моменты. Сообщение об атмосферном метане, обнаруженном орбитальными спутниками, основано на комбинации нескольких отдельных наблюдений, и даже в этом случае спектральные признаки были едва различимы‹‹8››. Возможности земных телескопов ограниченны, поскольку мы смотрим на Марс сквозь нашу атмосферу, концентрация метана в которой в тысячу раз больше, чем на Марсе. Настораживает, что наблюдения с Земли якобы показывали присутствие метана только тогда, когда движение Марса относительно Земли сдвигало спектральные признаки следа метана на сильную линию этого газа, возникающую в земной атмосфере. В таких обстоятельствах точность любого измерения для Марса существенно снижается. Когда Марс движется прочь от Земли и линия метана смещается в свободную часть электромагнитного спектра, никаких следов марсианского метана не наблюдается.
Даже результаты, полученные «Кьюриосити», дают повод для сомнений. С декабря 2013 г. по январь 2014 г. приборы Марсианской научной лаборатории регистрировали резкий рост уровня метана в атмосфере. Хотя концентрацию десять частей на миллиард не назовешь высокой (прямо скажем, это совсем немного), удивительно было то, что эти значения значительно превышали результаты предыдущих измерений. Повышенные уровни метана наблюдались в течение примерно двух месяцев, а потом резко пошли на спад. Получается, что «Кьюриосити» зафиксировала момент бурного размножения марсианских метаногенных микробов? Или это был выброс метана из кратера какого-то неизвестного вулкана?
Прежде чем пуститься в пространные рассуждения, возможно, стоит прислушаться к голосу разума и осторожности. К сожалению, в автоматически подстраиваемом лазерном спектрометре, который использует лаборатория «Кьюриосити» для определения концентрации метана в марсианской атмосфере, всегда присутствует незначительное загрязнение. Метан мог попасть туда из земной атмосферы перед запуском, а также незначительное его количество могло возникнуть в результате медленного разложения химических реактивов, находящихся на борту марсианской лаборатории. Насколько много? Несколько частей на миллион — это уже существенно, если вы измеряете количество марсианского метана, составляющее несколько частей на миллиард. Специалисты, разрабатывавшие инструменты анализа проб марсианского грунта и атмосферы, конечно же, заранее знали об этих проблемах и постарались устранить все источники загрязнений, искажающих результаты измерений. Фоновый уровень концентрации метана, определенный на уровне несколько частей на миллиард, выглядит достаточно достоверно. Но источник кратковременного десятикратного повышения концентрации метана по-прежнему требует самого тщательного расследования.
Вопрос остается открытым. Для окончательного решения нам не хватает данных. «Кьюриосити» продолжит «принюхиваться» к ветру и проводить эксперименты с определением концентраций метана с помощью более чувствительной измерительной аппаратуры. В то же время на место прибыли два новых спутника, которые могут помочь с решением этой проблемы. Два новых зонда: запущенный HACA искусственный спутник MAVEN[8] и автоматическая межпланетная станция «Мангальян» (MOM) Индийской организации космических исследований достигли Красной планеты в конце 2014 г. Цель обеих миссий — выявить наличие в атмосфере Марса незначительных составляющих метана. Еще один космический аппарат — «Трейс Гас Орбитер», входящий в программу «Экзомарс» ЕКА — отправился на Марс в марте 2016 г. Все это потребовало значительных вложений, но зато теперь мы сможем точно ответить на вопрос, есть ли на Марсе метан или нет, а значит, оно того стоило.
Так как же быть с имеющимися сегодня в нашем распоряжении измерениями метана на Марсе? Если данные получены в трех независимых экспериментах — это достаточно убедительно. Но если рассматривать каждый результат отдельно, то, как мы видели, каждый раз у нас есть повод усомниться в его достоверности. Следовательно, до тех пор, пока у нас не будет какого-то одного убедительного эксперимента, который мог бы прояснить столь важный для потенциальной биологии Марса вопрос, я лично настроен скептически. По крайней мере на сегодняшний день астробиологи не видят на Марсе никаких признаков повсеместного распространения жизни, способной влиять на химический состав атмосферы.
Ну вот, я дошел до последней черты и погрузился в пучины пессимизма. В самом деле, как мы можем опровергнуть все имеющиеся у нас данные и старую добрую физику, которую я тут изложил? Разве эта унылая картина оставляет хоть какие-то лазейки для существования жизни?‹‹9›› Когда я брался за эту книгу, мне хотелось исследовать пять наиболее возможных сценариев открытия инопланетной жизни во Вселенной. Как вы могли заметить, у меня не очень-то получается представить Марс возможной средой обитания. Так как же нам обмануть систему и найти на мертвой планете место для жизни? Тут возможны два подхода. Во-первых, нам стоит попробовать ответить на чуть более легкий вопрос: может ли земная жизнь выжить на Марсе? Если да, то что это нам дает в плане поисков марсианской жизни? А во-вторых, мы можем попытаться обнаружить глубоко запрятанные экологические ниши, которые, несмотря на то что Марс считается мертвой планетой, дают скрытый или временный приют живым организмам.
Может ли земная жизнь выжить на Марсе?
