Среди планет солнечной системы третья планета от Солнца обитаема. Это наша Земля. Извечный вопрос, есть ли где-нибудь ещё жизнь, кроме Земли, относился прежде всего к другим планетам солнечной системы. Казалось бы, сейчас этот вопрос в известной мере утерял свою актуальность в связи с результатами исследования планет. Человечество получило от космических исследований столь большой объём научной информации, что он будет ещё многие десятилетия осмысливаться учёными.
И нам полезно посмотреть, как практически на глазах сегодняшнего поколения менялось отношение к проблеме существования жизни на других планетах, какие новые идеи возникают по этому поводу и как старые идеи теряют свою силу перед неопровержимыми экспериментальными данными.
Посмотрим, каков климат на планетах солнечной системы. Где ещё, кроме Земли, может зародиться и существовать жизнь?
Наша родительская звезда — Солнце имеет семью, состоящую из девяти планет. Расстояния от планет до Солнца исчисляются сотнями миллионов и даже миллиардами километров. С такими чудовищными цифрами оперировать не очень-то удобно. Поэтому астрономы предпочитают иметь дело не с километрами, а с астрономическими единицами. Одна астрономическая единица равна расстоянию от Солнца до Земли, или приблизительно 150 миллионам километров.
Самая близкая к Солнцу планета Меркурий находится от него на расстоянии 0,39 астрономической единицы. Самая далёкая, Плутон, в 100 раз дальше от Солнца, чем Меркурий. Расстояние от Солнца до Нептуна в 30 раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли. Уран находится в 19 астрономических единицах от Солнца, Сатурн — почти в десяти, Юпитер — в пяти. Марс дальше в полтора раза от Солнца, чем Земля. Ну а ближайшая соседка Венера отстоит от Солнца «всего» на 0,72 астрономической единицы.
Чем дальше от Солнца планета, тем холоднее её климат. Ведь хорошо известно, что количество солнечной радиации убывает пропорционально квадрату расстояния от нашего светила. Именно поэтому поверхность Меркурия получает в семь раз больше солнечных лучей, чем поверхность Земли. А на долю Плутона приходится всего 0,0006 того количества солнечной энергии, которая достигает Земли.
Очень важной величиной, определяющей климатические условия, является время обращения планет вокруг Солнца, то есть продолжительность их года. Ясно, что чем дальше от Солнца планета, тем продолжительней период её обращения. Меркурий полностью «замыкает» свою орбиту за 88 дней. Земля, как мы знаем, тратит на это уже 365 дней. Чем дальше от Солнца, тем больше, и год Юпитера составляет почти 12 земных лет, а на Плутоне длится 248 земных лет. Марсианский год приблизительно вдвое больше земного. Это означает, что и каждый сезон года на Марсе продолжается приблизительно вдвое дольше, чем на Земле.
Чрезвычайно важно знать и массу планеты, поскольку именно она определяет силу тяжести на поверхности.
В солнечной системе самая лёгкая планета — Меркурий. Его масса составляет всего 0,05 массы Земли. Юпитер же тяжелее всех остальных планет, вместе взятых. Он в 318 раз тяжелее Земли и в три раза тяжелее Сатурна. Итак, каковы же климатические условия на планетах?
Самая маленькая, самая лёгкая и самая близкая к Солнцу планета — Меркурий. Температура его поверхности, освещаемой солнечными лучами, достигает 345 градусов по Цельсию. Если бы можно было повысить температуру поверхности Меркурия всего на сто градусов, то сера, находящаяся на поверхности, начала бы кипеть и астрономы наблюдали бы жёлтую атмосферу на этой планете. Но, во-первых, этих ста градусов всё-таки не хватает, а во-вторых, если атмосфера на Меркурии и есть, то она очень слабая. Давление газов у поверхности Меркурия в сотни миллиардов раз меньше, чем у поверхности Земли. Совершенно ясно, что на поверхности такой планеты, так же как и на поверхности Луны, никакой жизни быть не может.
Со времён открытия знаменитых каналов на Марсе человечество мучил вопрос о жизни на этой планете. Никто не сомневался, что она существует, причём жизнь разумная. Казалось, что предметом обсуждения является лишь метод установления контактов с марсианами, а также вопросы их биологии, архитектуры марсианских городов и так далее. Правда, в последние годы оптимизм в отношении жизни на Марсе у большинства учёных в результате космических экспериментов сильно поубавился.
Здесь, в общем, случилась такая же история, как и с Венерой, когда получение новой информации привело к пересмотру установившихся взглядов.
Проблеме поисков жизни на Марсе последние 15 лет уделялось очень большое внимание, и поэтому остановимся на ней несколько подробнее. Планирование экспериментов по поиску жизни — весьма сложная задача, так как очень трудно, если не невозможно, указать какой-либо единый, универсальный признак, однозначно характеризующий живую систему. Поэтому принципиальный этап в научной программе поиска инопланетных форм
жизни — выработка критериев, которые, с одной стороны, достаточно полно характеризовали бы живую систему, а с другой — могли служить удобной основой для разработки соответствующих методов обнаружения инопланетной жизни.
Выработка такого комплекса критериев аналогична выработке некоторой «модели» живой системы. Безусловно, что такая «модель» имеет ряд существенных ограничений и не будет полностью соответствовать реальной живой системе. Тем не менее на современном этапе поиска инопланетных форм жизни такого рода подход можно считать оправданным.
Для характеристики собственно живых систем на любом уровне их иерархии нужно иметь в виду прежде всего два самых существенных свойства живого: во-первых, обмен веществ (метаболизм), и, во-вторых, способность к самовоспроизведению, или размножение.
