16. "Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе..."

После того как мы в предыдущей главе имели возможность убедиться, что обнаружить признаки жизни на какой-нибудь планете с расстояния, исчисляемого десятками миллионов километров,- задача далеко не простая, можно проанализировать существующие наблюдательные данные о планетах Солнечной системы для выяснения вопроса о возможной их обитаемости. В первую очередь мы остановимся на самой "перспективной" в этом отношении планете - Марсе.

Нет нужды приводить основные астрономические сведения о Марсе - они достаточно часто приводились в научно-популярной литературе. Интересующихся большими подробностями мы отсылаем к монографии В. И. Мороза "Физика планеты Марс" (М.: Наука, 1978).

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 атмосферы - примерно 95%. Измерения, проведенные на советских и американских космических аппаратах, показали, что остальные 5% - это аргон и азот. Спускаемый аппарат межпланетной станции "Марс-6" достиг поверхности Марса 12 марта 1974 г. и во время спуска его на парашюте впервые были проведены прямые исследования марсианской атмосферы. 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. Кроме того, в атмосфере Марса в незначительных количествах 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° ниже, чем на Земле. В течение суток температура почвы колеблется на 60-80°. Амплитуда годичных колебаний в полярных областях достигает 100-120°, в то время как в экваториальных она равна 30°. Температура полярных областей достигает - 60°.

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.

В 1964 г. Синтон и Стронг опубликовали результаты наблюдений Марса в инфракрасных лучах (длины волн 7-13 мкм). На этих волнах наблюдается в основном тепловое излучение поверхности планеты, в то время как на более коротких волнах Марс светит преимущественно отраженным солнечным излучением.

Наблюдения Синтона и Стронга производились при помощи большого телескопа обсерватории Маунт Паломар с зеркалом диаметром в 5 м. Это дало возможность исследовать инфракрасное излучение от отдельных участков поверхности планеты. По интенсивности инфракрасного излучения можно было вычислить температуру соответствующих областей в разное время марсианских суток. Температуры поверхности Марса (°С) для разных широт и моментов марсианских суток приведены в табл. 9, из которой видна огромная разница между утренней и дневной температурами. Интересно, что около местного марсианского полдня температура поверхности планеты достигает + 28 °. В то же время температура воздуха на Марсе, даже у самой его поверхности, очень низка и всегда ниже нуля. Уже на высоте около 15 км температура падает даже в экваториальных областях до -100°.

Новую эру в исследованиях Марса открыли американские и советские автоматические межпланетные станции "Маринер" и "Марс" (рис. 41), которые, начиная с 1962 г., планомерно посылались к Марсу. Впервые автоматическая станция "Маринер-4" передала на Землю фотографии поверхности этой планеты, полученные со сравнительно близкого расстояния (~ 10 000 км). Эти фотографии выявили на поверхности Марса огромное количество кратеров самых различных размеров. Любопытно отметить, что только один астроном на Земле довольно давно предсказал, что поверхность Марса должна быть покрыта кратерами. Это был выдающийся эстонский астроном Эпик, ныне работающий в Ирландии. Однако на это предсказание не было обращено должного внимания. Для всего "астрономического мира" открытие кратеров на поверхности Марса было полной неожиданностью...

Рис. 41. Автоматическая межпланетная станция 'Марс-1'. 1 - корректирующая двигательная установка; 2 - штырь магнитометра; 3 - остронаправленная антенна; 4 - радиатор системы терморегулирования; 5 - малонаправленная антенна; 6 - панели солнечных батарей; 7 - всенаправленная антенна; 8 - орбитальный отсек

Важные результаты в съемках поверхности Марса были достигнуты в конце 1971 г. американской автоматической станцией "Маринер-9". Поначалу съемкам сильно мешала огромной силы пылевая буря, на много недель закрывшая непроницаемой мглой поверхность планеты. Это дало повод организаторам полета "Маринер-9" для веселых шуток (рис. 42).