Сегодня Марс — это пустынный, холодный и безводный мир. Он, безусловно, не благоприятен для жизни, но вот смертелен ли? Давайте разберемся. Жизни на поверхности Марса угрожает множество факторов: низкие ночные температуры, опускающиеся до –90 °C; крайне низкое давление на поверхности, примерно соответствующее давлению в 50 км от поверхности Земли (по сравнению с этим восхождение на Эверест просто приятная прогулка); атмосфера, состоящая преимущественно из углекислого газа; интенсивное ультрафиолетовое излучение; космические лучи и совершенно никакой влаги или органических соединений в почве во всех местах, где брались пробы. Пусть так, но насколько это все губительно для жизни? Как отличить угрожающие жизни условия от тех, что всего лишь создают для нее определенные неудобства?
Как ни странно, температура не такой критичный фактор, как можно было бы предположить, главным образом потому, что на Марсе бывают и вполне теплые дни — все зависит от времени и места. Во время аномальных морозов в Северном полушарии в 2014 г. средства массовой информации, подчеркивая суровость погодных условий, указывали, что в такой-то день температура в Северной Америке была ниже, чем на Марсе. И на самом деле, в паре мест в Соединенных Штатах и Канаде температура с учетом ветра опускалась ниже средней температуры на поверхности Марса –63 °C. Но с другой стороны, во время своих блужданий по Марсу автоматические станции зафиксировали максимальную температуру атмосферы около 0 °C, а максимальную температуру поверхности — около 20 °C‹‹10››.
Причина такого очевидного несоответствия заключается в разнице между средними и локальными температурами. Средняя температура на всей поверхности Земли приблизительно равна 15 °C в течение всего года. Чем ближе к экватору вы живете, тем у вас жарче, чем дальше — тем холоднее. Амплитуды колебаний температур (разница между максимальными и минимальными значениями) на Земле меньше, чем на Марсе, главным образом вследствие большой теплоемкости океанов и нижних слоев атмосферы. На Марсе колебания температур огромны даже в самые теплые дни — как только Солнце садится, температура сразу же опускается до –90 °C. Но каждый день в течение короткого промежутка времени Солнце может создать вполне пригодные для жизни условия.
Самый быстрый способ проверить, могут ли какие-либо земные организмы выжить в суровых марсианских условиях — это отправить их в экспедицию на Красную планету. Как мы еще увидим, Марс обладает богатым разнообразием местных условий, которые могут оказаться более-менее благоприятными для пришельцев, так что для полноты картины вы можете рассадить земные семена по всей планете. Но при планировании подобного эксперимента необходимо не упускать из виду один важный вопрос: как только мы выпустим земных микробов на Марс, возникнет опасность заражения почвы новой жизнью, и тогда все дальнейшие поиски местных марсианских организмов будут обесценены.
Этот момент настолько важен, что космические агентства, такие как НАСА и ЕКА, тратят огромные средства, чтобы предотвратить подобное заражение. Все марсианские космические аппараты стерилизуют и хранят в специальных чистых помещениях, где не должно быть даже мельчайших спор или волокон живых организмов. По иронии судьбы некий вид устойчивых бактерий — как оказалось, один и тот же в обоих случаях — был найден в чистых помещениях НАСА и ЕКА. Очевидно, природа не терпит чистоты и твердо намерена попасть на Марс. Можно ли воспроизвести марсианские условия, не покидая Землю? Что ж, для этого есть два пути: забронировать тур в Антарктиду или подружиться с учеными, которые создали симулятор, имитирующий условия Марса.
Жизнь в холодном климате
Туристические буклеты уверяют, что климатические условия в сухих долинах Антарктиды наиболее приближены к марсианским. И реальность не обманывает ожиданий: бесплодные, усыпанные камнями долины — настоящие низкотемпературные пустыни. Незначительное количество осадков выпадает здесь в виде снега, который быстро сдувается сильными ветрами. Жалкие клочки земли практически безжизненны. Небольшие, покрытые льдом озера питаются за счет периодического таяния местных ледников.
Но даже в такой холодной, сухой и в целом враждебной среде присутствует пусть не буйство жизни, но несколько существующих длительное время живых сообществ. Вероятно, наибольший интерес для тех, кто ищет марсианскую жизнь, представляют колонии фотосинтезирующих криптоэндолитных бактерий, которые обитают внутри песчаников, на глубине от 1 до 10 мм‹‹11››. Они образуют сообщества в пустотах горных пород, которые защищают их от суровых ветров, прикрывают от губительного ультрафиолетового излучения и в то же время позволяют в течение нескольких летних месяцев получить достаточно солнечной энергии, чтобы с помощью фотосинтеза создать себе запас питательных веществ перед долгой зимней спячкой. Камни нагреваются быстрее, чем окружающий воздух, и это создает что-то вроде парника, где бактерии могут выжить.
Мы до сих пор не знаем, откуда подобные организмы берут воду. Возможно, в те редкие моменты, когда снег накапливается и тает, эти бактерии могут получить какой-то минимум влаги, который они собирают и хранят в утолщающихся стенках клеток. Более того, поскольку питательных веществ здесь практически нет, выдвигались предположения, что бактерии получают фосфор, серу и прочие необходимые им элементы из занесенных ветром мелких частичек почвы, которые время от времени застревают в порах песчаника.
Конечно, даже по сравнению с относительно теплыми экваториальными районами Марса антарктические сухие равнины кажутся влажным тропическим раем. Но их пример показывает, что там, где есть хоть малейшая возможность поддерживать жизнь, всегда обнаруживаются живые организмы, способные приспосабливаться к самым неблагоприятным внешним условиям.