Эксперименты по искусственному синтезу биологически важных соединений доказали возможность образования в лабораторных условиях веществ, жизненно необходимых для любых организмов и получавшихся ранее только в процессе биосинтеза. Лабораторные синтезы некоторых соединений идут в присутствии интенсивного потока ультрафиолетовых лучей, и, поскольку на поверхность Марса попадает значительное количество ультрафиолета, не исключена возможность, что на поверхности Марса есть органические соединения абиогенного происхождения.
Эта задача очень интересна сама по себе и тесно связана с возможностью существования жизни на планете. Поэтому-то все программы по изучению Марса и планировались таким образом, чтобы искать на его поверхности и собственно живые системы, и органические молекулы.
Казалось, вопрос решён: Марс — биологически мёртвая 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 гипотетической марсианской микрофлорой меченых 14CO2 и 14CO. Пробы грунта поместили в небольшой замкнутый объём (камеру). В камере был смонтирован миниатюрный осветитель, имитирующий солнечный свет, а внутрь вместо марсианского воздуха вводились 14CO2 и 14CO . Авторы этого эксперимента предполагали, что если в пробе грунта содержатся микроорганизмы, то они могут под действием солнечного света усваивать 14CO2 и 14CO, включая в молекулы клеточного вещества радиоуглерод из газовой фазы.
После экспонирования образцов грунта на свету они подвергались постепенному нагреванию. Сначала при нагревании и продувке инертным газом удалялись все исходные и сорбированные газы. Затем температура повышалась до 600 градусов Цельсия, и происходило термическое разложение гипотетических марсианских микроорганизмов, при котором должна была бы выделяться углекислота с радиоуглеродом, перешедшим в состав этих организмов из исходной газовой фазы. Для фиксации меченого радиоуглерода служил счётчик радиоактивности, который и зарегистрировал искомый сигнал. Контрольный образец, прошедший предварительную термическую обработку, дал отрицательный результат.
Во втором эксперименте изучали хорошо известный для земных условий факт «дыхания грунта». Если взять образец грунта и увлажнить его, то все процессы жизнедеятельности микроорганизмов здесь как бы усиливаются, активнее выделяются газы: азот, углекислота, кислород. Приборы «Викингов» зарегистрировали выделение из увлажнённой 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 14C. На «Викингах» счётчики радиоактивности зарегистрировали рост счёта импульсов, что может свидетельствовать о присутствии в пробе микрофлоры.
Хорошо известно, что каждый биологический эксперимент требует контроля. Как были организованы контрольные опыты на «Викингах»? Те же самые процедуры, о которых мы только что говорили, дублировались на образцах, предварительно нагретых до 170 градусов Цельсия. Если в этих пробах и была жизнь, построенная по земному образу и подобию, то она была уничтожена 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 трёх биологических экспериментах.
Так вот, самым интересным было то, что сигналы от датчиков в опытах с предварительно простерилизованным при температуре 170 градусов Цельсия образцом отсутствовали.
Итак, налицо противоречие. Хотя кривые, фиксирующие выделение 14CO2, и непохожи 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, содержавшиеся в жидкой питательной среде, были окислены до 14CO2 чисто неорганическим путём.
Дело в том, что из-за отсутствия на Марсе защитного озонового экрана на поверхность планеты падает поток жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. При облучении ультрафиолетом минералы Марса сильно могут изменять свои свойства. На их поверхности могут образовываться активные центры, придающие минералам свойства сильных катализаторов, ускоряющих разнообразные химические реакции.
Вторая возможность — сделать вывод, что жизнь на Марсе есть.
Но как же отнестись в этом случае к результатам хроматомасс-спектрометрии? Объяснение может быть найдено и тут.
Если концентрация клеток в марсианском грунте низка, например, как у нас в Антарктике, хроматомасс-спектрометры «Викингов» могли не почувствовать этих клеток. А биологические тесты? Они нацелены на изучение результатов длительного процесса, когда даже одна клетка может изменить состав питательной среды.
Представим себе такую ситуацию: марсианские микроорганизмы находились в анабиозе. Они «проснулись» в посадочном модуле «Викинга» в условиях земной питательной среды и стали поглощать незнакомую пищу. Началось выделение 14CO2 в газовую фазу. Но пища оказалась неприемлемой для инопланетной микрофлоры. Марсианские микроорганизмы погибли. Прирост меченой углекислоты прекратился.
Как мы видим, интерпретация результатов может быть взаимоисключающей.
Возникает естественный вопрос: можно ли было предусмотреть ситуацию, когда один эксперимент (хроматомасс-спектроскопия) говорит с определённостью «нет», а другие (биологические) говорят «возможно»?
Об этом судить сейчас очень трудно. Руководители программы «Викинг» провели громадную многолетнюю подготовительную работу, проверяя все приборы в крайне суровых климатических районах Земли. Мысль об особых свойствах поверхности Марса возникла лишь после получения информации с «Викингов»…
Так или иначе, строгого ответа на вопрос, есть ли жизнь на Марсе, «Викинги», к сожалению, не дали. Конечно, экспедиция «Викингов» к Марсу принесла сторонникам жизни на этой планете известное разочарование. Тем не менее мы должны помнить, что однозначного ответа на вопрос эти экспедиции не дали. Когда будут повторены подобные эксперименты, сказать трудно. Загадка жизни на Марсе ещё многие годы будет интриговать человечество. Но уже сегодня ясно, что если жизнь на Марсе и есть, то биосфера этой планеты очень и очень «слабая». Такая же, как, скажем, у нас в Антарктиде: единичные микроорганизмы в грунте.
И тем не менее задача не теряет своего интереса: а вдруг там, на Марсе, мы найдём недостающее звено генетического кода? Решение одного этого вопроса окупило бы все космические запуски к Марсу.
Источник: Л. МУХИН ПЛАНЕТЫ И ЖИЗНЬ