ОТ МАРСА К ЕВРОПЕ: ПОИСК БИОСФЕРЫ НА СПУТНИКАХ

ОТ МАРСА К ЕВРОПЕ: ПОИСК БИОСФЕРЫ НА СПУТНИКАХ ПЛАНЕТ-ГИГАНТОВ    

 

© 2009 г. Л.В. Ксанфомалити

Институт космических исследований РАИ [email protected]

Почти 50 лет длятся исследования планеты Марс с помощью космических аппаратов. К главным задачам исследований относится поиск признаков возможного существования на планете жизни. В предлагаемой статье рассматриваются некоторые результаты экспедиций к Марсу и научные задачи будущих исследований Европы, одного из четырех галилеевых спутников Юпитера, возможная обитаемость которой также обсуждается в новых проектах. Физические условия на Марсе и Европе сравниваются с условиями на Земле.

 

 

1. МАРС

 

Среди кандидатов на обитаемость планет земной группы на первом месте всегда оставался Марс, благодаря некоторому сходству физических условий и относительной близости планеты к Земле. Марс — удобный объект для астрономических наблюдений, при которых легко различаются крупные детали его поверхности. Так, существование полярных шапок Марса отмечал еще В. Гершель в XVI11 в. В конце XIX в. П. Ловелл сообщил о своем открытии «каналов» на Марсе и вероятном существовании обитателей планеты, что вызвало небывалый интерес общественности. В 1897 г. в русском переводе вышла книга французского популяризатора науки К. Фламмариона «Живописная астрономия». В главе, посвященной планете Марс, говорилось: «Человеческий мир Марса, вероятно, значительно опередил нас во всем и достиг большого совершенства… они построили города и научились всяким искусствам». Работы Ловелла немало способствовали огромному интересу публики к Марсу. Вскоре было показано, что результаты Ловелла связаны с оптической иллюзией. Но, несмотря на это, гипотеза обитаемости Марса сохранилась надолго.

 

 

1.1. Результаты экспериментов на Марсе

 

В последней трети XX в. и в первом десятилетии XXI в. к Марсу были отправлены многочисленные экспедиции автоматов, главной задачей которых был поиск признаков жизни. Сегодня, спустя 44 года после первых снимков Марса, сделанных с космического аппарата, единственным полученным ответом остается «признаков жизни не обнаружено», хотя оптимисты продолжают предлагать все новые места и новые методы поисков. Сами методы становятся более изощренными и вместо поиска жизни обращаются к поиску следов жизни, возможно, давно исчезнувшей. Отметим наиболее существенные результаты проведенных экспериментов.

Два аппарата «Викинг» («Viking». США), опустившиеся на поверхность Марса в 1976 г.. доставили туда великолепные биохимические лаборатории, ориентированные на поиск признаков метаболизма микроорганизмов, подобных земным. Несмотря на то, что жизнь амино-нуклеино-кислотного (земного) типа в экспериментах на «Викингах» на Марсе найти не удалось (Klein et al., 1992), полученные результаты стали основой для последующих миссий. Эксперименты в биолабораториях аппаратов «Викинг», направленные на поиск микроорганизмов на Марсе, должны были ответить на три вопроса:

 

1. Есть ли процессы усвоения углекислого газа на свету (фотосинтез);

2. Обнаруживается ли метаболизм микроорганизмов (обмен веществ);

3. Происходит ли газообмен с атмосферой.

 

Вероятность обнаружения микроорганизмов, аналогичных земным, оценивалась в 40 %. Результаты были неоднозначными и, скорее всего, отражали сложный химизм грунта Марса, активируемого солнечной ультрафиолетовой радиацией. Только эксперимент с меченым газообменом дал результаты, которые можно было бы считать частично положительными. При первом обогащении грунта водой и питательным веществами с меченым углеродом 14С было зарегистрировано выделение меченого углекислого газа 14СО2. Но при новом эксперименте эффект не повторился. Более однозначными и решающими оказались результаты пиролитического эксперимента, где проба грунта постепенно разогревалась до высокой температуры, а отходившие газовые продукты анализировались масс-спектрометром и газовым хроматографом. Любая известная форма жизни (или ее следы) при пиролизе выделяет органические летучие вещества. Исследовались образцы, взятые с глубины грунта от 4 до 6 см. Чувствительность приборов к органическим составляющим достигала 10-10. Для сравнения с экспериментом, авторы указывали, что при анализе 0.1 г антарктического (земного) грунта обнаруживалось более 20 органических соединений.

112411 1317 2 ОТ МАРСА К ЕВРОПЕ: ПОИСК БИОСФЕРЫ НА СПУТНИКАХ

Рис. 1. Поверхность Марса в районе долины Арес.

 

 

112411 1317 3 ОТ МАРСА К ЕВРОПЕ: ПОИСК БИОСФЕРЫ НА СПУТНИКАХ

Рис. 2. В миссии «Mars Exploration Rover» самоходные аппараты искали следы древних водоемов на поверхности Марса. Кратер Бигль на пути аппарата «Opportunity».

 

 

Однако никаких органических соединений в эксперименте обнаружено не было. В целом, по итогам трех экспериментов по метаболизму и эксперимента по пиролизу результаты поиска микроорганизмов были признаны отрицательными.

Позже в литературе высказывалась мысль, что этот отрицательный результат нельзя относить ко всей планете, что он может быть локальным. Г. Левин, один из авторов экспериментов на «Викингах», полагал, что его результаты все же говорят в пользу жизни на Марсе (Kein et al., 1976). Однако эти результаты широко обсуждались специалистами, которые считают, что суперокислители, содержащиеся в грунте Марса, могли дать такой эффект без метаболизма каких-либо микроорганизмов.

Давление углекислотной атмосферы Марса у поверхности примерно в 150 раз меньше земного. Такая атмосфера и отсутствие магнитного поля не в состоянии защитить поверхность планеты от радиации. Несильное магнитное поле Марса исчезло около 4 млрд. лет назад. Расчеты показывают, что радиация проникает в грунт и стерилизует его на большую глубину, вплоть до нескольких метров.

С другой стороны, если бы на Марсе жизнь однажды все же возникла, уничтожить ее было бы очень непросто. Жизнь не только приспосабливается к окружающей среде, но и приспосабливает ее к себе. Поэтому многие высказывают мнение, что возникшая когда-то жизнь на Марсе могла бы исчезнуть лишь под действием каких-то совершенно катастрофических обстоятельств. Поэтому, если бы она сейчас существовала, ее было бы трудно не обнаружить.

Дальнейшие эксперименты, проведенные в последние десятилетия, были не столь прямолинейными и касались, главным образом, физико-химических свойств грунта. В 1997 г. в районе долины Арес совершил посадку аппарат «Pathfinder», включавший подвижный модуль, который мог передвигаться по поверхности, удаляясь примерно на 10 м от посадочного аппарата.

112411 1317 4 ОТ МАРСА К ЕВРОПЕ: ПОИСК БИОСФЕРЫ НА СПУТНИКАХ

Рис. 3. Мелкие глобулы (конкреции) образовались в соленой воде древнего водоема на Марсе. Район посадки аппарата «Opportunity».

 

Выбор места посадки был связан с тем, что поиск следов жизни целесообразно вести в районах, где присутствуют следы потоков воды. Долина Арес была широкой рекой или водоемом около 2 млрд. лет назад. Современный вид поверхности в месте посадки показан на рис. I. Песок, пыль и камни разных размеров повторяют вид поверхности в районах посадки «Викингов», но крупномасштабные детали указывают на следы мощных потоков и даже острова, существовавшие в ту эпоху. Аппарат исследовал химический состав камней. Никаких выводов о существовании древних форм жизни сделано не было (Lakdawalla, 2008).

После аппаратов «Викинг» прямых поисков жизни больше не проводилось. Миссия НАСАНациональное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (англ. National Aeronautics and Space Administration) — агентство, принадлежащее федеральному правительству США, подчиняющееся непосредственно вице-президенту США и финансируемое на 100 % из государственного бюджета, ответственное за гражданскую космическую программу страны. Все изображения и видеоматериалы, получаемые НАСА и подразделениями, в том числе с помощью многочисленных телескопов и интерферометров, публикуются как общественное достояние и могут свободно копироваться. в 2004 г. «Mars Exploration Rovers» была посвящена другой проблеме: существовали ли обширные водоемы или океаны на поверхности Марс в далеком прошлом. Многие специалисты считали, что сами очертания рельефа ясно указывают на древние берега таких океанов, но другие предлагали иные объяснения, как ветровую эрозию или что-либо другое. В ходе миссии были обнаружены овраги со следами недавних потоков (Malin, Edgett, 2000). Два самоходных аппарата (ровера), названные «Opportunity» и «Spirit», опустились на поверхность Марса и начали длительную работу в 2004 г., путешествуя на значительные расстояния и передавая изображения поверхности (рис. 2) и сведения о проведенных исследованиях (Kerr, 2006). Роверы проработали уже 5 лет; они представили, в частности, достаточно убедительные доказательства того, что в ранние эпохи своей истории на Марсе действительно существовали обширные водоемы. Аппараты нашли минерал гематит, который формируется в присутствии воды. Поверхность в районе работы «Opportunity» включает множество мелких круглых зерен (глобул) размерами менее сантиметра (рис. 3), которые напоминают конкреции на дне земных океанов и однозначно указывают на некогда существовавший здесь большой водоем или даже океан. При необходимости аппараты могли специальным инструментом срезать участок камня (круг на рис. 3) и провести его химический анализ.

Подробное исследование свойств грунта показало, что вода в древних водоемах содержала много растворенных солей. Было высказано предположение, что, как было установлено ровером «Opportunity», высокие концентрации растворенных веществ во влажной среде раннего Марса, вероятно, исключали возникновение и эволюцию любых микроорганизмов. Как известно, высокая концентрация растворенных солей может использоваться как консервант.

Аппарат «Phoenix» (США, 2008 г.) проводил исследования в полярном районе Марса. Исследовался реголит на небольшой глубине, в частности, исследовались типы и концентрация антиоксидантов. Километровые слои льда воды и пыли образуют северную полярную шапку Марса (рис. 4), на границе которой опустился аппарат. В отличие от южной полярной шапки, примесей льда СО, здесь практически нет. При посадке аппарата струя газа из тормозного двигателя сдула тонкий слой пыли. Под ним находилась значительная масса льда. В числе экспериментов было микроскопирование, но подробности исследований не сообщались. Было установлено содержание в грунте перхлоратов, которые, наряду с высокой соленостью влаги в грунте, также могут быть серьезной помехой для возникновения и развития жизни (Johnson, 2008).

Считается, что возникновение земной жизни связано с обширными водоемами. Орбитальный аппарат «Mars Express» Европейского космического агентства вышел на орбиту спутника Марса в 2003 г. Спутник оснащен камерами высокого разрешения, что позволяет видеть на поверхности образования 10-метровых размеров. В частности, камеры даже зарегистрировали положение на Марсе аппаратов, доставленных туда в прошлые годы.

Аппаратом «Mars Express» проводилось минералогическое картирование значительной части планеты (Fletcher, 2008), и, при существенном разнообразии минерального состава, карбонаты (соли угольной кислоты), широко распространенные на Земле, все же найдены не были. Это важный результат, поскольку на нашей планете именно в их залежах сосредоточено основное количество углерода. Более того, аппарат «Mars Express» не подтверждает больших запасов углекислого газа (например, в конденсированном виде), достаточных для существенных изменений массы атмосферы планеты, и соответственно, преобразования климата планеты благодаря парниковому эффекту.

 

112411 1317 5 ОТ МАРСА К ЕВРОПЕ: ПОИСК БИОСФЕРЫ НА СПУТНИКАХ

Рис. 4. Северная полярная шапка Марса образована толстыми слоями льда воды и пыли. Аппарат «Phoenix» исследовал физико-химические свойства грунта в полярном районе.

 

112411 1317 6 ОТ МАРСА К ЕВРОПЕ: ПОИСК БИОСФЕРЫ НА СПУТНИКАХ

Рис. 5. Аппарат «Mars Express» передал изображение обширной равнины, которая могла быть ледяной поверхностью древнего океана. Пыль, покрывающая всю поверхность планеты, придает ей типичный красноватый цвет.

 

Этот результат остается в противоречии с постоянно упоминаемой в литературе гипотезе о теплой эпохе раннего Марса, когда возникновение жизни, как предполагается, было возможно.

Астрогеология подразделяет историю Марса на три эпохи: нойскую, гесперийскую и амазонскую, продолжающуюся в наши дни. Нойская соответствует насыщенному рельефу (пик образования 3.8-3.9 млрд. лет назад, тяжелая метеоритная бомбардировка, 700 млн. лет после образования Марса и вообще всей Солнечной системы). Гесперийская эпоха характеризуется невысокой плотностью метеоритной бомбардировки. Ее завершение очень осторожно можно датировать 2-3 млрд. лет назад. Амазонская эпоха — это низкая плотность метеоритных кратеров, разительные отличия южного и северного полушарий и формирование современного климата Марса (Head et al., 1999).

На одном из снимков аппарата «Mars Express» видна обширная гладкая равнина с немногочисленными метеоритными кратерами (рис. 5), что указывает на сравнительно позднее ее появление. Верхний окрашенный слой это, конечно, пыль. Но под ней просматриваются плоские блоки протяженностью в десятки и даже в сотню километров. Из сравнения с видом ледовых полей Арктики авторы сделали вывод, что это — поверхность замерзшего моря или небольшого океана, возникших, все же, в эпоху более мягкого климата Марса, вероятно, в начале амазонской эпохи. Если эти результаты подтвердятся, а условия для возникновения жизни на Марсе действительно существовали, то именно такие водоемы могли быть обитаемыми, хотя бы на уровне микроорганизмов.

Обнаруженное аппаратом «Mars Express» ничтожное количество метана в атмосфере Марса (около 10 ppb) могло бы свидетельствовать о наличии жизни на планете. Дело в том, что метан в атмосфере непрерывно разрушается за счет фотодиссоциации. Поэтому его запасы в марсианской атмосфере должны непрерывно пополняться, либо в результате жизнедеятельности микроорганизмов, либо в процессах геологической активности, например, в реакциях серпентинизации.

 

Для поддержания концентрации 10 ppb в атмосфере на Марсе должен присутствовать источник мощностью около 3*10x г метана в год. Таким источником могла бы быть тектоническая деятельность, остаточный вулканизм, геотермальная активность.

 

112411 1317 7 ОТ МАРСА К ЕВРОПЕ: ПОИСК БИОСФЕРЫ НА СПУТНИКАХ

Рис. 6. Странные отверстия площадью в тысячи квадратных метров обнаружены на древних вулканических склонах Марса в районе Фарсида.

 

Как известно, большая масса земных микроорганизмов обитает в глубоких слоях грунта. Высказывалось предположение, что такой же может быть среда обитания жизни на Марсе. В этой связи большой интерес вызвало открытие в 2006-2007 гг. странных образований на склонах древних вулканических конусов в районе Фарсида. Район Фарсида, характеризующийся огромной массой вулканических выбросов, возник, по-видимому, в амазонскую эпоху. Высота вулканических конусов превышает 20 км. На их склонах обнаружены загадочные отверстия (рис. 6) диаметром несколько сотен метров, неустановленной глубины. Тепловое излучение из отверстий (исходящее, по-видимому, от их дна) соответствует усредненному суточному излучению окружающей поверхности. Появившиеся в околонаучной литературе сообщения о «теплой среде» на дне полостей и их возможной связи с обитаемостью Марса были вскоре опровергнуты. Происхождение полостей остается неизвестным. Не исключено, что это результат вытаивания или испарения грунтовых льдов.


Найти на unnatural: ОТ МАРСА ЕВРОПЕ ПОИСК БИОСФЕРЫ НА СПУТНИКАХ
Автор: admin | 25 Ноябрь 2011 | 381 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100