Жизнь в морозильнике
Другой путь на Марс — воссоздать марсианскую среду в лабораторных условиях где-нибудь поближе к дому. Вам понадобится барокамера, в которой давление составляет 1 % от земного, а состав газов соответствует атмосфере Марса. Внутреннее пространство камеры нужно охлаждать жидким азотом, чтобы имитировать холод марсианской поверхности, а солнечный свет заменить дуговой лампой полного спектра. Во всем мире есть несколько лабораторий, в которых можно воспроизвести условия Красной планеты и, поместив туда земные организмы — преимущественно микробы, — измерить параметры их метаболизма, проследить за ростом и размножением.
Так что же выяснилось? Как оказалось, некоторые виды земных микробов могут выживать и даже расти в условиях марсианских температур, давления, состава атмосферы и солнечного излучения. Как ни странно, не все победители игры «Выживший на Марсе» классические экстремофилы. Несколько видов бактерий рода
Однако земные микроорганизмы так или иначе должны иметь доступ к воде, хотя бы в самых незначительных количествах. Без этого им не выжить. Живущие в камнях антарктических сухих равнин бактериальные колонии наглядно демонстрируют нам, как важно для жизни наличие хотя бы небольшого количества воды и питательных веществ. Бактериям нужно немного, но совсем без воды и пищи жить невозможно. Поскольку у меня нет уверенности в том, что на Марсе это фундаментальное требование может быть выполнено, я не возьмусь утверждать, что жизнь сможет выжить на Марсе. Но, если нам удастся обнаружить хотя бы изолированный или кратковременный источник жидкой воды — допустим, ничтожно малое количество растаявшего подповерхностного льда, — тогда есть вероятность, что земная жизнь сумеет этим воспользоваться. А если это получится у земной жизни, то почему не могло бы получиться у марсианской? Но каковы шансы обнаружить такое редкое, в высшей степени локализованное и сезонное явление на поверхности Марса (или под ней) с помощью наших орбитальных дозоров или в пределах ограниченной досягаемости планетоходов?
Новая надежда
Марс изрыт оврагами. Каждое новое поколение автоматических станций на орбите Марса демонстрирует нам все новые и новые овраги, вымоины и сухие русла и каждый раз во все более крупном масштабе и разрешении. Но никто не рассчитывал увидеть на стенках оврагов сезонные потоки, набирающие силу марсианской весной и иссякающие осенью. Но это еще можно было предположить. Настоящей сенсацией стало то, что эти потоки возникают в одних и тех же местах регулярно, из года в год. Оказалось, что поверхность Марса пребывает в постоянном движении: чтобы это обнаружить, нам просто нужна была на орбите камера с достаточным разрешением, а также терпеливые и усидчивые исследователи. И вот, установленная на аппарате «Марс Реконессанс Орбитер» камера HiRISE, обладающая высоким оптическим разрешением, позволила добиться качественно нового уровня детализации марсианской поверхности.
Сами эти следы потоков получили название «возобновляющихся линий на склонах». Это хорошо различимые темные полосы, которые спускаются вниз по склонам марсианских оврагов (от 1 до 20 м шириной). Первыми внимание на эти структуры обратили ученые из Лаборатории Луны и планет Аризонского университета (где была разработана камера HiRISE) в своей статье, вышедшей в 2011 г. Затем последовало более детальное исследование, опубликованное в 2013 г. Эти темные пятна появлялись и медленно разрастались в теплое время года с наступлением весны и лета в каждом из полушарий, и их легко отличить от сходящих по склонам лавин из камней и пыли, которые также случаются (хотя, как правило, в других местах).
Чаще всего такие структуры возникают под отчетливыми слоями коренных пород, которые обнажаются по краям более обширных долин и кратеров. Также важно, что они возникают на довольно крутых склонах с уклоном более 30°. Такой рельеф практически непроходим для нынешнего поколения марсоходов (стоит напомнить, что доблестный «Спирит» пал жертвой одной лишь маленькой песчаной дюны). И это очень досадное обстоятельство, поскольку подобные склоны, на которых образуются повторяющиеся сезонные потоки, — наша главная надежда в поисках современной жизни на Марсе.
Почему? Потому что подобные явления лучше всего можно объяснить присутствием воды — вероятнее всего, это соленая вода в жидком состоянии. Когда вы летом поливаете свой сад, обнаженная почва намокает и темнеет, точно так же темные полосы на склонах марсианских оврагов мы можем считать признаком течения жидкой воды, оставляющей влажный след в почве. Большинство сезонных потоков возникает в чуть более темных каменистых ландшафтах южного полушария, где наблюдаются высокие температуры на поверхности — хотя в данном случае «высокие» означает выше –23 °C — и где вода, содержащая высокую концентрацию солей, может оставаться жидкой. Более того, в силу своей повторяющейся природы эти потоки могут обеспечить среду обитания для живых организмов: как бы ни был ничтожен источник воды и питательных веществ, если он возобновляется год от года, марсианская жизнь сможет существовать и даже воспроизводиться рядом с ним‹‹12››.