Рис. 42. Шуточная картина по поводу пылевой бури на Марсе

Когда буря утихла, "Маринер-9" выполнил высококачественную "космофотосъемку" поверхности Марса, охватывающую всю его поверхность. Некоторые из переданных на Землю фотографий поверхности Марса приведены на рис. XIX а-в.

Рис. ХIХа. Фотография области на Марсе, полученная АМС 'Маринер-9'

Выдающийся успех был достигнут советскими автоматическими станциями "Марс-2" и "Марс-3", выведенными на орбиту вокруг Марса практически одновременно с "Маринером-9". На советских автоматических станциях основное внимание было уделено детальному исследованию поверхности Марса и его атмосферы в разных спектральных диапазонах. Заметим, что и американские "Маринеры" также уделили этой части программы большое внимание.

Рис. ХIХ6. Фотография области на Марсе, полученная АМС 'Маринер-9'

В 1974 г. четыре советские автоматические межпланетные станции "Марс-4", "Марс-5", "Марс-6" и "Марс-7" - продолжили программу изучения Марса. В результате этих исследований природа марсианской атмосферы значительно прояснилась. Приводим основные результаты этих измерений, не останавливаясь на технических подробностях. Мы сюда включили также результаты наземных наблюдений, выполненные самыми совершенными методами на крупнейших телескопах.

Рис. ХIХв. Фотография области на Марсе, полученная АМС 'Маринер-9'

Установленные на советских автоматических станциях "Марс-3" и "Марс-5" "индикаторы влажности" - особая аппаратура, чувствительная к инфракрасным лучам, поглощаемым водяными парами, - позволили надежно найти распределение паров Н₂О над поверхностью Марса. Выяснилось, что это распределение весьма неравномерно, колеблясь от неизмеримо малой величины до 100 мкм осажденной воды.

Среднее значение полного давления марсианской атмосферы близко к 0,006 земного атмосферного давления (около 5 мм рт. ст.). Эта величина оказалась значительно ниже принимавшегося раньше значения. Вообще следует заметить, что на протяжении последних двух десятилетий наблюдалась тенденция к непрерывному снижению давления марсианской атмосферы. Так, например, известный исследователь Марса де Вокулер около 25 лет назад вывел значение для давления атмосферы Марса 65 мм рт. ст. По наблюдениям, выполненным во время противостояния Марса в 1963 г., было найдено, что давление на Марсе составляет только 20 мм рт. ст. И вот сейчас оно принимается еще в 4 раза меньшим! Такое низкое давление достигается на Земле только на высоте 30 км над уровнем моря.

Следует, однако, заметить, что на поверхности Марса наблюдаются огромные перепады высот, до 25 км. По этой причине величина атмосферного давления 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. Конечно, удивительного в этом нет ничего. Вообразим себе, что у нас на Земле исчез мировой океан. Тогда разность высот между океанскими впадинами и высокогорными плато была бы 7-10 км. Конечно, разница в высоте между вершинами Гималаев и отдельными узкими провалами в океане типа Филиппинской или Марианской впадин составляет около 20 км. Но это, так сказать, "экстремальные" значения перепадов высот. Очень возможно, что на Марсе будут найдены разные малые области с еще большей разностью высот. 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.

Специальный интерес представляет строение верхней атмосферы Марса. На высоте около 300 км основной составляющей атмосферы является атомарный кислород. Несомненно, это объясняется фотодиссоциацией углекислого газа (плотность второго и более тяжелого ее продукта, СО, падает быстрее с высотой, чем плотность О). Начиная с высоты около 400 км преобладающей компонентой марсианской атмосферы становится атомарный водород Н. На этой высоте в каждом кубическом сантиметре содержится около 10 000 атомов водорода. Следует ожидать, что здесь содержится примерно такое же количество гелия, однако на расстояниях в несколько тысяч километров атмосфера должна уже состоять практически из чистого водорода. Чисто водородная внешняя атмосфера Марса прослеживается вплоть до огромных расстояний в 20 000 км, образуя своего рода "корону". Аналогичная водородная "корона" окружает Землю, а также Венеру. Водородная корона Марса была исследована на американских и советских автоматических станциях с помощью специальных приемников, чувствительных к излучению в резонансной линии водорода "Лайман альфа". Это излучение возникает при рассеянии солнечных ультрафиолетовых квантов атомами водорода, находящимися в верхней атмосфере Марса. По той же причине эту линию излучают атомы водорода в верхней атмосфере Земли и Венеры.

