Есть ли жизнь на Марсе, Венере

Волнующий вопрос о жизни на других планетах занимает умы астрономов (и не только астрономов) вот уже несколько столетий. Возможность самого существования планетных систем у других звезд только сейчас становится предметом серьезных научных исследований. Раньше же вопрос о жизни на других планетах был областью чисто умозрительных заключений. Между тем Марс, Венера и другие планеты Солнечной системы уже давно были известны как несамосветящиеся твердые небесные тела, окруженные атмосферами. Давно стало ясно, что в общих чертах они напоминают Землю, а если так, почему бы на них не быть жизни, даже высокоорганизованной и, кто знает, разумной?

Однако существует большая дистанция между догадками и реальным знанием. Нет сейчас смысла останавливаться на огромном количестве гипотез и литературных произведений, посвященных этой увлекательной проблеме. Наша задачапопытаться кратко изложить ее современное состояние.

Вполне естественно считать, что физические условия, господствовавшие на «только что» образовавшихся из первоначальной газопылевой среды планетах земной группы (в эту группу, как известно, входят Меркурий, Венера, Земля и Марс), были очень сходными, в частности их первоначальные атмосферы были одинаковы, Поэтому, вообще говоря, можно ожидать, что условия для возникновения живой материи на этих планетах были если не одинаковыми, то похожими.

Определим живую материю как сложный молекулярный агрегат, способный к «печатанию» себе подобных систем и подверженный мутациям. Безусловно, такой агрегат мог возникнуть на основе определенных химических реакций, протекающих в определенных условиях. Поэтому проблема возникновения жизни есть в значительной степени проблема химическая. жизнь планета звезда марс Основными атомами, входящими в состав тех молекулярных комплексов, из которых образовалось живое вещество, являются водород, кислород, азот и углерод. Роль последнего особенно важна. Углерод — четырехвалентный элемент, способный образовать с другими атомами кратные связи и соединяться одинаково легко с водородом и кислородом. Поэтому только углеродистые соединения приводят к образованию длинных молекулярных цепей с богатыми и изменчивыми боковыми ответвлениями. Именно к такому типу принадлежат различные белковые молекулы.

В популярной литературе часто приходится читать, что на других планетах жизнь может возникнуть не обязательно на углеродной основе. «Заменителем» углерода обычно называют кремний. Кремний довольно обилен в космосе. В атмосферах звезд и туманностях его содержание (по числу атомов) всего лишь в 5−6 раз меньше, чем углерода, т. е. достаточно велико. Вряд ли, однако, кремний может играть роль «краеугольного камня» жизни. По некоторым причинам его соединения не могут обеспечить такой богатый «ассортимент» боковых ответвлений в сложных молекулярных цепочках, как у углеродных соединений. Между тем богатство и сложность таких боковых ответвлений именно и обеспечивают огромное разнообразие свойств белковых соединений, а также исключительную «информативность» ДНК, что совершенно необходимо для возникновения и развития жизни.

Важнейшим условием для возникновения и развития жизни на планете является наличие на ее поверхности достаточно большого количества жидкой среды. В такой среде находятся в растворенном состоянии органические соединения и могут создаваться благоприятные условия для синтеза на их основе сложных молекулярных комплексов. Кроме того, жидкая среда необходима только что возникшим примитивным живым организмам для защиты от губительных ультрафиолетовых лучей, которые в те времена могли свободно проникать до поверхности недавно сформировавшейся планеты.

Из самых общих соображений следует ожидать, что такой жидкой оболочкой может быть только вода и жидкий аммиак. Образование последнего требует сравнительно низкой температуры поверхности планеты. Вообще значение температуры первоначальной планеты для возникновения на ней жизни весьма велико. Если температура достаточно высока, например выше 100 °C, а давление атмосферы не очень велико, на ее поверхности не может образоваться водная оболочка, не говоря уже об аммиачной. В таких условиях говорить о возможности возникновения жизни на планете, конечно, не приходится.

Исходя из сказанного, можем ожидать, что условия для возникновения в отдаленном прошлом жизни на Марсе и Венере могли быть, вообще говоря, благоприятными. Вряд ли они были благоприятными на Меркурии, так как его температура относительно высока, а масса мала, что способствует быстрой диссипации газов, и прежде всего водорода, необходимых для возникновения на его поверхности водной оболочки. Жидкой оболочкой на Венере и Марсе могла быть только вода, а не аммиак, что следует из анализа физических условий на этих планетах в эпоху их формирования. Но возможность еще не означает действительность. Вопрос о том, есть ли (или была) жизнь на Марсе и Венере, должен быть, прежде всего, решен астрономическими наблюдениями и исследованиями при помощи космических аппаратов.

Прежде всего рассмотрим, что представляет собой марсианская атмосфера. Прямые спектроскопические наблюдения указывают, что в атмосфере присутствует углекислота СО2 в количестве, примерно в 30 раз большем, чем в земной атмосфере, хотя марсианская атмосфера в 150 раз более разрежена, чем земная на уровне моря.

Каков же химический состав марсианской атмосферы? Углекислый газ является основной составляющей марсианской атмосферыпримерно 95%. Измерения, проведенные на американских космических аппаратах «Викинг-1» и «Викинг-2» показали, что остальные 5% — это аргон и азот. Аргон, или, точнее, его изотоп с атомным весом 40, составляет, как известно, около 1% земной атмосферы. Он образуется непрерывно в результате радиоактивного распада изотопа 40К, находящегося в земной коре. Так как Марс и Земля по своим основным планетарным характеристикам (размеры, состав коры, плотность и т. д.) являются «родственниками», следует ожидать, что этот же процесс должен приводить к появлению аргона и на Марсе. Поскольку кислорода в марсианской атмосфере очень мало, то аргон наряду с азотом оказывается одной из главных компонент марсианской атмосферы.

До последнего времени не существовало сколько-нибудь надежных спектроскопических данных, указывающих на наличие в атмосфере Марса водяных паров. Однако в 1963 г. американские ученые Спинрад, Мюнх и Каплан уверенно обнаружили в спектре Марса очень слабые полосы водяного пара. Из этих наблюдений следует, что количество водяных паров в атмосфере Марса составляет около одной тысячной от СО2. Отсюда можно сделать вывод, что его атмосфера отличается исключительной сухостью. В незначительных количествах в ней содержится СО (0,06%) и озон О3 (10−3%).

Еще недавно большинство астрономов считали, что так называемые «полярные шапки» Марса суть не что иное, как иней, покрывающий большие области около полюсов планеты. Однако в настоящее время вся совокупность данных наблюдений говорит о том, что сезонные «полярные шапки» — это, главным образом, сухой лед, т. е. затвердевшая углекислота СО2. Так как ось вращения Марса наклонена к плоскости его орбиты почти на такой же угол, что и Земля, там наблюдается смена времен года. Вообще говоря, климат Марса отличается большой суровостью. Средняя температура поверхности этой планеты приблизительно на 40 К ниже, чем на Земле. В течение суток температура почвы колеблется на 60 — 80 К. Амплитуда годичных колебаний в полярных областях достигает 100—120 К, в то время как в экваториальных она равна 30 К. Температура полярных областей достигает зимой — 120 °C.

Следует иметь в виду, что в отдельных областях поверхности Марса микроклимат может существенно отличаться в лучшую сторону от описанных выше весьма суровых «средних» условий. Например, благодаря вулканической активности там могут быть области с более высокой температурой и сравнительно большим содержанием водяных паров. В таких областях условия для развития жизни могут быть, конечно, более благоприятными.

Следует, однако, заметить, что на поверхности Марса наблюдаются огромные перепады высот, до 25 км. По этой причине атмосферное давление на поверхности Марса сильно зависит от высоты того или иного участка. Есть места (впадины), где атмосферное давление почти вдвое больше среднего, есть и такие высокогорные области, где давление вдвое меньше среднего. Но в целом степень «изрытости» поверхности Марса (в смысле отклонения от идеальной сфероидальной формы) значительно больше, чем на Земле, что, по-видимому, объясняется меньшим значением силы тяжести на этой планете.

Таким образом, климат Марса и его атмосфера не очень-то благоприятствуют развитию жизни на нем, хотя, конечно, не исключают ее возможности. Уместно в этой связи напомнить, что в Антарктиде люди живут при температурах марсианских полярных областей. Там зарегистрирована самая низкая температура на Земле -82°С. Конечно, человек в Антарктиде создает свою искусственную биосферу. Все же возможности приспособлений организмов к суровым природным условиям весьма велики. Следовательно, сама по себе суровость климатических условий на Марсе не исключает возможности наличия на нем жизни.

Кроме того, в последние годы серьезно обсуждается возможность резких колебаний климатических условий на Марсе в течение его «геологической» (лучше сказать, «ареологической») истории.

Большое значение для проблемы обитаемости Венеры имеет вопрос о температуре ее поверхности. До последнего времени астрономическими методами можно было определить температуру только вершины облачного слоя, сплошной пеленой окутывающего поверхность планеты. Эта температура оказалась довольно низкой: около -40 °С. Однако очевидно, что никаких выводов о температуре поверхности Венеры отсюда нельзя сделать. Даже высота облачного слоя над поверхностью планеты была неизвестна.

Крупнейшим достижением радиоастрономии было измерение температуры поверхности Венеры. Такое измерение оказалось возможным потому, что для радиоволн облака этой планеты почти прозрачны. Поверхность планеты, как всякое нагретое тело, излучает электромагнитные волны, в частности радиоволны. Изучение зависимости эквивалентной температуры Венеры от фазы планеты позволило сделать вывод, что разница ночных и дневных температур сравнительно невелика.

Представим себе, что в атмосфере Венеры содержится газ, сравнительно прозрачный для видимого излучения Солнца и почти непрозрачный для инфракрасного теплового излучения планеты. В этом случае отвод тепла от поверхности планеты будет сильно затрудняться, и даже та относительно небольшая доля солнечных лучей, которая проникает сквозь облачный слой, сможет нагреть поверхность до высокой температуры. Это явление часто называют «парниковым эффектом», хотя этот термин не совсем точно отражает суть дела.

Парниковый эффект создается в результате поглощения в полосах углекислого газа и некоторых других молекул, таких как Н2О, которые в атмосфере Венеры присутствуют в сравнительно небольшом количестве, но сильно поглощают инфракрасное излучение.

Похоже, что природные условия на поверхности нашей космической соседки исключают возможность существования там каких бы то ни было форм жизни. Например, никакие белковые соединения при таких условиях существовать не могут. Наконец, отсутствие гидросферы даже на самой ранней стадии формирования планеты должно было чрезвычайно затруднить само образование первых примитивных живых существ.