Ранее я уже предупреждал, что, говоря о метане на Марсе, мы рискуем принять желаемое за подтвержденный научными данными факт. Не можем ли мы здесь попасться в ту же ловушку? Да, возобновляющиеся линии на склонах вполне реальны и, насколько мы можем судить, отличаются от других изменчивых явлений, открытых нами на Марсе. Но точно ли это вода? Нет, конечно. На автоматической станции «Марс Реконессанс Орбитер» установлен спектрограф, способный распознать спектральные признаки воды, но до сих пор в этих темных полосках никакой воды обнаружено не было (хотя на этих склонах были обнаружены следы солевых отложений). И по-прежнему неизвестно, о каком количестве воды идет речь — даже тончайшего слоя соленой воды может быть достаточно, чтобы создать эффект темных полос.
Также остается парочка трудных вопросов относительно того, откуда берется вода на участках с возобновляющимися линиями на склонах. По всей видимости, это явление наблюдается в низких широтах, где поверхность сильно нагревается Солнцем. Но, согласно данным «Одиссея», в этих широтах водяной лед в марсианском грунте почти полностью отсутствует. Можно ли и в этом случае предположить, что лишь для возникновения данного явления достаточно очень небольшого количества талой воды? Еще более настораживает тот факт, что возобновляющиеся линии на склонах наблюдаются в одних и тех же местах на протяжении нескольких лет. Если мы действительно наблюдаем сезонное таяние водного льда, то откуда берутся его запасы? Если учесть древний возраст марсианской поверхности, то тот факт, что мы сегодня можем наблюдать темные подтеки на склонах, означает одно из двух: либо это явление никак не связано с водой, либо ее резервуар каким-то образом пополняется. Как именно это может происходить, нам остается только гадать: возможно, источником служит водяной пар в атмосфере, вступающий в реакцию с каким-то веществом в почве. Еще более интригующее предположение — эти участки таяния льда лишь вершина айсберга‹‹13››, один из элементов более сложной системы подземных водоносных слоев, в которой жидкая вода стекает в подземные резервуары, направляемая напластованием непроницаемых пород. Имеет ли значение тот факт, что возобновляющиеся линии на склонах появляются лишь вместе с обнажениями коренных пород? Пока мы этого не знаем.
И наконец, мы должны обсудить вопрос о том, насколько такое место обитания, как возобновляющиеся линии на склонах, согласуется с нашими общими представлениями о наличии жизни на поверхности Марса. «Викинг» показал, что никакой современной жизни на Марсе нет, ну или по крайней мере мы ничего о ней не знаем. Однако посадочные модули станции приземлялись в холмисто-равнинной местности, более подходящей для безопасного автоматического спуска, а не там, где есть овраги и кратеры, на склонах которых встречаются возобновляющиеся линии. Как мы уже убедились на примере антарктических сухих равнин, в экстремальных условиях существование живых организмов напрямую зависит от возможности получить хотя бы малое количество жидкой воды.
Мы также пришли к заключению, что химический состав марсианской атмосферы не позволяет сделать вывод о существовании на поверхности планеты (или на небольшой глубине под поверхностью) широко распространенной жизни, которая либо получает из атмосферы питательные вещества, либо вносит вклад в ее состав. Словосочетание «широко распространенной», возможно, ключевое для понимания: общее количество мест с необходимым геологическим строением и климатическими условиями составляет менее 1 % от всей поверхности планеты. Локальные условия окружающей среды могут накладывать строгие ограничения на распространение жизни, не позволяя ей размножиться до такого уровня, который оказывал бы влияние на состав атмосферы.
Очевидно, что открытие возобновляющихся линий на склонах поднимает больше вопросов, чем дает ответов. Несомненно, ученые, работающие с данными HiRISE, очень довольны такой ситуацией: им выпало открывать новые, пока еще не известные человечеству факты и, следовательно, находиться на передовом крае научного познания.
И еще мне хотелось бы сказать: если мы действительно наблюдаем сезонное таяние слоя соленого льда и последующее формирование периодических влажных полосок на склонах марсианских оврагов, тогда мы обнаружили именно то потенциальное место обитания для жизни, которое искали. Мы изучили примеры земных организмов, которые могут выживать и расти в марсианских условиях. На данный момент жидкая вода остается ключевым элементом, которого нам пока что не хватает. После открытия возобновляющихся линий на склонах мы определили на поверхности Марса несколько мест, где присутствуют достаточно убедительные признаки наличия жидкой воды.
В начале книги я дал вам краткое резюме — у нас нет никаких научных доказательств существования жизни за пределами Земли. Однако с открытием возобновляющихся линий на склонах на Марсе у нас появился шанс реализовать первый из пяти наиболее правдоподобных сценариев обнаружения внеземной жизни. Но мне хотелось бы чего-то большего, чем просто намека на жизнь. Как мы туда доберемся, какую форму может принимать такая жизнь и какие научные эксперименты могут подтвердить ее существование?
ALH84001
Хороший совет на все случаи жизни — нужно быть осторожным в своих желаниях. Астробиологи всегда мечтали об экспедиции на Марс, которая привезет изрядное количество образцов грунта, чтобы потом их можно было изучать в земных лабораториях. В 1984 г. эта мечта осуществилась — с далеко идущими последствиями. В тот год в горах Алан Хиллс в Антарктиде был найден темный каменный метеорит, получивший идентификационный код ALH84001. По целому ряду объективных причин Антарктида — самое лучшее место для начинающего охотника за метеоритами: большая часть континента покрыта белым льдом, на котором хорошо заметны черные метеориты‹‹14››.