Так же, как и в случае верхней атмосферы Земли, атомы водорода в верхней атмосфере Марса должны "улетучиваться" (или, как говорят, "диссипировать") в межпланетное пространство. Поэтому должен быть непрерывно действующий источник их пополнений.

Таким источником может быть только диссоциация водяных паров в более глубоких слоях марсианской атмосферы. Оказывается, что даже того скромного количества паров Н2О, которое там имеется, вполне достаточно для этой цели.

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°. 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.

Когда протяженная "сезонная" полярная шапка, состоящая из углекислоты, весной исчезает, в центре ее остается яркое пятно диаметром в несколько сотен километров, сохраняющееся в течение всего лета. Это скопление льда Н2О. В прошлом ледяные шапки могли таять, существенно меняя условия на поверхности "красной планеты". Оценочные расчеты показывают, что атмосферное давление могло увеличиваться в десятки раз. Эту эпоху связывают с периодом высокой вулканической активности. Высокая концентрация водяного пара могла способствовать образованию на поверхности Марса более или менее значительных открытых водоемов.

На рис. XX приведена фотография участка Марса, полученная советской АМС "Марс-5". На ней отчетливо видна извивающаяся линия, очень похожая на русло реки. Такие образования найдены на Марсе в значительном количестве. Характерная структура, форма, наличие "притоков", "наносов" и т. д., - все указывает на то, что мы имеем здесь дело с настоящими сухими руслами. Трудно оценить их возраст, скорее всего, он достигает многих сотен миллионов лет и даже миллиардов лет. Наличие "сухих русел" является аргументом в пользу того, что на Марсе в прошлые геологические эпохи была более плотная атмосфера и более мягкий климат, пригодный даже для земных форм жизни.

Рис. XX. 'Высохшее русло реки' на поверхности Марса. Фотография получена АМС 'Марс-5'

На поверхности Марса видны отдельные темные пятна - так называемые "моря", хотя ничего общего с земными морями они не имеют. В этом отношении эти образования вполне подобны лунным морям. Как показывают тщательные телескопические наблюдения, выполненные знаменитым французским астрономом Лио, у марсианских морей имеются в большом количестве отдельные структурные детали и пятна различной окраски. Эти пятна отличаются большой изменчивостью. Преобладающие тона окраски марсианских морей - оливковые, зеленоватые и даже синеватые. Более обширные пространства на поверхности Марса, окружающие моря, имеют серовато-красноватый цвет. Они получили название "пустынь". Возможно, что это название в какой-то степени отражает их природу.

Когда в каком-нибудь из полушарий Марса наступает весна, полярная шапка начинает довольно быстро уменьшаться в размерах (рис. XXI). На ее краях появляется темная кайма шириной в несколько сотен километров. Волна "потемнения" распространяется в сторону более низких марсианских широт. При этом отдельные детали морей заметно темнеют. С наступлением осени волна потемнения начинает перемещаться в обратном направлении. На первый взгляд естественно связать описанные только что сезонные изменения деталей на поверхности Марса с увлажнением его почвы.

