100 великих загадок астрономии

Окончательный ответ на этот вопрос должна дать экспедиция по поиску живых организмов в облачной толще Венеры. Земные мифы непрестанно твердят нам, что всякий ад непременно бывает кем-нибудь да населен. Возможно, что и Венера – не исключение. Ведь любой ад – это просто образ жизни. Или, как сказал философ, ад – это другие.

Тайна вулканического ада Венеры

Еще пару десятилетий назад астрономы с удивлением обратили внимание на то, как молода поверхность Венеры. Дело в том, что во время экспедиции американского зонда «Магеллан», который в 1990–1994 годах составил карту планеты, здесь было обнаружено гораздо меньше кратеров, чем обычно встречается на планетах земного типа, подвергшихся в ранний период своей истории ожесточенной метеоритной бомбардировке. На Венере известно всего около 1000 метеоритных кратеров. Они почти равномерно распределены по всей планете. Нет ни одной области, где наблюдалось бы скопление кратеров, что указывало бы на ее древний возраст.

Исследователям оставалось лишь предположить, что на Венере время от времени наблюдаются какие-то бурные геологические процессы, которые полностью сглаживают ее поверхность. Тот же зонд «Магеллан» отыскал на этой планете более 50 тысяч вулканов. Это – и небольшие вулканические конусы диаметром всего несколько километров, и громадные щитовые вулканы, такие, как Идунн-Монс, расположенный в южном полушарии Венеры. Его высота, впрочем, не так уж велика – около 2500 метров, – зато в поперечнике он достигает двухсот километров. Не вулкан, а просто настоящая «царь-пушка», которая когда-то выстреливала целыми морями лавы. Всего на Венере насчитывается не менее 167 вулканов, основание которых достигает в диаметре 100 и более километров. Самый высокий вулкан – Маат-Монс высотой более 8 километров – располагается прямо на экваторе.

Одна из главных загадок Венеры заключается в следующем. Планета усеяна вулканами, но их активность, похоже, давно прекратилась. Или же нет? Венера ведь мало изучена. Возможно, извержения вулканов происходят здесь и в наше время, – только нам еще ни разу не довелось воочию видеть хотя бы одно. Правда, и у нас на Земле такие события наблюдаются не каждый месяц и даже не каждый год. Во всяком случае, весной 2008 года европейский зонд «Венера-Экспресс» обнаружил в атмосфере Венеры, на высоте 70–90 километров, большое количество диоксида серы – сернистого газа. Это ли не признак вулканизма?

Топографическая карта Венеры, созданная на основе данных, полученных с американского космического зонда «Магеллан» в 1990–1994?гг.

И, может быть, именно из-за вулканов поверхность Венеры так омолодилась? Планета словно искупалась в «кипящем молоке» лавы. Пытаясь представить себе, как это произошло, астрономы выдвинули две принципиально разные гипотезы. Одна – катастрофическая. Примерно 500 миллионов лет назад Венера пережила грандиозный катаклизм. К этому времени в недрах планеты, близ ее поверхности, скопилось громадное количество тепла, выделявшегося при распаде радиоактивных элементов – урана, тория, калия-40. Большая часть мантии расплавилась, а затем разогрелась и расплавилась кора планеты. Вся она превратилась в огненное море, в котором исчезли всякие следы прежнего рельефа. Высота слоев лавы достигала 1–3 километров. Когда около 300 миллионов лет назад планета наконец остыла, ее поверхность представляла собой однообразную каменистую гладь. Катастрофа полностью стерла все прошлое Венеры. С этого времени вулканы умолкли навсегда. Или нет? Может быть, через каждые несколько сотен миллионов лет Венера погружается в этот пылающий ад?

Вторая гипотеза предполагала постоянную активность здешних вулканов. Вновь и вновь на Венере происходят вулканические извержения. Изливающаяся лава затопляет окрестности, стирая возникшие когда-то кратеры и впадины.

Сведения, собранные в последние годы зондом «Венера-Экспресс», говорят в пользу второй гипотезы. В конце 2000-х годов группа астрономов НАСА во главе со Сьюзен Смрекар, обработав результаты наблюдений зонда, убедилась, что вулканические извержения происходили на Венере не только в далеком прошлом, но и, возможно, совсем недавно.

Внимание ученых привлекли, прежде всего, три так называемые «горячие точки», «Hot Spots», расположенные в южном полушарии Венеры: Имдр, Фемида и Диона (всего, по данным на 2010 год, на Венере известно 9 таких «точек»). Они представляют собой округлые области, составляющие от 1400 до 2700 километров в поперечнике. Это своего рода небольшие плато, которые вздымаются над окружающей местностью на высоту от 500 до 1600 метров.

Речь идет об участках, где раскаленные породы мантии залегают слишком близко к поверхности планеты. Это приводит к регулярным вулканическим извержениям, которые, судя по анализу лавовых потоков, происходили от 2,5 миллионов до 250 тысяч лет назад. Совсем недавно по космическим меркам! Астрономы нашли даже следы извержений, состоявшихся всего несколько столетий назад. Вот какие факты заставили их сделать этот вывод.

Используя результаты измерений, проведенных зондом «Венера-Экспресс», группа Сьюзен Смрекар убедилась в том, что застывшие лавовые потоки в окрестности «горячих точек» излучают примерно на 12 % больше тепла, нежели другие участки поверхности Венеры. Интенсивное излучение тепла связано с тем, что отвердевшие потоки лавы пока еще не подверглись столь же сильному выветриванию, как остальные области планеты. Лабораторные исследования показали, что при высокой температуре и громадном давлении в атмосфере, состоящей из углекислого газа, такие железосодержащие минералы, как пироксены и пирит, превращаются в гематит и кварц, которые выделяют гораздо меньше тепла, чем исходные материалы. Итак, те области Венеры, которые особенно интенсивно излучают тепло, очень молоды с геологической точки зрения. Еще сравнительно недавно здесь происходили вулканические извержения, и породы, выброшенные на поверхность планеты, пока не превратились во вторичные минералы (скорость подобной метаморфозы на Венере оценивается в несколько микрометров в год).

Очевидно, поверхность Венеры постоянно «омолаживается», покрываясь все новыми и новыми слоями лавы, изливающейся из недр планеты. Облик современной Венеры – это вовсе не результат одной-единственной катастрофы, превратившей планету в пылающий ад.

А можем ли мы узнать, как выглядела Венера в далеком прошлом? Похоже, миллиарды лет назад она и впрямь напоминала нашу планету. Громадные континенты, океаны и моря, действующие вулканы… Это доказывают инфракрасные снимки, сделанные тем же зондом «Венера-Экспресс».

Обширные плато, обнаруженные на Венере, например, Земля Иштар (по размерам она сравнима с Австралией), – это остатки континентов, омывавшихся когда-то океанами. Судя по результатам спектрального анализа, проведенного зондом, на Венере – например, на плато Альфа-Регио – имеются скалы из гранита. Этот материал образуется при медленном застывании лавовых (базальтовых) потоков, унесенных в глубь планеты в результате тектонических процессов и там вступивших в химическую реакцию с водой. Если на Венере действительно есть гранитные породы, это может служить косвенным доказательством того, что в далеком прошлом там, как и на Земле, тоже наблюдалось движение литосферных плит, полагает астроном Нильс Мюллер из Мюнстерского университета. Неужели это так?

Венера и Земля сходны по своим размерам. Однако процессы, протекающие в коре обеих планет, разительно отличаются. Облик земной поверхности определяет тектоника плит. Вновь и вновь на Земле происходят землетрясения, исподволь движутся континенты, вздымаются молодые горы. Поверхность Венеры, наоборот, поразительно неподвижна. Так, может быть, все было когда-то иначе? И если эта догадка верна, то почему движение плит на Венере прекратилось?

Моря принесены на Землю из космоса?

Молодая Земля, как и впоследствии Венера, была планетой поистине адской. Всю ее поверхность покрывал океан раскаленной магмы, в котором лишь кое-где, словно айсберги, вздымались отдельные острова, объятые со всех сторон текучим огнем. Постепенно жар остывал, и они соединялись друг с другом, образуя подобие материков.

Своим обличьем безжизненная Земля напоминала теперь Луну: это была темная каменистая пустыня, сложенная из базальтовых пород. Многочисленные кратеры, оставшиеся после падения астероидов и комет, усеивали ее просторы, как испещряют они сейчас и лунный лик.

Поток времени, разглаживая и меняя лицо Земли, не сохранил почти никаких свидетельств о той эпохе. Всё стерла эрозия, а литосферные плиты, погружаясь в земные недра в зонах субдукции, унесли с собой и эту «пыль веков». Раннее детство Земли забыто ею, как забываем и мы первые месяцы младенческой жизни.

Большинство астрономов уверены в том, что воду на Землю принесли кометы

Когда наконец температура на Земле опустилась ниже точки кипения, с неба полились первые дожди. Ведь планета была окружена воздушной оболочкой, содержавшей в том числе водяной пар, который теперь конденсировался. Этот сезон дождей длился тысячелетиями. По неглубоким разломам коры побежали реки, они впадали в кратеры, оставленные метеоритами. Уровень воды в этих озерах повышался; они соединялись друг с другом, образуя моря.

Вполне правдоподобный сценарий, но некоторые вопросы остаются. И главный вопрос звучит так: откуда взялась вся эта вода? Что наполнило до краев эти «хляби небесные», которые разверзлись, едва планета стала пригодной для выживания здесь простейших организмов?

Сегодня масса всей воды на нашей планете составляет примерно 0,05 % массы Земли. На первый взгляд, это может показаться пустяком, но речь идет о громадных цифрах. На Земле скопилось больше воды, чем на любой другой планете Солнечной системы. Реки и моря, водяные пары и Мировой океан, а еще неимоверные запасы грунтовых вод. Так, по оценке исследователей из Токийского университета, в одной только мантии Земли в далеком прошлом содержалось в 50 раз больше воды, чем во всех современных морях, вместе взятых. Так откуда эта вода?

Наша Земля образовалась в той части протопланетного облака, где царила неимоверная жара. Поэтому планетезимали, те части «конструктора», из которых складывалась Земля, – а именно глыбы километровой величины, сраставшиеся друг с другом, – не содержали воду. Вся она была доставлена на планету впоследствии, когда ее поверхность значительно остыла. Долгое время считалось, что воду на Землю принесли кометы, регулярно падавшие на ее поверхность в ранний период земной истории. Но астероиды еще чаще, чем кометы, обрушивались на Землю. А что они несли с собой?

Между орбитами Марса и Юпитера пролегает обширный пояс астероидов, возникший еще в ту пору, когда шло формирование планет. Именно отсюда и прилетали те астероиды, что, не удержавшись на каком-нибудь вираже, падали затем на Марс, Венеру или Землю. Их и сейчас там мерено-немерено – от скромных каменных глыб до миниатюрных планет.

Летом 2010 года сразу две группы исследователей сообщили на страницах журнала «Nature» о том, что на поверхности малой планеты впервые удалось обнаружить тонкий слой водяного льда. Обе группы вели наблюдение за астероидом Фемида, достигающим в поперечнике почти 200 километров. Это одно из самых крупных небесных тел в упомянутом поясе астероидов. Спектральный анализ света, отраженного от его поверхности, и показал наличие на Фемиде льда.

Эксперимент, проведенный в лаборатории, подтвердил, что именно такие линии спектра дают крупицы минералов, покрытые слоем льда толщиной не более 0,0001 миллиметра. Это открытие стало неожиданностью, ведь оно показало, что водяной лед, очевидно, широко распространен на астероидах.

Ранее другие группы астрономов уже находили на астероидах минералы, которые могли сформироваться лишь в присутствии воды. Впрочем, принято было считать, что вода здесь давно исчезла – улетучилась в космическое пространство. Почему же лед на Фемиде сохраняется миллиарды лет?

Авторы статей в «Nature» предположили, что всего в нескольких метрах от поверхности астероида залегают слои грунта, изобилующие льдом. Они и подпитывают наледь, сковавшую планету. Эта ледяная корка понемногу испаряется, но из грунта постоянно поднимаются водяные пары, которые, достигая поверхности Фемиды, вновь превращаются в лед.

Расчеты, которые проделал австрийский астроном Норберт Шёргхофер, подтвердили, что водяной лед может пролежать в грунте, на небольшой глубине, очень долго, если будет укрыт метровой толщей пыли, надежно защищающей его.

Впрочем, большинство астрономов по-прежнему уверены в том, что воду на Землю принесли кометы. Так, по расчетам Фрэнсиса Альбареде из Лионского университета, опубликованным на страницах «Nature», вода появилась довольно поздно – примерно через 100 миллионов лет после возникновения нашей планеты, когда многочисленные кометы стали снова и снова врезаться в Землю.

Однако Альбареде и его коллеги игнорируют один странный факт, выявившийся после того, как межпланетные зонды взяли образцы водяного льда с поверхности комет. По своему химическому составу этот лед отличался ото льда (и, значит, воды) на нашей планете. Формула воды – пресловутая «аш-два-о» – известна всем со школьной скамьи. Многие, правда, не знают, что вода содержит также небольшое количество тяжелого водорода, то бишь изотопа водорода, иногда замещающего обычный водород в молекулах воды. Соотношение между тяжелым и обычным водородом – весьма характерный показатель. Как выяснилось, в водяном льде комет он примерно в два раза выше, чем у нас на Земле. Очевидно, воду на Землю приносили не только кометы.

Некоторые ученые идут еще дальше, заявляя, что вода на Земле была с самого начала. Все дело в том, что наша планета строилась из разных материалов. Поначалу – из планетезималей. Почти на 80 % Земля сложена именно из этих глыб. Когда же ее масса разрослась и сила притяжения стала очень велика, планета начала удерживать и попадавшие на ее поверхность – после падения астероидов и комет – летучие вещества, в том числе воду. Тогдашние астероиды были очень крупны – не чета нынешним Фемидам. Некоторые из них не уступали по размерам Луне, а то и Марсу. Потребовалось, очевидно, не так много столкновений с этими протопланетами, чтобы Земля запаслась живительной влагой на миллиарды лет вперед.

Любопытна и компьютерная модель, которую создал астроном Алессандро Морбиделли из Обсерватории Лазурного берега в Ницце. Согласно его выводу, «большую часть запасов воды наша планета получила после падения на нее нескольких протопланет, образовавшихся во внешней части пояса астероидов». Эти протопланеты упали на Землю, когда процесс ее формирования был уже почти завершен. По мнению Морбиделли, самое большее, лишь 10 % воды принесено на Землю кометами; все остальное – малыми планетами, столкнувшимися с ней.

Исследования астероидов и комет продолжаются. Так, в середине этого десятилетия американский зонд «Dawn» («Рассвет»), стартовавший в 2007 году, должен достичь Цереры. Это – самый крупный из астероидов, может быть, последняя уцелевшая протопланета (диаметр Цереры составляет 1003 километра). Возможно, исследовав ее, астрономы сумеют ответить на вопрос, действительно ли воду на нашу планету принесли астероиды. Ждать осталось недолго. Забытые младенческие тайны Земли, может быть, скоро вспомнятся.

Жизнь принесена на Землю из космоса?

В истории появления жизни на Земле поразительно много неясного. Сотни миллионов лет планета была непригодна для всего живого. Ее поверхность бурлила, как адское месиво. В это пекло с устрашающей регулярностью устремлялись метеориты. Но вот около 3,8 миллиарда лет назад наступило затишье. Планета остыла, покрылась твердой корой. И тут же, по прошествии нескольких миллионов лет, на Земле объявились первые микроорганизмы.

Древнейшие следы жизни обнаружены в толще отложений возрастом именно 3,8 миллиарда лет в Гренландии. Здесь отмечено определенное соотношение изотопов углерода, которое может быть вызвано биологическими причинами. Как же биомолекулы формировались под ударами метеоритов и комет? Поистине их сборка проходила в каком-то спринтерском темпе, словно это были не уникальные в своей сложности существа, а стандартные автомобили на заводе Форда. Почему Природа действовала с такой скоростью и в то же время с ювелирной точностью, собирая основы жизни из отдельных молекул, свивая их в генетический код?

А может быть, все было иначе? И мириады простейших живых существ витали вокруг планеты, а когда наступило счастливое затишье, этот рой сразу опустился в ту бесплодную пустыню, что занимала здесь все, что было под небом? И расселился, и принес обильное потомство. Что если в самом деле жизнь зародилась на другой планете, а то уж и в иной звездной системе, а оттуда – то ли в облаках пыли, то ли во взрывах метеоритов, то ли в курящихся шлейфах комет – была принесена на мертвую твердь Земли, ее пробудила?

В 1895 году шведский химик, впоследствии лауреат Нобелевской премии, Сванте Август Аррениус предположил, что споры микроорганизмов, разлетаясь с обжитой планеты, колонизуют отдаленные небесные тела (споры – это защищенные плотными оболочками клетки микроорганизмов, в которых на какое-то время приостановились процессы обмена веществ). Он теоретически обосновал принцип панспермии – переноса жизни от одного небесного тела к другому. Этому была посвящена его книга «Образование миров». Итак, космос наполнен жизнью? В то время эта идея казалась фантастичной.

Лишь в 1970-е годы, с развитием космонавтики, вновь пробудился интерес к этой гипотезе. Особое внимание к ней привлекли страстные выступления британского астронома Фреда Хойла и его ученика, Чандра Викрамасинга. Вот что они полагали.

Шведский химик Аррениус теоретически обосновал принцип панспермии?– переноса жизни от одного небесного тела к другому

В космосе снуют мириады спор бактерий. Одни притаились в ядрах комет, другие набились в расселины метеоритов, третьи пересекают космический океан без «транспортных средств» – плывут по нему, не защищенные ничем, кроме пыли. Плывут и выживают. Когда же споры попадают в благоприятную среду, они стремительно размножаются, превращая пустыню в цветущий сад. С этого и началась история жизни на Земле.

Свою гипотезу Хойл и Викрамасинг обосновали результатами спектрального анализа космической пыли. Ее инфракрасные спектры «очень похожи на спектры органического вещества, в частности – сухих бактерий», отмечает российский астроном В.Г. Сурдин. По оценке Викрамасинга, в одном только Млечном Пути курсируют 10

тонн спор микроорганизмов. Поистине, в космосе движется эскадрилья астрономических размеров, сбрасывая свой десант на каждый притаившийся на пути клочок тверди. Запечатанные в капсулы спор, эти примитивные организмы могут путешествовать по звездным мирам миллионы лет. Как тут не вспомнить семена озимых растений, что падают в землю в канун жестокой зимы, чтобы, проспав среди холода, в этом царстве смерти, вновь пробудиться весной! Вот так и для космических «семян жизни» встреченная планета становится чем-то вроде календарного прихода весны. Попав в пригодные условия, они немедленно дают пышные, многочисленные всходы.

«Эти работы принесли Хойлу и Викрамасингу, – пишет В.Г. Сурдин, – скандальную популярность. Идею панспермии отвергали и астрофизики, и биологи. За нее уцепились теологи. Но Хойл и Викрамасинг спокойно развивали свои взгляды».

Особую роль они отводили кометам. «Кометы – это идеальные инкубаторы жизни. Там имеются все необходимые для ее развития элементы: глина, органические молекулы и вода. Чем выше суммарная масса комет и чем больше времени имелось в их распоряжении, тем вероятнее, что жизнь зародилась в космосе, а не на Земле, – полагает Чандра Викрамасинг, полемично заявляя: «Можно и дальше верить в то, что жизнь на Земле зародилась сама собой, в “первородном бульоне”, но экспериментальных данных, доказывающих это, пока не получено».

Но даже правота данной гипотезы, будь это так, не отменяет все того же вопроса, только сформулированного иначе. Откуда взялись полчища микробов, штурмующие Землю с небес? Где они зародились? «Если бы я знал это, был бы Богом», – привычно шутит Викрамасинг. Ответом остается молчание.

Итак, приверженцы гипотезы панспермии, как правило, избегают объяснять, как появилась жизнь, а рассуждают о том, как та переносится из одной части галактики в другую. Некоторые даже отказываются признавать сам факт ее зарождения. Вслед за Фредом Хойлом они считают, что жизнь – наряду с пространством и временем, – может быть, является неотъемлемым свойством мироздания.