ALH84001 принадлежит к классу SNC-метеоритов, которые имеют марсианское происхождение (некоторые из этих метеоритов сохранили в минералах газовые включения, совпадающие по составу с марсианской атмосферой). Он весит около 2 кг, и, если продать его по современной рыночной цене $1000 за грамм, он может принести вам около $2 млн для финансирования программы исследования Марса.
Во многих отношениях ALH84001 бесценен. Он уникален по сравнению с другими марсианскими метеоритами и сам по себе образует отдельную группу внутри класса SNC. ALH84001 — каменный метеорит, самый древний из известных нам обломков Марса, возраст которого, согласно данным радиометрического анализа, составляет более 4 млрд лет‹‹15››. Это означает, что горные породы, из которых состоит ALH84001, сформировались в самый ранний период истории Марса, когда на его поверхности было много жидкой воды — в период «мокрого» Марса. Более того, в его минеральной массе обнаружены включения карбонатов, которые, по крайней мере на Земле, осаждаются из теплой воды. К несчастью для ALH84001 и к счастью для нас, эти горные породы не остались на Марсе — примерно 15 млн лет назад метеоритный удар выбросил их с поверхности планеты в космос. Наши пути пересеклись 13 000 лет назад, когда ALH84001 огненной вспышкой пронесся через атмосферу и упал на антарктический лед, вместе с которым ему предстояло еще долго дрейфовать через весь континент.
Через 10 лет после открытия ALH84001 неожиданно стал сенсацией. Команда ученых из НАСА, которой было поручено провести исследование метеорита, закончила долгую и тщательную работу. Итоговый доклад был озаглавлен «Поиск исчезнувшей жизни: возможность обнаружения следов биологической активности на марсианском метеорите ALH84001» и опубликован в журнале
Давайте сосредоточим свое внимание на научной стороне вопроса, а не на шумихе, которая за этим последовала. Какие тайны ALH84001 удалось раскрыть ученым? Все признаки биологической активности связаны с карбонатами, найденными в трещинах и пустотах вулканической породы. Первый аргумент — присутствие заметных следов особых органических соединений — полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Ученые пришли к заключению, что ПАУ преимущественно располагались внутри метеорита и не были просто загрязнением, попавшим на него в течение тех тысяч лет, что метеорит находился на Земле‹‹17››. В земных окаменелостях эти составляющие обычно (но не обязательно) связаны с разложением биологических организмов. Второй момент — карбонаты содержат отложения специфических минералов железа и серы, и зональность этих отложений близка к характерной для земных железобактерий. Третье доказательство действительно выглядит убедительно — это обнаруженные на кромках карбонатов упорядоченные скопления крохотных кристаллов магнетита (Fe3O4). По своей форме, размерам и прочим особенностям строения они очень похожи на те, что создаются магнитотактическими бактериями на Земле. И наконец, самое фотогеничное из всех свидетельств внеземной жизни на ALH84001 — на трещинах внутри метеорита обнаружены образования, похожие по форме на колонии земных бактерий. Эти крохотные наноокаменелости внешне очень похожи на окаменелые останки земных бактерий, если не считать того, что они значительно меньше по размеру. В целом группа ученых, исследовавших ALH84001, пришла к заключению, что в совокупности все эти четыре находки можно объяснить только одним — присутствием биогенного фактора, т. е. древних марсианских бактерий.
Далее последовали жаркие споры. Астробиологи любят повторять одну из самых известных максим Карла Сагана: «Экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств»[9]. Другими словами, если вы заявляете, что совершили исключительно важное научное открытие, то ваши экспериментальные данные и сделанные на их основе выводы должны содержать убедительные ответы на все возможные возражения. А в том, что эти возражения последуют, можно не сомневаться.
Для оценки справедливости утверждений об открытии древней жизни на Марсе директор НАСА Дэн Голдин привлек независимого эксперта Билла Шопфа. Это был мудрый выбор: Шопф считался признанным авторитетом в палеобиологии и был автором множества статей, посвященных древним окаменелостям, найденным в архейских и протерозойских горных породах‹‹18››. Предполагалось, что Шопф не будет проводить собственные исследования, а просто оценит опубликованные данные и выводы, а затем изложит свою точку зрения. Его первоначальное заключение — в какой-то степени задвинутое на задний план, поскольку все стремились к эффектным газетным заголовкам, — выдержало проверку временем. Шопф высказал мнение, что все четыре момента, которые, как утверждалось, доказывали наличие в ALH8400 древних ископаемых бактерий, могут быть объяснены небиологическими явлениями или загрязнением, которое могло иметь место в течение тех 13 000 лет, что метеорит пролежал в Антарктиде. Марсианская биология остается возможным объяснением наблюдаемых в ALH84001 явлений. Это объяснение не единственное, и качество данных не позволяет однозначно сделать вывод в пользу какой-то одной теории.