Рис. XXI. Таяние полярной шапки Марса

Систематические сезонные изменения цвета морей Марса от сероватых к зеленоватым тонам раньше многие исследователи связывали с сезонными изменениями окраски марсианской растительности. С другой стороны, ряд авторов считает, что сезонные изменения окраски морей вызваны изменениями цветов заключенных в почве Марса солей при повышении влажности почвы. Таким образом, сами по себе сезонные изменения цвета отдельных деталей на поверхности Марса еще не говорят о наличии там растительного покрова. Точно так же отсутствие или наличие слабого провала в спектре около длины волны 0,5 мкм, которое может быть обусловлено хлорофиллом, решительно ничего не говорят о наличии или отсутствии жизни на Марсе. Такого провала в спектре Марса не обнаружено. Но еще Г. А. Тихов - большой энтузиаст идеи обитаемости Марса - показал, что под влиянием суровых природных условий полоса поглощения хлорофилла может сильно измениться. Даже небольших вариаций в структуре боковых ветвей молекулы хлорофилла (которые вполне возможны) достаточно, чтобы сильно изменить его спектрально-отраженные свойства.

Большинство астрономов вообще считают, что никакой жизни на Марсе в настоящее время нет. В частности, такой радикальной точки зрения держался американский астроном Мак Лофлин. Согласно его гипотезе темные моря Марса - результат вулканической активности этой планеты. Моря, по Мак Лофлину, - отложения вулканического пепла на больших участках поверхности планеты. Он нашел, что очертания этих морей хорошо согласуются с направлениями ветров в атмосфере Марса. Гипотеза Мак Лофлина довольно хорошо объясняет вековую (т. е. не сезонную) изменчивость деталей на поверхности планеты. Точно так же непринужденно объясняется темная окраска морей химическими процессами, происходящими в неокисленной, слабо увлажненной атмосфере Марса. Сезонные изменения окраски морей объясняются изменениями в направлении ветров, а также изменениями влажности и температуры. До недавнего времени серьезным возражением против гипотезы Мак Лофлина считалась предполагаемая им сильная вулканическая деятельность на Марсе. Однако само по себе возражение, конечно, нельзя считать решающим. Мы слишком мало еще знаем о природе тектонической активности планет, в частности Марса, чтобы только на этом основании оспаривать справедливость той или иной гипотезы.

Вулканическая деятельность на Марсе в активной форме пока не обнаружена, однако конические горы вулканического происхождения найдены. Одна из них так велика, что в виде яркой точки видна с Земли ("Nix Olimpica" - "снега Олимпа"). Фотографии, полученные с орбиты "Маринера-9", показали, что эта скромная яркая точка представляет собой конус диаметром около 500 км и высотой 20 км, увенчанный огромным кратером. Это самый большой вулкан в Солнечной системе (рис. XXII).

Рис. XXII. Фотография гигантского кратера на Марсе

Имеется, однако, другой любопытный тип сезонных изменений на поверхности Марса, о котором мы еще пока не говорили. Согласно наблюдениям французского астронома Дольфюса, поляризация света, отраженного от темных марсианских морей, зависит характерным образом от времени года. Интересно, что у марсианских пустынь этого не наблюдается. Эти изменения поляризации можно попытаться объяснить, предположив, что имеет место рассеяние солнечного света частицами диаметром около 0,1 мм, причем эти частицы периодически меняют свои размеры или поглощательную способность.

Напрашивается объяснение поляризационных изменений марсианских морей, состоящее в том, что там имеются огромные колонии быстро размножающихся организмов (например, бактерий). К сожалению, это объяснение не единственно возможное. Пожалуй, более вероятно предположение, что поверхность Марса покрыта мелкими твердыми песчинками, увеличивающимися в своих размерах при повышении влажности атмосферы. Пока неясно, как можно объяснить поляризационные измерения Дольфюса в рамках гипотезы Мак Лофлина.

