780 (692948), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Научно-фантастические описания Марса как планеты, населенную высокоразвитыми организмами, в 1960-х гг. утратили всякую правдоподобность. Американский космический зонд «Маринер-4» сделал первые четкие снимки поверхности крупным планом. На них мы видим безжизненный мир, испещренный кратерами. В 1975 г. ученые США запустили два космических корабля «Викинг». Каждый из них нес и орбитальный, и посадочный комплексы, которые сфотографировали Марс во всех деталях. Почти все, что мы теперь знаем о Марсе, получено во время этих исследований, продолжавшихся более четырех лет. Камеры посадочных комплексов «Викингов» не обнаружили никаких признаков растений или животных, а в ходе химических экспериментов не удалось найти тех видов молекул, которые имеют отношение к жизни. Однако, хотя в настоящее время Марс считается почти наверняка безжизненным миром, без дальнейших исследований мы не можем с уверенностью утверждать, что там и прежде никогда не существовало примитивных форм жизни.

На Северном и Южных полюсах Марса лежат ледяные шапки. Зимой планета становится настолько холодной (-100С), что углекислый газ, находящийся в его атмосфере, замерзает до твердого состояния, образуя, так называемый сухой лед. Некоторое количество обычного водяного льда там тоже, возможно, имеется. В течение Марсианского года, ледяные шапки на полюсах то растут, то уменьшаются. При замерзании и оттаивании грунта возникли кольцевые образования, похожие на дюны. Разреженная атмосфера Марса содержит кристаллы водяного льда, и «Вояджер» заметил в ней редкие облака. Однако даже если бы вся атмосферная вода выпала на планету в виде дождя, она покрыла бы ее поверхность слоем всего в 0,01 мм толщиной. Облака над Землей содержат воду, которая могла бы образовать слой толщиной в несколько сантиметров.

Сегодня на Марсе нет ни рек, ни морей, но в прошлом, вероятно, их было очень много. На снимках, сделанных «Викингом», хорошо видны старые русла. Посреди широких рек, ныне сухих, имеются острова. Глубокие ущелья долины Маринер и тонкие очертания сухих долин были некогда прорезаны текущей водой. Ученые считают, что поверхностные воды хранятся в виде захороненных в грунте ледяных глыб, особенно в полярных областях. Климатические условия, подобные тем, которые на Земле имеются в зоне тундры, на Марсе, вероятно, широко распространены.

Марс претерпел значительные климатические изменения. Атмосфера Марса богата углекислым газом, который должен был удерживать тепло, идущее от Солнца. Мощные извержения вулканов тоже могли вносить свою лепту в глобальное разогревание Марса. Многочисленные свидетельства говорят о том, что в далеком прошлом Марс был более теплой и влажной планетой, на которой, возможно, имелись условия для возникновения жизни. Однако сегодня на Марсе температура повсюду ниже точки замерзания воды.

Человечество всегда волновал вопрос о том, есть ли жизнь на Марсе. И поэтому кульминационным шагом в изучении Марса был проект «Викинг», готовившийся более 10 лет.

По словам руководителей проекта, задачей номер один был поиск жизни. Вообще говоря, информация, которая была собрана о Марсе еще до «Викингов», не противоречила возможности существования здесь простейших форм жизни. Однако уточнение природных условий планеты, которое входило в состав экспедиции, имело огромное значение не только для решения поставленной «сверхзадачи».

«Викинги» выполнили множество экспериментов, среди которых одним из главных было фотографирование марсианской поверхности. Снимки, сделанные с орбитальных аппаратов и непосредственно с посадочного модуля, содержат очень ценную информацию. Например, перед выбором места посадки «Викингов» были тщательно исследованы участки планеты площадью около 4,5 миллиона квадратных километров. Это позволило получить новые сведения о поверхности Марса.

С помощью масс-спектрометрического анализа удалось определить химический и изотопный состав атмосферы Марса. Главный ее компонент – углекислый газ. Аргона около 1,5 процента, азота около 2 процентов, обнаружены следы кислорода, озона и окиси углерода.

Эксперименты «Викингов» по поиску жизни на Марсе делятся на две группы.

Первая – анализ проб грунта на присутствие в нем органических молекул. Эти опыты проводили при помощи бортового хроматомасс-спектрометра весьма высокой чувствительности: многие соединения выявляются этим прибором даже в том случае, если присутствуют в пробе в количестве, меньше, чем одна часть на миллиард.

Он представляет собой хроматографическую разделительную колонку, соединенную со входом в ионный источник миниатюрного масс-спектрометра. Начальный участок колонки связан с печкой, в которой сжигаются пробы марсианского грунта. При сжигании сложных органических соединений обычно образуются летучие вещества – нитрилы, альдегиды, бензол и другие достаточно простые продукты. Попадая все вместе в хроматографичекую колонку, они разделяются по времени выхода из этой колонки, и поэтому масс-спектрометр анализирует не сложную смесь веществ, а индивидуальные простые соединения, спектры которых хорошо известны.

Руководители программы «Викинг» исходили из естественного предположения, что, если жизнь на поверхности марса существует, ей должны сопутствовать достаточно сложные органические соединения. Действительно, на Земле мы всегда встречаем продукты деградации и метаболизма микрофлоры, и поэтому органические остатки на поверхности нашей планеты встречаются практически повсеместно. Но очень чувствительный прибор на «Викингах» не обнаружил в грунте никаких органических молекул. Была зафиксирована лишь вода в совсем малых дозах, 0,1-1 процент.

Казалось, вопрос решен: Марс – биологически мертвая планета. Но тут на Землю стала поступать информация, получаемая в результате других экспериментов, чисто биологических. Этих экспериментов было три.

Первый состоял в изучении фотосинтетического усвоения предполагаемой марсианской микрофлорой меченых молекул углекислоты и окиси углерода (¹⁴СО₂ и ¹⁴СО). Пробы грунта поместили в небольшую камеру. В камере смонтировали миниатюрный осветитель, имитирующий солнечный свет, а внутрь вместо марсианского воздуха вводили ¹⁴СО₂ и ¹⁴СО. Авторы этого эксперимента предполагали, что, если в пробе грунта содержатся микроорганизмы, под действием солнечного света они могут усваивать ¹⁴СО₂ и ¹⁴СО, включая в молекулы клеточного вещества радиоуглерод из газовой фазы.

После пребывания на свету образцы грунта нагревали. Сначала при нагревании и продувке инертным газом удалялись все исходные и сорбинированные газы. Затем температура повышалась до 600 градусов Цельсия, и происходило пиролитическое разложение гипотетических марсианских микроорганизмов, при котором должна была бы выделяться усвоенная ими углекислота с радиоуглеродом. Для фиксации этого меченного радиоуглерода служил счетчик радиоактивности, который и зарегистрировал исходный сигнал. Контрольный образец, прошедший предварительную обработку дал отрицательный результат.

Во втором эксперименте изучали хорошо известный для земных условий факт «дыхания грунта». Если взять образец грунта и увлажнить его, процессы жизнедеятельности организмов в этом образце как бы усиливаются, активнее выделяются газы: азот, углекислота, кислород. Пробы «Викингов» зарегистрировали выделение из увлажненной пробы кислорода и углекислоты.

В третьем опыте к пробе грунта добавлялась питательная жидкая среда, содержащая меченые радиоактивные соединения – аминокислоты, лактат и прочие. Этот метод широко используют микробиологи для изучения обмена веществ у земной микрофлоры. Микроорганизмы, усваивая эти соединения, окисляют их до углекислоты, которая радиоактивна, так как содержит ¹⁴С. На «Викингах» счетчики радиоактивности зарегистрировали рост числа импульсов, что может свидетельствовать о присутствии в пробе микрофлоры.

Те же самые процедуры, о которых было сказано выше, дублировались на образцах, предварительно нагретых до 170 градусов Цельсия. Если в этих пробах и была жизнь, построенная по земному образцу, она погибла бы при нагревании. Значит, все процессы обмена и усвоения не должны были происходить, и соответственно нельзя в этом случае было ожидать сигналов от датчиков во всех трех биологических экспериментах.

Интересно то, что сигналы от датчиков в опытах с предварительно простерилизованным при температуре 170С образцом отсутствовали.

Итак, на лицо было противоречие. Хотя кривые, фиксирующие выделение ¹⁴СО₂, и не похожи на те, которые получаются на Земле, но рост количества меченой углекислоты очевиден, и вся серия биологических экспериментов как будто не согласуется с хроматомасс-спектрометрическим анализом.

Попробуем разобраться в этом противоречии. Здесь открываются, по крайней мере, две возможности. Первая состоит в том, что следует принять вывод: жизни на марсе нет (по крайней мере, в местах посадки «Викингов»).

В этом случае результаты биологических экспериментов могут быть объяснены следующим образом: меченые соединения были окислены до ¹⁴СО₂ чисто неорганическим путем. При отсутствии на Марсе защитного озонового слоя, его поверхность, грунт подвержены сильному ультрафиолетовом облучению, способному изменить свойства минералов и сделать их катализаторами, ускоряющими химические реакции. Подобные опыты проводились в земных лабораториях и результаты были схожими с марсианскими.

Вторая возможность – сделать вывод, что жизнь на марсе есть.

Но как тогда отнестись к результатам хроматомасс-спектрометрии? Объяснение может быть найдено и тут.

Если концентрация клеток в марсианском грунте низка, например как у нас в Антарктиде, то тогда хроматомасс-спектрометры «Викингов» могли «не почувствовать» этих клеток. А биологические тесты? Они нацелены на изучение результатов длительного процесса, когда даже одна клетка может заметно изменить состав питательной среды. Но ведь результатирующая кривая выходит на плато, что означает прекращение жизнедеятельности.

Смоделировать это можно следующим образом: марсианские микроорганизмы находились в анабиозе. После того как они «проснулись» в посадочном модуле «Викинга» в условиях земной питательной среды, они начали поглощать незнакомую пищу. Началось выделение ¹⁴СО₂ в газовую фазу. Но пища оказалась неприемлемой для инопланетной микрофлоры. Произошло отравление, и марсианские микроорганизмы погибли. Рост меченой углекислоты прекратился. Как мы видим, интерпретация результатов может быть взаимоисключающей.

В последнее время Национальный совет исследований США, тщательно проанализировав результаты «Викингов», пришел к выводу, что нет никаких доказательств жизни на Марсе. «Мы считаем поиск внеземной жизни в Солнечной системе законченным», - пишется в заключении совета.

Юпитер.

Юпитер – не твердая планета. В отличие от четырех твердых планет, ближе других расположенных к Солнцу, Юпитер представляет собой огромный газовый шар. Есть и еще три газовых гиганта, которые еще более удалены от Солнца: Сатурн, Уран и Нептун. По своему химическому составу эти газовые планеты очень похожи на Солнце и сильно отличаются от твердых внутренних планет Солнечной системы. Атмосфера Юпитера, например, на 85 процентов состоит из водорода и примерно на 14 процентов – из гелия. Хотя сквозь облака Юпитера мы не можем видеть никакой твердой, каменистой поверхности, но глубоко внутри планеты водород находится под таким давлением, что приобретает некоторые черты металла.

Юпитер вращается вокруг своей оси исключительно быстро – он делает один оборот за 10 часов. Скорость вращения настолько высока, что планета выпячивается вдоль экватора. Такое быстрое вращение является, кроме того, причиной очень сильных ветров в верхних слоях атмосферы, где облака вытягиваются длинными красочными лентами.

Большая часть атмосферы Юпитера оказалась бы губительной для людей. В дополнение к преобладающим газам – водороду и гелию – там содержится также метан, ядовитый аммиак, водяные пары и ацетилен. Такое место показалось бы зловонным. Этот газовый состав похож на солнечный.

В белых облаках содержатся кристаллы замерзшего аммиака и водяного льда. Коричневые, красные и синие облака, возможно, обязаны своим цветом химическим веществам, подобным нашим красителям, или сере. Через наружные слои атмосферы бывают видны грозовые молнии.

Активный облачный слой довольно тонок, он составляет менее одной сотой радиуса планеты. Ниже облаков температура постепенно повышается. И хотя на поверхности облачного слоя она равна - 160С, опустившись сквозь атмосферу всего на 60 км, мы обнаружили бы такую же температуру, как и на поверхности Земли. А еще немного глубже температура уже достигает точки кипения воды.

В глубине Юпитера материя начинает вести себя довольно необычным образом. Хотя нельзя исключить, что в центре планеты имеется небольшое железное ядро, но все же наибольшая часть глубинной области состоит из водорода. Внутри планеты водород под огромным давлением из газа превращается в жидкость. На все более и более глубоких уровнях давление продолжает повышаться из-за колоссального веса вышележащих слоев атмосферы.

На глубине около 100 км расположен безбрежный океан жидкого водорода. Ниже 17 000 км водород оказывается сжат настолько сильно, что его атомы разрушаются. И тогда он начинает вести себя как металл, в этом состоянии он легко проводит электричество. Электрический ток, протекающий в металлическом водороде, создает сильное магнитное поле. Юпитер выделяет больше энергии, чем получает ее от Солнца. Измерения, проведенные космическими кораблями, показали, что Юпитер излучает примерно на 60 процентов больше тепловой энергии, чем получает от солнечного излучения.

Считается, что дополнительное тепло поступает из трех источников: из запасов тепла, оставшихся еще со времен образования Юпитера, из энергии, высвобождающейся в процессе медленного сжатия, сокращения планеты, и, наконец, из энергии радиоактивного распада. Это тепло, однако, не возникает в результате превращения водорода в гелий, как бывает в звездах. В действительности, даже самые маленькие звезды примерно в 80 раз массивнее Юпитера. Это означает, что в других «солнечных системах» могут существовать планеты и крупнее нашего Юпитера, хотя и меньше, чем звезда.

Семейство 16 лун Юпитера представляет собой как бы Солнечную систему в миниатюре, где Юпитер выполняет роль Солнца, а его луны – роль планет. Самая большая луна – Ганимед, ее диаметр равен 5262 км. Она покрыта толстой коркой льда, лежащей поверх каменистого ядра. Имеются многочисленные следы метеоритных бомбардировок, а так же свидетельства столкновения с гигантским астероидом 4 миллиарда лет назад.

Каллисто по величине почти не уступает Ганимеду, и вся ее поверхность густо усеяна кратерами. Это самый темный по цвету из всех спутников Юпитера.

У Европы самая светлая поверхность. На одну пятую Европа состоит из воды, которая образует на ней ледяной панцирь толщиной в 100 км. Это ледяное покрытие так же сильно отражает свет, как облака Венеры.

Из всех лун наиболее живописна Ио, которая вращается в наибольшей близости к Юпитеру. Цвет Ио совершенно необыкновенный - это смесь черного, красного и желтого. Такая удивительная окраска объясняется тем, что из недр Ио было извергнуто большое количество серы. Съемочные камеры «Вояджера» показали на Ио несколько действующих вулканов. Они выбрасывают фонтаны серы на 200 км ввысь над поверхностью. Серная лава вылетает наружу со скоростью 1000 метров в секунду. Некоторое количество этого лавового вещества вырывается из поля тяготения Ио и образует кольцо, опоясывающее Юпитер.

Поверхность Ио молода. Мы можем судить об этом по тому, что на ней почти нет метеоритных кратеров. Орбита Ио проходит менее чем в 400 000 км от Юпитера. Поэтому Ио подвергается возмущаещему действию огромных приливных сил. Постоянное чередование растягивающих и сжимающих приливов внутри Ио порождает интенсивное внутреннее трение. Благодаря этому внутренние области остаются горячими и расплавленными, несмотря на огромное удаление Ио от Солнца.

Сатурн

Орбита Сатурна расположена почти в десять раз дальше от Солнца, чем орбита Земли. Это означает, что Сатурн получает всего одну сотую количества того тепла и света, что достается Земле. Следовательно, это холодный мир, его облачная система, его ветры очень похожи на аналогичные явления на Юпитере. Путешествие Сатурна по орбите вокруг Солнца занимает 29,5 лет. Оборот вокруг собственной оси он совершает за 10 часов. Из-за такого быстрого вращения шар Сатурна как бы сплюснут у полюсов и раздут вдоль экватора.

Сатурн в 95 раз массивнее Земли, он является второй по величине планетой солнечной системы. Подобно Юпитеру, Сатурн почти целиком состоит из водорода и гелия и имеет в своей атмосфере зоны облаков аммиака. Скорость ветра на Сатурне достигает 1800 км/час на экваторе, что вчетверо больше самых сильных ветров Юпитера и в 20 раз превосходит силу ветра сильнейшего шторма на Земле. По сравнению с Юпитером, черты поверхности Сатурна выражены очень слабо. Иногда можно увидеть белые пятна, но и они крайне редки.

Титан

Самый крупный спутник Сатурна, Титан, по своей величине превосходит планету Меркурий. Астрономы считают, что эта луна состоит из равных количеств камня и ледяного льда. Но самым замечательным представляется тот факт, что у Титана есть толстый слой атмосферы, состоящий главным образом из азота с некоторой примесью метана (на Земле он встречается в виде природного газа). Никакая другая луна по всей Солнечной системе не имеет атмосферы. Атмосферное давление на Титане не намного больше, чем на Земле, зато температура – всего -180С. при такой температуре метан существует как в виде газа, так и в виде жидкости, а так же – как твердое вещество – в зависимости от местных условий. Так что Титан в некотором смысле похож на Землю: там может быть дождь, и снег, и океаны, и реки! Разница лишь в том, что все это состоит не из воды, а из метана.

Уран и Нептун

Уран состоит в основном из водорода и гелия, но одну седьмую его атмосферы составляет метан. Благодаря метану Уран выглядит синеватым. Космический зонд «Вояджер-2» обнаружил в верхней атмосфере Урана всего несколько полосок облаков. Температура этой планеты равна примерно -220С. в центре урана находится большое ядро, состоящее из камня и железа.

Характеристики

Список файлов реферата