После всего сказанного, я полагаю, мы должны вынести из истории с ALH84001 один важный урок: научный анализ метеорита был проведен на самом высоком уровне как в первый раз, так и в последующих исследованиях, осуществленных различными группами ученых. Оглядываясь назад, я не вижу чего-то, что можно было бы сделать по-другому (хотя, возможно, следовало бы поменьше контактировать с прессой). Полагаю, эта история послужит образцом для исследований горных пород и почв, которые будущие экспедиции доставят с Марса. В этом смысле ALH84001 и примененные к нему методы научного анализа сохранят свою исключительную ценность. Он также служит нам предостережением, что будущая экспедиция по доставке образцов на Землю, возможно, не даст нам ясных ответов, которые мы наивно ожидаем получить. Пока не попробуем, мы ничего не узнаем наверняка. Единственное, чего мы можем хотеть в настоящий момент, — получить в свое распоряжение образцы марсианских горных пород, желательно добытых в тщательно контролируемых условиях и непосредственно с поверхности Марса.
Далекоидущие планы
Вот уже почти 20 лет прошло тех пор, как серьезные исследования Марса возобновились после долгой паузы, последовавшей за экспедициями «Викингов». За это время мы выяснили, что на Марсе когда-то существовала гидросфера и что под поверхностью планеты находится слой водяного льда, проанализировали химический состав грунта и зафиксировали сезонные изменения поверхности планеты. Что еще более важно, мы научились формулировать новые вопросы: действительно ли в древних отложениях сохранились окаменелости архейского типа? Можно ли утверждать, что возобновляющиеся линии на склонах объясняются присутствием жидкой воды? Могут ли живые организмы существовать в слое подповерхностного льда? И, вероятно, самое важное из всего, что мы узнали: на все эти вопросы можно ответить, только отправив на Марс экспедицию, которая доставит обратно на Землю образцы горных пород.
Доставка на Землю образцов марсианских пород даст возможность осуществить прорыв в понимании жизни на Марсе — как древней, так и современной, — который так необходим для развития астробилогии. Это не только моя точка зрения. В 2013 г. Национальный исследовательский совет США выпустил очередной доклад, выходящий раз в 10 лет, в котором изложил свое видение национальных задач в области изучения Солнечной системы на ближайшее десятилетие. Приоритетной целью была названа подготовка экспедиции на Марс, предназначенной для доставки образцов, которая стала бы наиболее эффективным средством получения исчерпывающих сведений об условиях на поверхности Марса и возможности существования жизни. Этот доклад был востребован как НАСА, так и Национальным научным фондом (источником правительственного финансирования для многих научных программ в США), и поэтому он имеет большое влияние. Но, как мы увидим в дальнейшем, хорошие пожелания — это одно, а решения (которые принимаются с учетом ограниченного финансирования) — совсем другое.
Как найти жизнь на Марсе?
Мы много говорили о Марсе и возможностях для жизни на этой планете. Теперь пришла пора обсудить, где конкретно эта жизнь может обитать и какие эксперименты мы должны провести, чтобы подтвердить ее наличие. Цель номер один — отыскать древние ископаемые внутри осадочных пород. Возможно, это не так интересно, как поиски современной жизни, но такой подход имеет под собой твердое научное обоснование, а практические задачи вполне осуществимы.
«Кьюриосити» в настоящее время исследует как раз такую местность, какой мы интересуемся, — обнажения древних пород (того же возраста, что и ALH84001), которые, судя по их геологическому окружению, в далеком прошлом были погружены в воды теплого моря. Я также должен упомянуть, что «Кьюриосити» оказался в этом районе не случайно. Место его посадки было выбрано на основании детальных снимков, сделанных «Марс Реконессанс Орбитер», чтобы понять, какой именно тип ландшафта предстоит изучать марсоходу. «Кьюриосити» оснащен инструментами, позволяющими брать буровые пробы горных пород глубиной до 5 см. Вероятно, в дальнейшем ученые захотят пробурить более глубокие скважины, а также возвращать сами буровые пробы, а не измельченные в порошок горные породы, однако на сегодняшний день «Кьюриосити» не хватает только одного — возможности доставить образцы на Землю.
Та эпоха в ранней истории Марса, когда на нем существовала вода в жидком виде, совпадает по времени с зарождением жизни на Земле — где-то между 3,5 и 4 млрд лет, сразу после окончания «тяжелой бомбардировки». Для проверки этой гипотезы мы воспользуемся теми же методами, которые используем при поиске древних окаменелостей на Земле: микроскопические исследования, позволяющие обнаружить клеточный порядок в сочетании с биохимическими тестами на наличие продуктов метаболизма и остатки органического разложения. Чтобы иметь возможность провести такие исследования, нам надо получить образцы пород, в которых чаще всего встречаются ископаемые останки, т. е. древних осадочных пород, образовавшихся в благоприятной для жизни среде при наличии жидкой воды, и доставить их на Землю.
С учетом этой задачи мы можем рассматривать экспедиции марсоходов применительно к астробиологии: медленно, но последовательно мы выявляем участки, где, согласно нашим представлениям, примерно 3,5 млрд лет тому назад существовали условия для возникновения жизни. На самом деле, если принять во внимание, насколько большая доля марсианской поверхности составлена из таких древних пород, вполне возможно, что когда-нибудь мы будем больше знать о происхождении жизни на Марсе, чем мы сегодня знаем о происхождении жизни на Земле.