В свое время много шума произвел новый метод для решения вопроса о возможности существования жизни на Марсе. В инфракрасном спектре Марса Синтон как будто обнаружил полосу поглощения в области 3,4-3,7 мкм. Очень интересно, что эта полоса наблюдается только в спектре темных морей и совершенно отсутствует в спектрах пустынь. Известно, что такие полосы поглощения характерны для многих органических соединений. В дальнейшем, однако, выяснилось, что наблюдения Синтона были ошибочны. Но если даже считать, что обнаруженные в спектре Марса полосы в области длин волн 3,4-3,7 мкм действительно принадлежат некоторым органическим молекулам, то отсюда еще нельзя сделать вывод, что на Марсе обнаружена жизнь.

Как мы видели в гл. 13, органические молекулы, пусть даже сложные, - это еще не жизнь. Вполне возможно, что на поверхности Марса имеются органические соединения. Такие соединения могли образоваться, когда на Марсе еще была первобытная атмосфера. Если предположить, что жизнь на Марсе по каким-либо причинам не смогла возникнуть, то это будет означать, что в его атмосфере никогда не было достаточного количества кислорода. Следовательно, не было процессов окисления образовавшихся органических молекул и они могли оставаться как бы в "законсервированном состоянии" до настоящего времени. Правда, такая "консервация" вряд ли была бы возможна, если бы до поверхности Марса доходили губительные ультрафиолетовые лучи Солнца. Имеются все основания полагать, что для ультрафиолетовых лучей марсианская атмосфера значительно прозрачнее земной. Попутно заметим, что при беспрепятственном падении на поверхность Марса ультрафиолетовой радиации (В марсианской атмосфере практически отсутствует кислород, а следовательно и озон, который экранирует ультрафиолетовое излучение в области 2000- 3000 А)) становится довольно проблематичной сама возможность существования там жизни.

Таким образом, известная сентенция нашего популярного киноактера Филиппова: "Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе - это пока науке неизвестно" - оказывается не такой уж далекой от истины. Правда, вся совокупность изложенных фактов заставляет считать существование живых организмов на этой интереснейшей планете маловероятным. Важнейшее значение имеют, однако, прямые эксперименты на межпланетных автоматических станциях.

Мягкая посадка на поверхность Марса спускаемого аппарата советской АМС "Марс-3", впервые осуществленная в конце 1971 г., открывает как будто единственную в своем роде возможность непосредственно решить вопрос об обитаемости Марса.

В 1976 г. на поверхность Марса были посажены две автоматические лаборатории "Викинг-1" и "Викинг-2". Главной задачей этого выдающегося космического эксперимента было дать ответ на все тот же сакраментальный вопрос: "Есть ли жизнь на Марсе"? С помощью автоматических химических лабораторий был выполнен анализ грунта с целью найти указания на присутствие там микроорганизмов. В частности, важно было узнать, идут ли там процессы фотосинтеза, обмена веществ и усвоения углекислоты - привычные для нас атрибуты жизни. Результаты этих весьма дорогостоящих и широко разрекламированных экспериментов оказались несколько неопределенными. Тем не менее, скорее всего, никаких достоверно установленных признаков жизни в грунте Марса обнаружено не было. Особенно обескураживающими были результаты хроматографического анализа. Этот анализ не обнаружил никаких следов органических соединений - продуктов жизнедеятельности гипотетических микроорганизмов марсианского грунта. Заметим, что такой же прибор при пробах антарктического грунта нашел там значительное количество ископаемых органических соединений. Даже эти обескураживающие результаты не смогли убедить энтузиастов жизни на Марсе. Они уже договариваются до того, что мол, если в местах посадки "Викингов" никаких следов жизни не обнаружено, то где гарантия, что в других областях Марса ее нет? Против такого "аргумента", однако, можно привести довод чисто экономического характера. Каждый из "Викингов" обошелся в сотни миллионов долларов (стоимость современного радиотелескопа с диаметром зеркала 100 м и со всем дополнительным оборудованием ~15 миллионов долларов). Не слишком ли дорогое удовольствие посылать десятки и сотни таких экспедиций?