История всего

Кажется довольно странным, что на Земле накопилось столько воды, в то время как столь близко расположенная к ней Луна не получила ее совсем. Один из вариантов развития событий — как минимум частично правдивый — заключается в том, что вода в свое время гораздо быстрее испарилась с поверхности Луны, чем Земли, из-за ее существенно меньшей силы притяжения. Другой вариант предполагает, что в будущем полеты на Луну смогут-таки обходиться без того, чтобы каждый раз привозить с собой воду ее производные. Наблюдения лунного орбитального космического аппарата «Клементина», оснащенного инструментами обнаружения нейтронов, образующихся в результате столкновения быстро движущихся межзвездных частиц с атомами водорода, поддерживают уже давно существующие догадки о том, что под кратерами у Северного и Южного полюсов Луны могут храниться большие запасы льда — глубоко замерзшей воды. Если межпланетный мусор с определенной периодичностью падает на Луну в течение года, то среди всевозможных падающих на нее объектов должны хотя бы изредка появляться и кометы, несущие на борту воду. Насколько большими могут быть эти кометы? В Солнечной системе летает немало комет, которые, растаяв, окажутся лужей размером с озеро Эри.

Мы не можем рассчитывать на то, что свеженанесенное на поверхность Луны озеро выживет в условиях многочисленных жарких лунных дней по 200 градусов каждый. Однако те кометы, что попали бы прямиком на дно одного из глубоких кратеров у полюсов Луны (или проделали бы еще один такой кратер сами), остались бы там, на дне, в темноте и прохладе: глубокие кратеры у Северного и Южного полюсов Луны — это единственные места на нашем спутнике, где «Не светит Солнце». (Если вы думали, что у Луны существует вечно темная сторона, вы были введены в серьезное заблуждение самыми разными источниками, в том числе, возможно, альбомом группы Pink Floyd 1973 года Dark Side of the Moon [61] .) Как это хорошо известно изголодавшимся по солнечному свету обитателям Арктики и Антарктики, Солнце в этих регионах никогда не поднимается слишком высоко над горизонтом в какое бы то ни было время суток или время года. Теперь представьте себе, что вы живете на дне кратера, чьи края вздымаются выше, чем самый высокий уровень над линией горизонта, какого способно достигнуть Солнце. Воздуха, чтобы рассеять солнечный свет среди теней, на Луне нет, так что вам пришлось бы жить в вечной тьме.

61

Dark Side of the Moon переводится с англ. как «Темная сторона Луны».

Но даже в холодной тьме лед понемногу испаряется. Обратите внимание на кубики льда в своем морозильнике, вернувшись домой после долгих каникул: они будут заметно меньше, чем когда вы только уезжали отдыхать. Однако, если добросовестно смешать лед с твердыми частицами (что и происходит с ним в составе кометы), он может существовать на дне полярных лунных кратеров на протяжении сотен тысяч и миллионов лет. Любой аванпост, что мы когда-нибудь построим на Луне, сможет немало выиграть от расположения поблизости от одного из таких «озер». Кроме очевидных преимуществ наличия под рукой льда, который можно растапливать, фильтровать и затем пить, мы могли бы также извлечь пользу из разделения молекул этой лунной воды на атомы водорода и кислорода. Мы могли бы использовать водород с добавлением небольшой толики кислорода в качестве активного ингредиента для ракетного топлива, пустив весь остальной кислород на дыхательные нужды. Во время перерывов между космическими заданиями и миссиями мы могли бы кататься на коньках.

Хотя Венера обладает примерно теми же размером и массой, что и Земля, ряд определенных характеристик выделяет ее среди других планет Солнечной системы: Венера также обладает широкой, плотной атмосферой из углекислого газа, отличающейся высокими отражающими (рассеивающими свет) свойствами; давление этой атмосферы превышает давление атмосферы Земли в сотню раз. За исключением живущих на глубоком морском дне земных существ, испытывающих сопоставимое давление, любая форма жизни родом с Земли на Венере была бы раздавлена насмерть. Но еще более удивительное свойство Венеры заключается в ее относительно молодых кратерах, равномерно распределенных по всей поверхности. Звучит безобидно, но означает это на самом деле то, что какая-то недавняя катастрофа планетного масштаба запустила процесс образования этих кратеров — а значит, и нашу способность датировать рельеф самой планеты по ее кратерам, — заодно снося все свидетельства предыдущих происшествий. Это могло произойти и вследствие какого-то глобального погодного явления, вызывающего эрозию вещества, например огромного потопа планетного масштаба. Тут могла сработать и какая-то всепланетная геологическая активность «гео», конечно, не очень подходит, но уж очень этот термин понятный!) — те же потоки лавы могли превратить всю поверхность Венеры в мечту американского автолюбителя: в сплошную заасфальтированную поверхность. Что бы ни запустило процесс образования кратеров, оно закончилось резко и внезапно. Но не забываем об интересующем нас вопросе — о воде на Венере. Если там когда-то произошел всепланетный потоп, то куда подевалась вся эта вода? Ушла под поверхность планеты? Испарилась в ее атмосферу? А может, этот потоп был не «водным», может, это была какая-то другая жидкость? Да если и не было никакого потопа — Венера же должна была получить примерно столько же воды, сколько и ее сестрица Земля. Так где же она?..

Судя по всему, ответ заключается в том, что Венера растеряла свои водные запасы, разогревшись до слишком высоких температур. Этот вывод можно сделать, изучая ее атмосферу. Хотя молекулы углекислого газа пропускают видимый свет, они с высокой эффективностью удерживают инфракрасное излучение. Соответственно, солнечный свет может проходить сквозь атмосферу Венеры, хотя из-за высокого уровня рассеивания до поверхности он доберется не в поной мере. Солнечный свет нагревает поверхность планеты, которая выделяет инфракрасное излучение, которое затем не может покинуть ее окрестности. Молекулы углекислого газа удерживают инфракрасное излучение, из-за чего нижние слои атмосферы и поверхность планеты нагреваются еще больше. Ученые называют это удержание инфракрасного излучения в атмосфере парниковым эффектом из-за общего сходства с тем, как стеклянные окна пропускают внутрь парников солнечный свет, но не выпускают обратно образующееся внутри инфракрасное излучение. Как Венера со своей атмосферой, Земля тоже создает вокруг себя парниковый эффект, без которого не могут существовать многие формы жизни. Благодаря ему температура нашей планеты примерно на 25 градусов по шкале Фаренгейта выше, чем она была бы в отсутствие атмосферы. Парниковый эффект на нашей планете вызван по большей части объединенным действием молекул воды и углекислого газа. Так как в атмосфере Земли содержится в 10 тысяч раз меньше молекул углекислого газа, чем в атмосфере Венеры, наш парниковый эффект меркнет в сравнении с венерианским. Тем не менее мы продолжаем добавлять в состав своей атмосферы углекислый газ, сжигая ископаемое топливо и тем самым постепенно повышая степень парникового эффекта — словно проводим непроизвольный глобальный эксперимент, выясняя, насколько вредным может оказаться дополнительное удержание в нашей атмосфере тепла. На Венере парниковый эффект, вызванный исключительно высоким содержанием в атмосфере планеты молекул углекислого газа, поднимает температуру на сотни градусов, превращая поверхность Венеры в доменную печь. Температура венерианских ландшафтов составляет почти 500 градусов по шкале Цельсия (или 900 по шкале Фаренгейта), что является самой высокой температурой поверхности планеты во всей Солнечной системе.

Как же Венера довела себя до такого печального состояния? У ученых есть удачный термин «неуправляемый парниковый эффект», который описывает, как удерживаемое в атмосфере инфракрасное излучение повышало температуру планеты и провоцировало испарение жидкой воды. Дополнительная вода в составе атмосферы (испарившаяся с поверхности) помогала удерживать инфракрасное излучение еще более эффективно, повышая парниковый эффект. Это, в свою очередь, вызвало еще большее испарение воды и попадание ее в состав атмосферы, усугубляя эффект еще больше. В верхних слоях атмосферы Венеры ультрафиолетовое солнечное излучение расщепляло молекулы воды на атомы водорода и кислорода. Из-за высоких температур атомы водорода сбегали с этого опасного корабля, а более тяжелые атомы кислорода соединялись с другими атомами, и воде образоваться снова было просто не из чего. Время шло, и вся та вода, что когда-то имелась на поверхности Венеры или совсем близко от нее, постепенно была выпечена и выпарена долой из атмосферы планеты и утеряна ею навсегда.

Подобные процессы протекают и на Земле, но гораздо медленнее, потому что температура нашей атмосферы в разы ниже. Наши великие океаны в данный момент составляют большую часть поверхности Земли, хотя вследствие своей глубины они представляют собой лишь одну пятитысячную долю суммарной массы нашей планеты. Но даже эта крошечная доля общей массы означает, что суммарный вес океанов составляет невообразимые 1,5 квинтиллиона тонн, 2 % которых всегда представлены в замороженном виде в любой момент времени. Если на Земле когда-нибудь заработает неуправляемый парниковый эффект сродни венерианскому, наша атмосфера начнет удерживать все более крупные объемы солнечной энергии, повышая температуру воздуха и заставляя океаны, кипящие у поверхности, испаряться в атмосферу. Это будет просто ужасно. Помимо очевидных причин уничтожения земной флоры и фауны, наиболее тяжкой будет смерть из-за того, что насыщенная водяным паром атмосфера Земли станет в три сотни раз более массивной; после этого все еще оставшиеся на тот момент в живых будут раздавлены тем самым воздухом, которым дышат, и запечены в нем.

Наше увлечение планетами, как и неполные знания о них, никак не ограничиваются Венерой. С его длинными и сухими, все еще сохранившимися руслами рек, их поймами, устьями и сетями притоков, а также проложенными этими реками целыми ущельями, Марс когда-то явно был первобытным Эдемом, наполненным подвижной водой. Если есть в Солнечной системе еще хоть одна планета, кроме Земли, которая когда-либо могла похвастаться обильными запасами воды, то это Марс. По неизвестным причинам сегодняшняя поверхность Марса суха, словно найденная в пустыне кость. Тщательное изучение Венеры и Марса, наших братских планет, заставляет нас по-новому взглянуть на Землю и задуматься о том, насколько хрупким может на самом деле оказаться наше водное благоденствие.

В начале XX века замысловатые наблюдения за Марсом, которые предпринял известный американский астроном Персиваль Лоуэлл, навели его на мысль о том, что целые колонии изобретательных марсиан в свое время построили сложную систему каналов с целью перераспределить водные ресурсы, заключенные в полярных ледяных шапках планеты, поближе к более густо заселенным средним широтам. Чтобы объяснить то, что, как ему казалось, он увидел, Лоуэлл представил себе угасающую цивилизацию, чьи запасы воды подходили к концу — как если бы жители города Феникса обнаружили, что река Колорадо все-таки «исчерпаема». В своем подробном, хоть и исполненном заблуждений трактате под названием «Марс и жизнь на нем», опубликованном в 1909 году, Лоуэлл сокрушался по поводу неминуемого конца марсианской цивилизации, которому, как он считал, он ста, свидетелем.

Марс действительно, кажется, высох настолько, что его поверхность не способна поддерживать какие-либо формы жизни. Медленно, но верно время расправится с любыми остатками жизни на планете, если оно еще этого не сделало. Когда затухнет последний огонек жизни, все еще теплящийся внутри каких-то организмов, планета продолжит свое путешествие сквозь космос в качестве мертвого мира, на чем ее карьера в области эволюции завершится навсегда.

Кое-что Лоуэлл угадал верно. Если на Марсе и была когда-либо цивилизация (или хоть какая-либо форма жизни), которой для существования требовалась вода на поверхности планеты, она, безусловно, пала жертвой какой-то катастрофы. В неизвестный нам момент марсианской истории — и по неизвестной нам причине — вся вода на его поверхности действительно высохла, приведя ровно к тем последствиям для жизни (но в прошлом, а не в настоящем), которые описал Лоуэлл. Что же произошло с водой, которой когда-то давно на Марсе было так много? Это до сих пор является огромной загадкой геологов, изучающих планеты Солнечной системы. У Марса есть немного воды в виде льда на обоих его полюсах, который, правда, преимущественно состоит из углекислого газа (то есть это тот самый сухой лед), а также немного воды в форме пара в составе его атмосферы. Хотя полярные шапки представляют собой единственное сосредоточение существенных объемов воды на планете из известных нам, их суммарного объема льда сильно не хватает того, чтобы объяснить, откуда в глубоком прошлом на поверхности Марса могло быть столько воды.

Если большая часть древней воды Марса не испарилась в мировое пространство, то следующее наиболее вероятное место, где ее следует искать, — под корой планеты, где вода может быть заперта в ловушке приповерхностным слоем вечной мерзлоты Марса. Доказательства? По краям крупных марсианских кратеров часто можно обнаружить сухие комки, оставшиеся от грязевых разливов. Если вечная мерзлота лежит глубоко под землей, потребуется мощное столкновение, чтобы до нее добраться. Энергетический удар, связанный с таким столкновением, растопит этот приповерхностный лед при контакте с поверхностью планеты, провоцируя его выброс вверх — в атмосферу. Кратеры с такими характерными признаками разливов чаще встречаются в холодных полярных широтах — как раз там, где, как будет логично предположить, слой вечной мерзлоты подходит наиболее близко к поверхности Марса. Согласно оптимистичным оценкам состава такого вечномерзлого марсианского льда, таяние приповерхностных слоев Марса способно высвободить достаточно воды, чтобы покрыть всю поверхность планеты ровным слоем океана глубиной 10 метров. Тщательные поиски современной былой — ископаемой — жизни на Марсе должны обязательно включить в себя исследования множества регионов, расположенных под его поверхностью. И в контексте вопроса о том, есть ли жизнь на Марсе, вырисовывается еще один: есть ли где-нибудь на Марсе сейчас вода в жидком состоянии?