Нашей следующей целью станет сбор и доставка на Землю образцов из районов, где наблюдались загадочные линии на склонах. Здесь нас будут интересовать признаки существования живой экосистемы, а не окаменелых останков. Возможно, не стоит особо надеяться, что живые организмы благополучно перенесут путешествие до Земли. В доставленных образцах будут искать лишь элементы биологической организации и следы каких-либо химических соединений, которые могут либо служить питательными веществами, либо содержать продукты метаболизма. Однако склоны, на которых наблюдается сезонное таяние (если это не окажется чем-то иным), совершенно непроходимы для наших бравых марсоходов — это крутые осыпи под скальными обрывами. Опять же очень важно попасть в нужное время — кто знает, как долго длятся эти сезонные явления? Повторяются ли они периодически или больше не возобновляются?
Очевидно, что, хотя такая перспектива выглядит заманчиво, доставка образцов с Марса остается очень трудной задачей даже с учетом самых передовых технических достижений НАСА. Можно ограничиться более практичным вариантом — пробурить марсианскую поверхность на несколько десятков сантиметров в глубину до слоя водного льда и посмотреть, что там есть. Но если вы будете просто копать наугад, нужно заранее быть готовым к разочарованию — в этом месте может не оказаться ни таяния, ни скопления органических материалов, ни жизни. С другой стороны, подповерхностный лед встречается почти повсеместно и добраться до него несложно, так что в любом случае имеет смысл положить в контейнер, предназначенный для отправки на Землю, хотя бы парочку образцов такого льда.
Пришел, увидел, улетел
Как должна проходить экспедиция по доставке на Землю образцов с Марса? Во многих аспектах она будет походить на эстафетную гонку: каждая новая техническая задача, стоящая перед экспедицией, будет осуществляться независимым аппаратом — орбитальным спутником, марсоходом, взлетным модулем и кораблем, который доставит образцы на Землю, — а контейнер с драгоценными марсианскими образцами должен будет передаваться от одного участника к другому, как эстафетная палочка. Мы уже могли наблюдать за отдельными этапами экспедиции — отправкой орбитальной станции и посадочного модуля, которые совместно исследовали поверхность планеты. Марсоход, аналогичный по конструкции «Кьюриосити», может распознавать и хранить образцы, собранные на различных по типу рельефа участках. Экспедиция займет несколько лет, во время которых будут совершаться долгие переходы по поверхности планеты, для которых автоматический передвижной модуль потребуется оснастить множеством приборов и оборудования. Другими словами, это должен быть большой, полноценный аппарат.
Так как же образцы вернутся на Землю? Вероятно, это будет двухступенчатый процесс. Сначала взлетный модуль доставит образцы с поверхности Марса на околопланетную орбиту. В действительности транспортировка образцов с поверхности на орбиту — ключевое звено во всей последовательности действий. Гравитация против вас, и вам придется заплатить за каждый поднятый килограмм. И 20 кг — это, вероятно, самый минимальный вес груза, который вы хотите доставить на Землю (не забудьте, однако, что сюда также входит вес контейнера, сделанного из высокопрочного материала). Чтобы поднять эту массу на орбиту, вам надо разогнать модуль до скорости почти 5 км/с — это вторая космическая скорость для Марса‹‹19››. Для 20 кг груза вам не потребуется огромная ракета: современные конструкции позволяют обойтись аппаратом весом 400 кг, длиной около 4 м и диаметром около 0,5 м. Отдельная задача — убедиться в том, что после шести месяцев в глубоком космосе, посадки на каменистый грунт и примерно года стоянки на Марсе все системы ракеты функционируют нормально. У вас будет только одна попытка, и надо не растратить ее впустую.
Возможно, вы лелеете мечту о грузе большей массы, скажем, о 200 кг марсианских пород. Но для этого потребуется не ракета, а просто чудовище — до 1500 кг весом и 6 м в длину. Это очень много да плюс еще наземный модуль. Масса «Кьюриосити» — 900 кг, и перед вами стоит сложная задача — доставить большую ракету с возвратным модулем на поверхность планеты. Так что, наверно, 20 кг — предел мечтаний. В этот окончательный вариант могут входить образцы, собранные из разных мест с разными формами рельефа, чтобы ученые получили больше материала для исследований.
Выйдя на орбиту, взлетный модуль должен выполнить автоматическую стыковку и передать на борт космического корабля ценный груз, после чего корабль отправится в обратный путь. Ему придется воспользоваться ракетным двигателем, чтобы добраться до Земли, выйти на орбиту и доставить контейнер с образцами на поверхность нашей планеты. Это тоже непросто: когда запущенный НАСА аппарат «Стардаст» или космический аппарат «Хаябуса» Японского агентства аэрокосмических исследований доставляли образцы астероидного грунта и кометной пыли на Землю, они входили в атмосферу на очень высокой скорости — 12 км/с. Такая скорость грозит перегревом и создает риск потери образцов. Если парашют не выдержит и капсула расколется, тогда — «Хьюстон, у нас проблемы!»
Существует бюджетный вариант доставки образцов на Землю, не связанный с высокими рисками. Это частный космический корабль многократного использования «Драгон», который может применяться в качестве грузового корабля для возврата контейнера на Землю. Те из вас, кто читал роман «Штамм Андромеды»[10], помнят о целом ряде проблем, связанных с попаданием инопланетного материала на Землю, особенно образцов, которые могут содержать биологический материал. Думаю, нет смысла напоминать о том, что марсианские материалы не должны вступать в контакт с земной средой: вам придется прибегнуть ко множеству ухищрений, чтобы сохранить образцы в первозданном виде, и сразу после их прибытия на Землю расслабляться еще рано. Образцы должны закончить свой путь в специально подготовленной аналитической лаборатории, и тогда уже начнется их изучение.
Суровая правда жизни
На первый взгляд все это выглядит заманчиво, но произойдет ли это в действительности? В 2005 г. НАСА и ЕКА осознали, что задача доставки образцов на Землю не по силам какому-то одному космическому агентству. В самом деле, каждый компонент предполагаемой экспедиции — орбитальный спутник, планетоход и марсианский взлетный модуль — сам по себе флагманская миссия с бюджетом, значительно превышающим $1 млрд. Если добавить сюда еще и потребность в специализированной лаборатории для обработки образцов на Земле, общий бюджет проекта может превысить $7 млрд. Но то, что начиналось как многообещающее партнерство по осуществлению многокомпонентной совместной миссии по доставке на Землю марсианских образцов, было загублено 20 %-ным сокращением бюджета НАСА на автоматические полеты в 2011 г., не оставлявшем никаких перспектив.
Финансовые проблемы вынудили HАСА отложить осуществление экспедиции по доставке образцов. Наука никуда не делась, равно как и ученые, которые верят, что такая экспедиция откроет перед нами новые горизонты познания. И НАСА, и ЕКА планируют до 2020 г., каждое по отдельности, послать на Марс планетоход класса «Кьюриосити». Учитывая ограниченный объем средств, выделяемый на исследование Солнечной системы, такое дублирование представляется исключительно неэффективным расходованием денег‹‹20››.
Поскольку моих $4 млрд не хватает для доставки на Землю образцов марсианского грунта, как мне разумнее потратить эти средства? Можно ли рассчитывать на то, что экспедиции марсоходов проложат дорогу к обнаружению инопланетной жизни в Солнечной системе? Если честно, то нет (справедливости ради надо сказать, что поиски жизни — это не единственная цель автоматических миссий HACA). Если бы речь шла о совместных усилиях для того, чтобы действительно осуществить доставку на Землю образцов с Марса и решить проблему раз и навсегда, я бы согласился рискнуть. Более мелкая цель не достойна моей флагманской астробиологической миссии, особенно с учетом того, какие сюрпризы для нас таят дальние окраины Солнечной системы.
Первоначально я дал вам $4 млрд на финансирование своего астробиологического проекта — хотя это было скорее шутливое предложение, чем выверенная смета, — и теперь, я полагаю, вы видите, какой баланс необходимо подбить ученым и тем, кто дает деньги на научные проекты. Попытаетесь ли вы найти еще одного читателя этой книги (европейского издания), чтобы объединить имеющиеся у вас средства (все до последнего) и фактически cложить все яйца в одну корзину — экспедицию по доставке образцов марсианского грунта на Землю? К счастью, вам предстоит прочесть еще несколько глав, прежде чем принять окончательное решение, поскольку это нечестно — задавать вам подобный вопрос, пока вы не изучили все имеющиеся у вас возможности.
Люди на Марсе
Прежде чем проститься с Марсом, я хочу предложить вам напоследок подумать над тем, что такое пилотируемые полеты на Марс. Всего лишь рекламный трюк — ну, сделали мы один маленький шаг и потренировались в водружении флага — или гигантский скачок, который поможет устранить все препятствия, стоящие перед автоматическими исследованиями космоса?
Существует две точки зрения. Одна заключается в том, что робот может справиться с любой научной задачей не хуже, а зачастую и лучше, чем человек, не требуя при этом еды и морального поощрения. Роботы в буквальном смысле слова позволяют обойтись меньшим количеством багажа — эмоционального и физического. Они не потребляют ничего, кроме электричества, и не производят биологических отходов. Роботы, если не считать ЭАЛ 9000[11], не расстраиваются, не теряют костную массу при уменьшении силы тяжести и не страдают от последствий лучевой болезни, вызванной космическими лучами и солнечным ветром‹‹21››. Если для автоматической экспедиции достаточно посадочного модуля весом около 2 т и 20 кг максимального полезного груза, который надо вернуть на Землю, то для пилотируемой миссии потребуется доставить на поверхность планеты минимум 40 т оборудования. Даже не хочется считать, во что это обойдется.
Но существует и альтернативная точка зрения. В 1972 г. Харрисон Шмитт стал первым ученым, побывавшим на Луне в составе экспедиции «Аполлон-17». Он вместе с другим астронавтом, Юджином Сернаном, высадился на Луне в долине Тавр-Литтров, окруженной древними лунными горами со следами вулканической активности. Во время последней прогулки по поверхности планеты Шмитт, геолог по образованию, заметил странный камень — кусок магматической породы, который не соответствовал окружающему ландшафту. Камень, получивший название Троктолит 76 535, считается самым интересным образцом из всех, доставленных с Луны, поскольку содержит массу интересной геологической информации. В связи с этим открытием возникает вопрос: как передать роботу опыт полевой работы, который был у Шмитта, и его способность выбирать один необычный камень из тысячи или как по крайней мере обеспечить оператору на Земле такой же обзор, как у астронавта на Марсе?
В определенной степени все эти вопросы чисто риторические. Если людям надо побывать на Марсе — они там будут, и не только ради науки, как в случае с высадкой на Луну. Единственное, в чем можно не сомневаться, — моих $4 млрд на это точно не хватит.
Глава 6. Европа и Энцелад: водная жизнь?
Поделиться книгой: