На снимке — цветение сакуры под звездным небом Японии, запечатленное в 2015 году. История дерева, часть которого видна на переднем плане, отличается от обычного жизненного цикла его "сородичей".
В 2008 году семя будущего дерева отправили на Международную космическую станцию (МКС). Там оно провело около восьми месяцев — в условиях микрогравитации и при повышенном по сравнению с Землей уровне радиации.
По возвращении на Землю семя посадили, и спустя годы из него выросло внешне вполне обычное дерево. Никаких светящихся листьев, обжигающей коры или специфического "космического" облика. И именно это представляет научный интерес.
Подобные эксперименты проводят не ради красивых историй. Растения — удобная модель для изучения того, как живые организмы реагируют на экстремальный стресс. Космос — суровая среда, и даже нахождение на борту МКС не сводит к нулю негативное воздействие факторов, способных влиять на деление клеток, работу генов и развитие тканей.
Даже если внешне растение не отличается от тех, что никогда не покидали планету, изменения могут скрываться глубже — в скорости роста, структуре клеток или регуляции генов. Сравнивая "космические" растения с обычными, ученые получают данные о том, насколько в принципе жизнь устойчива к выходу за пределы Земли. Сакура, ставшая центральной фигурой снимка, показала, что пребывание семени в космосе в течение довольно длительного времени не оказало заметного влияния на последующее развитие растения.
Такие эксперименты важны и с практической точки зрения. Если человечество когда-нибудь построит научные базы на Марсе, то продукты питания придется выращивать на месте. Не секрет, что условия на Красной планете сильно отличаются от земных. Гравитация там ниже, уровень радиации значительно выше, продолжительность суток и сезонные циклы иные. Все это будет оказывать непредсказуемое влияние на рост растений, обмен веществ и работу клеток. Поэтому любые эксперименты, которые показывают, как живые организмы реагируют на непривычную среду, имеют практическую ценность.
История этой сакуры, побывавшей в космосе, — это небольшой, но важный шаг в понимании того, сможет ли однажды земная жизнь укорениться за пределами нашей планеты.
15 октября 2003 года — знаменательный день в истории Китая. Поднебесная успешно запустила свой первый пилотируемый космический корабль "Шэньчжоу-5", на борту которого находился тайконавт Ян Ливэй. Этот полет, продолжавшийся 21 час, стал одним из самых загадочных событий в космонавтике.
В ходе полета Ян Ливэй услышал странный стук. Точнее — серию стуков. Он описывал их как удары деревянного молотка по металлической поверхности. Звуки то появлялись, то исчезали без какой-либо строгой периодичности. Тайконавт не смог определить их источник, хотя был уверен, что стуки доносятся снаружи корабля.
Просто представьте: один человек внутри небольшого космического корабля, парящего в вакууме космической пустоты. И снаружи раздается громкий стук. Потом еще и еще. Можно лишь представить, насколько жуткими были эти часы полета.
Космический стук
Это был не единственный случай. Тайконавты миссий "Шэньчжоу-6" в 2005 году и "Шэньчжоу-7" в 2008 году стали свидетелями похожих звуков, источник которых находился снаружи космических аппаратов. И снова никто не смог объяснить их природу.
Китайские космонавты не одиноки в своих странных "акустических переживаниях". Например, во время миссии NASA "Аполлон-10" в 1969 году астронавты слышали жуткий свист над обратной стороной Луны — его даже записали бортовые системы корабля. А совсем недавно астронавты Бутч Уилмор и Сунита Уильямс, застрявшие в космосе из-за проблем с кораблем Boeing Starliner, услышали странный пульсирующий шум из своего аппарата.
Во многих случаях ученым удавалось найти причину странных звуков. Шум Boeing Starliner объяснили акустическим взаимодействием между кораблем и Международной космической станцией. Свист "Аполлона-10" оказался радиопомехами между лунным и командным модулями.
Однако стуки всех трех миссий "Шэньчжоу" по сей день остаются загадкой.
Наибольшую тревожность вызывает тот факт, что звуковым волнам нужна среда для распространения.
"Для распространения звука требуется среда — будь то частицы воздуха, молекулы воды, металлы, атомы твердых тел, — поясняет профессор Национального университета Сингапура Го Чер Хианг. — Если вы слышите стук, это может означать, что нечто физически ударяет по космическому кораблю".
Возможные объяснения
В попытках объяснить аномалию "Шэньчжоу" ученые выдвинули три гипотезы:
Космический мусор
Звук мог быть вызван крошечными фрагментами космического мусора, которые периодически сталкивались с внешней обшивкой корабля.
Температурное расширение
Резкие перепады температур между освещенной и затененной сторонами планеты могли привести к расширению или сжатию элементов корабля, что порождало слышимые звуки.
Системы корабля могли выпускать потоки воздуха, которые во время полета вызывали небольшие вибрации, переходящие в постукивание.
Все три гипотезы технически обоснованы. И странно, что за более чем два десятилетия так и не удалось точно определить источник звука, который тогда напугал Яна Ливея.
30 ноября 1609 года итальянский астроном Галилео Галилей впервые направил на Луну телескоп собственного изготовления и увидел не просто знакомый светящийся диск, а сложный мир с крайне неоднородной поверхностью.
Именно это наблюдение положило начало его знаменитым лунным зарисовкам, которые позднее легли в основу научного трактата "Звездный вестник" (лат. Sidereus Nuncius). Это нанесло серьезный удар по представлениям о "совершенстве" небесных тел, господствовавшим более двух тысяч лет.
Согласно античной картине мироустройства, перекочевавшей в Средневековье, небесные тела считались "совершенными" сферами, на которых, в отличие от Земли, нет ни неровностей, ни разрушений, ни следов каких-либо временны́х изменений. Небо рассматривалось как область идеальных форм, а значит, Луна, следуя этой логике, не должна была иметь ничего общего с земным рельефом. Так учил Аристотель, и его взгляды на протяжении веков считались непререкаемыми.
Разумеется, Луну не представляли буквально отполированным шаром без единого пятна — темные участки на ее поверхности люди видели всегда. Но их существование объясняли особенностями "небесной материи" или тем, как лунный диск выглядит при наблюдении с "несовершенной" Земли.
Телескоп, изменивший все
В мае 1609 года Галилей узнал об изобретении зрительной трубы в Голландии, способной "далекое делать близким". Будучи профессором Падуанского университета, он, опираясь на свой авторитет и связи, получил возможность ознакомиться с этим новым инструментом, который давал лишь трехкратное увеличение — немногим больше театрального бинокля.
Галилей хотел большего и начал активно экспериментировать с линзами в собственной мастерской. Всего за несколько месяцев он создал телескоп с 20-кратным, а затем и 32-кратным увеличением.
30 ноября 1609 года Галилей впервые направил свой телескоп на Луну. То, что он увидел, потрясло его. Вместо гладкой сферы перед ним открылся далекий мир с горами, долинами, кратерами и загадочными темными областями, позже получившими название морей. Луна оказалась не безупречным небесным телом, а каменистым миром со сложным рельефом — во многом похожим на Землю. Не оставалось никаких сомнений в том, что Аристотель и его последователи ошибались.
Зарисовки от руки
Галилей почти одержимо наблюдал Луну до 18 декабря 1609 года, внимательно изучая движение линии терминатора — границы между светом и тенью. Он замечал, как горы отбрасывают длинные тени при восходе Солнца над лунной поверхностью и как яркие вершины сияют на фоне еще темных долин.
Галилей делал детальные акварельные зарисовки Луны в разных фазах. Всего он создал шесть рисунков, которые стали одними из первых реалистичных изображений земного спутника, показавшими, что Луна обладает сложным рельефом с горами и впадинами.
В 1610 году Галилей опубликовал свои наблюдения в трактате "Звездный вестник", в котором описал увиденное почти поэтически:
"<...> Мы замечали даже, что только что упомянутые небольшие пятна все и всегда сходятся в том, что имеют черную часть со стороны, обращенной к месту Солнца; со стороны же, противолежащей Солнцу, они увенчиваются более светлыми границами, как бы пылающими черными хребтами. Примерно такую же картину мы имеем на Земле около солнечного восхода, когда видим долины, еще не залитые светом, а горы, окружающие их со стороны, противоположной Солнцу, уже горят ярким блеском; и подобно тому, как тени земных впадин уменьшаются по мере поднятия Солнца, так и эти лунные пятна теряют темноту с возрастанием освещенной части".
Хэрриот и Галилей
Интересно, что Галилей не был первым человеком, направившим телескоп на Луну. Еще 26 июля 1609 года — почти за четыре месяца до него — английский математик и астроном Томас Хэрриот провел первые телескопические наблюдения Луны и сделал первую в истории астрономическую зарисовку.
Более того, в период с 1610 по 1613 год Хэрриот составил подробную карту Луны, точность которой удалось превзойти лишь спустя несколько десятилетий. Его телескоп имел небольшое увеличение — всего в шесть раз, однако наблюдательность и точность самого Хэрриота позволили добиться впечатляющего результата.
Как же так вышло, что весь мир знает Галилея, а Хэрриот остался в тени? Все дело в том, что англичанин никогда не публиковал результаты своих исследований и показывал их лишь узкому кругу знакомых. После смерти Хэрриота в 1621 году о его достижениях забыли почти на два столетия.
Галилей же действовал как настоящий популяризатор науки, умеющий превращать открытия в события мирового масштаба. Его "Звездный вестник" имел сенсационный успех по всей Европе.
Революция в науке
Открытия Галилея стали мощным аргументом в пользу гелиоцентрической системы Коперника. Если Луна покрыта горами и кратерами, как Земля, значит, небесные тела не так уж принципиально отличаются друг от друга. А если Земля — такое же небесное тело, то почему бы ей не двигаться вокруг Солнца?
Учение Аристотеля о противоположности "земного" и "небесного" оказалось серьезно поколеблено. Луна перестала восприниматься как идеальная небесная сфера и стала реальным миром со сложным рельефом. Это был переворот в сознании, сравнимый по масштабу с величайшими географическими открытиями эпохи.
Впрочем, не все приняли открытия Галилея. Противники утверждали, что телескоп обманывает и показывает то, чего в действительности нет — сегодня они бы писали в комментариях, что это все Голливуд, фейки и ИИ.
Некоторые астрологи жаловались, что новые открытия на небесах ставят под удар не только астрологию, но и связанную с ней медицинскую практику. Но время расставило все по местам: зарисовки Галилея положили начало новой эпохе телескопической астрономии.
Сегодня, глядя на современные снимки Луны в высоком разрешении, трудно представить, каким откровением были простые акварельные рисунки Галилея четыре века назад. Но именно с них началось настоящее знакомство человечества с Луной как с реальным миром, доступным для изучения и понимания.
Если смотреть на эту структуру сверху — с самолета или со спутника — она выглядит как практически идеальная темно-синяя окружность посреди бирюзового мелководья.
Кажется вполне логичным, что ее стоило бы назвать Большой синей дырой, но, скорее всего, когда термин Blue Hole вносили в русский язык, переводчики не удосужились взглянуть на снимки и, недолго думая, сделали "синее" "голубым". Хотя в английском языке значение цвета blue зависит от контекста. Ну, раз официально объекты такого рода называют голубыми дырами, то и я, скрепя сердце, буду называть их так.
Большая голубая дыра расположена в Карибском море, примерно в 70 километрах от побережья Белиза, государства на восточном побережье Центральной Америки. Она входит в состав рифа Лайтхаус и является частью Барьерного рифа Белиза — объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО.
Размеры структуры впечатляют: диаметр — около 318 метров, глубина — более 125 метров. То есть перед нами не просто углубление в морском дне, а вертикальная пещера — провал, уходящий строго вниз сквозь известняк.
Именно глубина и обеспечивает этот пронзительный темно-синий (не голубой) цвет. Вокруг — мелководье, где вода бирюзовая и прозрачная. Контраст настолько резкий, что с высоты дыра выглядит как нечто искусственное.
Как она образовалась
История Большой голубой дыры началась не в океане, а на суше — и не вчера, а около 150 000 лет назад.
В эпоху ледниковых периодов уровень Мирового океана был значительно ниже, чем сейчас. Территория, которая сегодня находится под водой у берегов Белиза, была сушей — известняковым плато. В известняке, как это часто бывает, образовывались карстовые пещеры. Грунтовые воды просачивались сквозь породу, растворяли ее изнутри, и постепенно под землей формировались огромные полости с залами и сталактитами.
Потом ледники начали таять, что запустило подъем уровня океана. В какой-то момент своды некоторых пещер не выдержали веса воды и обвалились. Поскольку напряжения в известняке вокруг такой полости распределяются радиально, провалы получались практически идеально круглыми. Так сформировались структуры, заполненные водой, которые позже назвали "голубыми дырами".
И я не случайно говорю во множественном числе: голубые дыры встречаются по всему миру — у берегов Австралии, Египта, на Багамах. Но Большая голубая дыра у Белиза — крупнейшая из известных.
Кусто и мировая слава
Широкая общественность узнала о Большой голубой дыре благодаря Жаку-Иву Кусто — легендарному французскому исследователю океана. В 1971 году он привел сюда свое судно "Калипсо" и совершил погружение.
Кусто был в восторге. Он включил Большую голубую дыру в список десяти лучших мест для дайвинга в мире. После этого сюда потянулись дайверы со всего света — и слава дыры стала поистине общемировой.
На глубине около 40 метров нависает каменный козырек — это остатки древнего свода пещеры. Там же можно увидеть сталактиты, которые тысячелетиями формировались в карстовой пещере, а теперь навсегда застыли под водой — немые свидетели того, как океан поглотил сушу.
Открытие 2018 года
Несмотря на десятилетия дайверского интереса, дно Большой голубой дыры долго оставалось загадкой. Глубже 90 метров начинается мертвая зона: из-за отсутствия течений вода там не обновляется тысячелетиями, превращаясь в токсичную, лишенную кислорода среду. Обычные дайверы на такую глубину не погружаются.
Но все изменилось в 2018 году, когда туда отправилась экспедиция с участием предпринимателя Ричарда Брэнсона, Фабьена Кусто (внука Жака-Ива Кусто), исследовательницы National Geographic Эрики Бергман и пилота небольшой субмарины компании Aquatica Submarines. Этот квартет совершил первое в истории погружение на дно Большой голубой дыры.
Находки оказались одновременно завораживающими и жуткими.
На дне — толстый слой сероводорода, чрезвычайно ядовитого газа. Ничего живого. Абсолютная тишина и темнота. Зато идеальная консервация всего, что туда попало: на дне нашли останки нескольких раков-отшельников и морских моллюсков, которые случайно упали в дыру и не смогли выбраться. Нашли и двух из трех пропавших дайверов, которые, очевидно, погрузились слишком глубоко. О последней находке оперативно уведомили местные власти, но те решили, что их лучше не трогать, так как "они обрели покой".
Но самое неожиданное — исследователи обнаружили здесь керамические черепки древней цивилизации майя. Как они там оказались? На деле все просто: майя, почитавшие голубые дыры как врата в подземный мир, приплывали к Большой голубой дыре на лодках и совершали подношения — и то, что они бросали в воду тысячелетия назад, сохранилось на дне в нетронутом виде.
Научная ценность
Большая голубая дыра — это не просто природный парк развлечений для туристов и дайверов, а естественная капсула времени.
Бескислородное дно сохраняет осадки в нетронутом виде тысячелетиями. Изучая эти слои, ученые могут восстанавливать климатическую историю региона с поразительной точностью. Например, исследования 2018 года показали, что в IX веке на полуостров Юкатан обрушилась череда засух, которые стали одной из ключевых причин коллапса некогда могучей цивилизации майя. Ранее же факт ее падения был предметом нескончаемых споров и антинаучных спекуляций. Получается, что на дне пещеры лежал ответ на одну из величайших загадок древней истории.
Кроме того, у Большой голубой дыры есть и астробиологическая ценность: изучая бескислородные зоны структуры, ученые проводят параллели с подледными океанами на некоторых потенциально обитаемых спутниках Юпитера и Сатурна — там тоже могут царить экстремальные условия на грани пригодности для жизни. Оценить пределы земной жизни — значит лучше понять, где вести поиски в Солнечной системе.
Интересный факт: кольца Сатурна настолько большие и яркие, что их видно в относительно небольшие телескопы с Земли с расстояния, превышающего миллиард километров.
Этот снимок был сделан 3 октября 2018 года немецко-французским посадочным модулем MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) во время его "падения" на поверхность 900-метрового астероида Рюгу в рамках миссии Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) "Хаябуса-2". На изображении запечатлен момент, когда MASCOT находился всего в нескольких метрах от астероида.
MASCOT отделился, когда "Хаябуса-2" находился на высоте около 50 метров от астероида, начав спуск, который занял 20 минут. Всего модуль передал 20 снимков, показав детали грубой, усеянной валунами поверхности астероида. Они стали важными ориентирами для основного зонда при сборе образцов, которые 5 декабря 2020 года были доставлены на Землю. Их анализ выявил органические молекулы и воду, ставшие дополнительным подтверждением гипотезы о ключевой роли астероидов в зарождении жизни на Земле.
После успешной посадки MASCOT проработал на Рюгу 17 часов и 7 минут — немного дольше запланированных 16 часов. За это время модуль дважды менял свою позицию с помощью внутреннего маятникового механизма и провел научные измерения в четырех различных точках. Полученные данные позволили установить, что Рюгу — это груда слипшихся обломков, которые сформировались в результате разрушения более крупного небесного тела.
18 февраля 2021 года в кратере Езеро "примарсианился" ровер NASA Perseverance — аппарат, отправленный на Красную планету с одной из самых амбициозных задач в истории изучения космоса: поиском возможных следов древней внеземной жизни.
49-километровый кратер Езеро выбрали не случайно. Миллиарды лет назад, в раннюю эпоху существования Марса — так называемый Нойский период, — это ударное образование представляло собой озеро глубиной в сотни метров, куда впадала река, формируя классическую дельту, которая в общем-то ничем не отличается от земных.
А там, где на Земле есть вода и осадочные породы, там же чаще всего сохраняются и следы древней жизни — именно эта логика легла в основу выбора места посадки.
Ingenuity — вертолет, который изменил правила игры
Вместе с Perseverance на Марс прилетел маленький вертолет Ingenuity — первый в истории летательный аппарат, совершивший 19 апреля 2021 года управляемый полет в атмосфере другой планеты.
Изначально рассчитанный всего на пять испытательных взлетов и посадок в течение 30 марсианских дней, он в итоге выполнил 72 полноценных вылета, проработав почти три года и превратившись в полноценного разведчика, который помогал команде миссии выбирать маршруты для ровера. Полеты завершились 18 января 2024 года, когда вертолет повредил лопасти ротора при жесткой посадке.
В июле 2022 года ровер добрался до дельты и приступил к детальному изучению местности, собирая образцы — часть анализировалась прямо на месте, а другая надежно упаковывалась в герметичные титановые капсулы для возможной доставки на Землю в будущем.
За почти пять лет работы было установлено следующее:
Кратер Езеро однозначно был озером. Слоистые осадочные породы, которые могли сформироваться только при продолжительном воздействии воды, подтвердили многолетние гипотезы, основанные на снимках с орбиты. Кроме того, это указывает на то, что в истории Марса был период, когда вода на поверхности присутствовала стабильно в течение долгого времени — вероятно, миллионы лет.
Река, впадающая в Езеро, была очень бурной, доставляющей в озеро крупную породу, которая сформировалась в совершенно другой, удаленной области Марса. Это, кстати, открыло возможность изучать геологию регионов, которые Perseverance физически не способен посетить.
На Красной планете процветала вулканическая активность — и даже рядом с Езеро был вулкан. Это подтверждает природа дна кратера: оно оказалось магматическим, сформированным из застывшей лавы. Это открытие стало неожиданностью и сделало регион еще более интересным местом для поиска возможных следов древней жизни.
Помимо этого, марсоход обнаружил большое количество органических молекул, включая связанные с сульфатами. Это потенциально важный индикатор: на Земле подобные комбинации нередко ассоциируются с биологическими процессами.
В июле 2024 года, изучая породу, которая в итоге получила название "Водопад Чейава" (англ. Cheyava Falls), марсоход обнаружил на ее поверхности своеобразные пятнистые структуры — светлые пятна с темной каймой, внешне напоминающие леопардовый окрас. Химический анализ показал наличие в них соединений железа и фосфата, а также органического углерода.
На Земле подобные структуры часто образуются в результате химических реакций, которые "подпитывают" микроорганизмы, — то есть теоретически могут указывать на древнюю микробную активность.
Однако ученые NASA подчеркивают: абиогенное (небиологическое) происхождение этих структур исключать нельзя. Эта находка — одна из главных причин, почему так важно доставить образцы на Землю: марсоходы просто не оснащены инструментами, способными дать окончательный ответ на месте.
Была ли на Марсе жизнь?
Точного ответа на этот вопрос по-прежнему нет. Данные, собранные Perseverance, а ранее и марсоходом Curiosity, дают лишь косвенные указания на то, что планета-соседка когда-то могла быть обитаемой — разумеется, речь исключительно о микроорганизмах, а не о чем-то более сложном.
Окончательный ответ смогут дать только земные лаборатории, оснащенные оборудованием, доставка которого на Марс стоила бы так дорого, что никакой бюджет не выдержит.
Однако и тут есть загвоздка: миссия по доставке образцов (Mars Sample Return), совместный проект NASA и Европейского космического агентства (ESA), столкнулась с серьезными бюджетными и техническими сложностями.
Первоначально доставить образцы обещали в первой половине 2030-х годов, но позже агентства признали невозможность уложиться в озвученные сроки. Затем NASA столкнулось с сокращением бюджета и миссия Mars Sample Return отправилась в долгий ящик. Ситуация настолько плачевная, что NASA пришлось даже отказаться от услуг компании Lockheed Martin, которая просила "всего" три миллиарда долларов за реализацию миссии (без какого-либо повышения цен в процессе подготовки). Напомню, что первоначальная стоимость миссии Mars Sample Return оценивалась в семь миллиардов.
Вероятно, марсианские образцы все же окажутся на Земле в 2030-х годах, но с подачи Китая, в планах которого такая задача имеется. Китайское национальное космическое управление пообещало сделать это раньше всех, и я почему-то не сомневаюсь, что именно так и произойдет.
Около 300 миллионов лет назад, в каменноугольном периоде, над древними лесами рассекало воздух существо, которому в небе не было равных. Его имя — меганевра (лат. Meganeura), и это крупнейшее летающее насекомое, когда-либо жившее на Земле.
Несмотря на внешнее сходство с современными стрекозами, меганевра — не их прямой предок. Она принадлежит к вымершему отряду Meganisoptera, который представляет собой самостоятельную ветвь эволюции. Настоящие стрекозы (лат. Odonata) пошли по другому пути от общего с меганеврой предка. Установить это помогло ключевое анатомическое отличие в строении крыла: у меганевры отсутствовал нодус (узелок) — особое утолщение на переднем крае крыла, которое у современных стрекоз обеспечивает жесткость и гасит вибрации при активном полете.
Первые окаменелости меганевры были найдены в 1880 году во французской угольной шахте в Коммантри и описаны палеонтологом Шарлем Броньяром в 1885 году. Среди них — отпечатки крыльев с четкой сетчатой структурой жилок. Позже, уже в XX веке, более полные образцы нашли во Франции, Германии и Великобритании — в том числе в угольных шахтах Болсовера в графстве Дербишир.
И этих немногочисленных находок было достаточно, чтобы палеонтологи смогли восстановить анатомию, аэродинамику и даже примерный образ жизни древнего гиганта.
Итак, сегодня известно, что длина тела взрослой особи достигала 43 сантиметров, а размах крыльев — 65–70 сантиметров. Это был активный хищник: мощные зазубренные челюсти, цепкие лапы для захвата добычи в полете и огромные фасеточные глаза, обеспечивающие обзор почти на 360 градусов. Меганевра охотилась на более мелких наземных и летающих насекомых, а также на небольших земноводных, поедая добычу прямо на лету.
Почему меганевры были такими огромными
Насекомые дышат принципиально иначе, чем мы. У них нет легких и гемоглобина для переноса газов кровью — кислород поступает в ткани через систему мельчайших трубочек, трахей, которые пронизывают все тело. Чем крупнее насекомое, тем длиннее эти трубочки — и, следовательно, тем сложнее доставляется кислород до наиболее удаленных от кутикулы клеток.
В каменноугольном периоде это физико-биологическое ограничение обходилось само собой: концентрация кислорода в земной атмосфере достигала 35%, что на 14% больше нынешнего показателя. При таком кислородном изобилии трахейная система работала эффективнее, позволяя насекомым вырастать до невиданных размеров.
В пользу гипотезы кислородного гигантизма говорит не только меганевра. В том же каменноугольном периоде существовали двупарноногие многоножки артроплевры длиной до 2,6 метра и сухопутные пульмоноскорпионы длиной до 70 сантиметров. Фактически весь членистоногий мир той эпохи был по меркам сегодняшнего дня чудовищно огромным.
Почему меганевры не выжили бы сегодня
Физика трахейного дыхания при нынешней концентрации кислорода накладывает жесткое ограничение на размер насекомых — примерно 15–20 сантиметров размаха крыльев для летающих форм. Все, что крупнее, просто не смогло бы дышать — кислород не добирался бы до внутренних тканей.
Есть и второе ограничение — механическое. Полет требует мощной мускулатуры. У насекомых мышцы крепятся к внешнему скелету — хитиновому панцирю. При увеличении размера масса тела растет быстрее, чем прочность панциря, и в какой-то момент конструкция просто перестает работать — крупное насекомое рискует раздавить само себя собственным весом.
Как же это ограничение обходили гиганты каменноугольного периода? Снова благодаря кислороду. При его концентрации в 35% мышцы древних гигантов выдавали колоссальную мощность при относительно небольшом объеме и весе. Меганевре просто не нужны были огромные, тяжелые мышечные волокна, которые перегрузили бы ее хитиновый скелет — ее мускулатура была легкой, но при этом сверхэффективной.
Сегодня, при концентрации кислорода в 21%, чтобы поднять в воздух полуметровое тело, современному насекомому потребовался бы такой объем мышечной массы, который хитиновый панцирь просто не смог бы выдержать физически. Именно поэтому современные летающие гиганты — вроде палочников, жуков-голиафов и дровосеков-титанов — находятся у самой границы того, что в принципе физически возможно.
Почему меганевра вымерла
Меганевра просуществовала около 50 миллионов лет — по любым меркам перед нами крайне успешная эволюционная история. Однако закат этих стрекозоподобных существ был предопределен изменением климата: к концу каменноугольного периода леса стремительно редели, а концентрация кислорода в атмосфере неумолимо падала. Для меганевры это означало одно — ее трахейная система, идеально работавшая при 35% кислорода, банально переставала справляться. Экологическая ниша гигантских насекомых сжималась, пока не исчезла вовсе.
Когда гигантские насекомые окончательно вымерли, их место в воздухе заняли примитивные летающие позвоночные. Они принесли с собой легкие — систему дыхания, которая не накладывает таких жестких ограничений на размер тела. В небе появились новые хозяева, свободные от ограничений, когда-то погубивших прежних властелинов неба.
На протяжении тысячелетий звезды казались людям лишь яркими точками на черном полотне ночного неба. Даже после изобретения телескопа астрономы не могли рассмотреть детали их поверхности: из-за колоссальных расстояний все звезды — не считая Солнца — продолжали выглядеть как крошечные источники света без хоть сколько-нибудь различимой структуры.
Лишь в последние десятилетия развитие технологий позволило получить изображения дисков некоторых звезд, и Антарес стал одним из первых объектов, чья поверхность была детально изучена.
Антарес — ярчайшая звезда в созвездии Скорпиона и один из самых известных красных сверхгигантов на небе. Его название происходит от древнегреческого "Анти-Арес", то есть "соперник Марса". Такое имя звезда получила из-за красновато-оранжевого цвета, напоминающего окраску планеты. От Земли Антарес отделяют примерно 550 световых лет.
Антарес — умирающая звезда, которая уже давно исчерпала запасы водорода в своем ядре и раздулась до гигантских размеров. По оценкам астрономов, в течение нескольких или тысяч лет это далекое светило завершит свой эволюционный путь грандиозной вспышкой сверхновой — взорвется.
Антарес примерно в 700 раз больше нашего Солнца. Если бы эта звезда оказалась в центре Солнечной системы, ее внешние оболочки простирались бы далеко за орбиту Марса, достигая пояса астероидов. Все планеты земной группы, включая Меркурий, Венеру, Землю и Марс, были бы поглощены этим сверхгигантом.
Несмотря на столь колоссальные размеры, масса Антареса всего в 12 раз больше массы Солнца. Это говорит о том, что вещество звезды крайне разрежено. Однако планеты, оказавшиеся внутри ее оболочки, все равно не уцелели бы: высокая температура и потоки раскаленной плазмы быстро разрушили бы их.
Красный цвет Антареса обусловлен относительно низкой температурой его поверхности — около 3 400 градусов Цельсия. Для сравнения, поверхность Солнца разогрета примерно до 5 500 градусов. При такой температуре звезда излучает преимущественно в красной и инфракрасной частях спектра, что и придает ей характерный оттенок. Низкая температура указывает на то, что звезда пребывает на очень поздней стадии эволюции. Связано это с тем, что, когда массивная звезда исчерпывает запасы водорода в ядре, она начинает сжигать гелий, углерод и другие более тяжелые элементы, появившиеся в ходе нуклеосинтеза. Это приводит к расширению звезды и охлаждению ее поверхности.
Именно колоссальный размер Антареса позволил астрономам впервые получить детальное изображение его диска. Для этого ученые использовали комплекс Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили. Когда его телескопы работают совместно в режиме интерферометра (VLTI), они фактически превращаются в один огромный супертелескоп с разрешением, достаточным для того, чтобы различить структуру звездного диска.
На полученном изображении видны неоднородности на поверхности Антареса — яркие и темные области, вызванные конвекцией и движением газа в звездной атмосфере. Это гигантские ячейки горячего и холодного вещества, поднимающиеся из глубин и опускающиеся обратно, подобно кипящей воде, только в несопоставимо больших масштабах.
Наблюдения за Антаресом не только демонстрируют возможности современной астрономии, но и дают ключ к пониманию последних этапов жизни массивных звезд. Красные сверхгиганты — это звезды, стоящие на пороге катастрофы. В объектах такого рода идут термоядерные реакции синтеза все более тяжелых элементов, предел которых определяется накоплением в ядре железа. Железо не может участвовать в термоядерном синтезе с выделением энергии, поэтому система теряет стабильность — хрупкий баланс между внутренним давлением и гравитационным сжатием нарушается. За доли секунды ядро коллапсирует, а затем звезда взрывается, разбрасывая свое вещество по окружающему пространству.
Когда звезда Антарес взорвется, ее вспышку можно будет наблюдать даже днем невооруженным глазом в течение нескольких недель или месяцев. Взрыв обогатит окружающее пространство тяжелыми элементами, из которых со временем сформируются звезды следующего поколения и планеты.
По факту это яркий пример симбиоза: грибы получают сахара от растений, а растения — дополнительную воду и минералы из почвы. Но сформированная сеть обладает куда более обширным функционалом, чем просто обмен ресурсами.
Через микоризу растения передают химические и даже электрические сигналы. Если дерево подвергается атаке вредителей, оно выделяет в сеть вещества, предупреждающие соседние деревья об угрозе. Те, считав сигнал, тут же начинают вырабатывать защитные токсины заранее — до того, как вредители доберутся и до них.
Растения также используют сеть для распознавания родственников. Исследования показали, что взрослые деревья передают больше питательных веществ своим "детям" и меньше — чужим. Старые деревья и вовсе активно поддерживают все молодые растения вокруг, щедро делясь ресурсами.
Важно отметить, что это не сознательная коммуникация и растения не обладают интеллектом, но перед нами некое подобие распределенной "нервной системы" — базовые принципы нейронной коммуникации без мозга и нейронов. Лес — не набор обособленных организмов, а единая информационная сеть, где каждое дерево — и приемник, и передатчик.
Эта история о земной воде, которая оказалась надежно изолированной от дневного света и участия в гидрологическом цикле с тех пор, как на Земле еще даже не появилась многоклеточная жизнь. О воде, которая находится под толщей горных пород дольше, чем существовали динозавры — да что там динозавры, она пребывает в таком состоянии дольше, чем существует кислородная атмосфера планеты в ее современном виде.
Все началось в медно-цинковом руднике Кидд-Крик в канадской провинции Онтарио — одной из самых глубоких шахт в мире. В 1980-х годах геологи заметили, что на глубине около 2,4 километра из трещин в породе сочится вода, и ради удовлетворения любопытства решили выяснить, сколько ей лет.
Первые оценки шокировали — воде оказалось порядка 1,5 миллиарда лет. Это тут же стало рекордом среди всех известных источников подземных вод. По мере углубления шахты ученые продолжали исследовать глубинные воды и терпеливо дожидаться появления технологий, которые позволили бы более точно установить возраст находок.
В 2016 году международная команда исследователей, которую возглавила профессор геохимии Барбара Шервуд Лоллар из Университета Торонто, смогла получить образцы воды из той же шахты с глубины около трех километров. Анализ показал, что возраст этой изолированной влаги составляет примерно 2,64 миллиарда лет!
Для сравнения: сама Земля существует около 4,54 миллиарда лет, а первые многоклеточные* организмы появились на планете примерно 1,63 миллиарда лет назад.
*Согласно предыдущим оценкам, Франсвильская биота — одна из наиболее ранних форм многоклеточной жизни возрастом около 2,1 миллиарда лет. Однако сегодня ученые все же сходятся во мнении, что это был не полноценный многоклеточный организм, а сложная колония одноклеточных. Следовательно, я буду оперировать исключительно подтвержденной информацией.
Как вообще можно датировать воду?
Для этого геохимики исследуют изотопный состав благородных газов и продукты радиоактивных процессов, накопившиеся в жидкости и окружающих породах. В частности, ключевое значение имеют гелий, неон, аргон, а также криптон и ксенон.
Естественный радиоактивный распад в породе на протяжении эонов приводит к образованию и накоплению определенных изотопов и газов. Измерив их точную концентрацию, сегодня ученые могут с высокой точностью определить, как долго влага была отрезана от внешнего мира.
Почему она "выпала" из цикла
Обычный гидрологический цикл — это непрерывный круговорот: испарение с поверхности океанов и суши → конденсация в облаках → осадки → сток по рекам или просачивание в грунтовые воды → и рано или поздно возвращение в атмосферу.
Даже подземные воды в обычных водоносных горизонтах, являющиеся наиболее медленной составляющей этого цикла, обычно обновляются за годы, столетия, тысячелетия, а в некоторых случаях — за десятки тысяч лет.
Вода в Кидд-Крик оказалась заключена в трещинах и порах древней кристаллической породы возрастом около 2,6–2,7 миллиарда лет. Эти пласты имеют крайне низкую проницаемость, поэтому скрытая на глубине влага полностью изолирована от процессов на поверхности планеты и обычных водоносных горизонтов.
По сути, перед нами не подземная река и не грунтовые воды в привычном смысле, а изолированный объем жидкости, сохранившийся в толще очень древней породы.
Таким образом, эта вода буквально выпала из гидрологического цикла. Уже более двух миллиардов лет она не смешивается с постоянно обновляющимися поверхностными водами, не попадает в океан и, следовательно, не оказывается в атмосфере для последующей конденсации и выпадения в виде осадков.
Можно ли эту воду выпить?
Физически можно, но точно не стоит. Во-первых, она чрезвычайно соленая — примерно в 10 раз солонее современной морской воды. Такая экстремальная концентрация соли объясняется тем, что в очень далеком прошлом эти пласты были дном древнего океана, а за прошедшие миллиарды лет запертая в микротрещинах влага непрерывно реагировала с породой, буквально высасывая из нее минералы.
По воспоминаниям самой Барбары Шервуд Лоллар, которая все же рискнула попробовать каплю этой жидкости на язык, она оказалась невероятно горькой и вязкой, похожей по консистенции на сироп. Кроме того, вода имеет характерный запах тухлых яиц, обусловленный содержанием растворенных соединений серы, включая сероводород.
В этой воде нашли жизнь
Несмотря на миллиарды лет изоляции, отсутствие доступа к солнечному свету и практически полное отсутствие кислорода, в этих глубинных водах обнаружили следы активной микробной жизни.
Микроорганизмы здесь не могут получать энергию от Солнца. Вместо этого они используют химическую энергию, возникающую благодаря взаимодействию воды с окружающими минералами. Один из ключевых процессов — радиолиз воды. Естественный радиоактивный распад элементов в породе приводит к расщеплению молекул воды и образованию молекулярного водорода, который служит топливом для подземных обитателей.
Что же это за существа? Ученые обнаружили там уникальные бактерии-камнееды (литотрофы), не встречающиеся на поверхности планеты. Основу этого скрытого мира составляют сульфатредуцирующие бактерии рода Desulfotomaculum, которые вместо кислорода дышат сульфатами, и бактерии рода Fuchsiella, преобразующие водород в питательные вещества.
Эти древние микробы живут в режиме жесткого энергосбережения: в то время как обычные бактерии делятся каждые 20 минут, обитатели Кидд-Крик предпочитают делиться раз в несколько столетий.
Ценность открытия для астробиологии
Если микробные экосистемы способны существовать глубоко под поверхностью Земли, используя исключительно энергию геохимических процессов, возникает справедливый вопрос: может ли нечто похожее происходить на других небесных телах?
В первую очередь исследователей интересует Марс, под поверхностью которого, скорее всего, скрывается жидкая вода. Вкупе с минералами и источниками химической энергии это может обеспечить условия для поддержания микробной жизни, зародившейся в далеком прошлом, когда Красная планета была более дружелюбным миром. Более того, похожие изолированные миры ученые надеются обнаружить в подледных океанах спутников Юпитера и Сатурна — Европы и Энцелада соответственно.
Именно поэтому глубинная биосфера Земли так важна для астробиологии. Она наглядно доказывает: для процветания жизни свет родительской звезды и какой-то особый состав атмосферы — вовсе необязательные компоненты.
А теперь представьте, если окажется, что практически все небесные тела Солнечной системы — по крайней мере, их глубины — населены уникальными живыми существами, появившимися независимо друг от друга.
На этом я заканчиваю, но оставляю вам эту пищу для размышления.
На первый взгляд может показаться, что ответ очевиден: жизнь на Земле появилась один раз и после этого начала развиваться. Из первых примитивных организмов постепенно возникли бактерии, археи, растения, животные и в итоге мы сами.
Но на самом деле вопрос, вынесенный в заголовок, гораздо сложнее.
Итак, нет никаких сомнений, что жизнь на Земле существует. И нам известно, что она появилась несколько миллиардов лет назад. Но мы не знаем, сколько раз природа пыталась дать ей начало и сколько раз у нее это выходило.
Все живые организмы устроены удивительно похоже. Бактерии, грибы, деревья, киты и человек используют ДНК и РНК для хранения и передачи информации, белки собираются из аминокислот, а клетки используют АТФ как универсальную энергетическую валюту. Особенно интересно то, что генетический код у всех живых существ тоже почти один и тот же.
И это, разумеется, не совпадение. Все многообразие жизни, которое мы наблюдаем на Земле сегодня, восходит к одному общему корню — последнему универсальному общему предку, которого называют LUCA. Важно отметить, что в строгом научном смысле LUCA не был первым живым организмом на Земле. Это скорее последняя общая точка, от которой разошлись все ветви современной жизни.
А дальше начинается самое интересное.
Тот факт, что вся современная жизнь имеет общего предка, вовсе не доказывает, что жизнь зародилась только один раз. Это говорит лишь о том, что до наших дней дошла одна успешная линия.
На ранней Земле были океаны, вулканическая активность, химически богатая среда, источники энергии, органические молекулы и миллионы лет для экспериментов. В таких условиях могли появляться разные формы протожизни — простые химические системы, способные к росту, обмену веществ и примитивному наследованию. Но в итоге выжить смогла только одна линия.
Представьте не одно древо жизни, которое выросло из единственного семени, а целый лес разных деревьев. Где-то химическая система оказалась нестабильной и распалась. Где-то она не смогла надежно передавать информацию дальше. Где-то одна линия жизни банально не выдержала конкуренции с другой. И вот, спустя сотни миллионов лет, осталась только одна линия, давшая начало полноценной биологической эволюции.
С этого момента у единственной выжившей линии появилось огромное преимущество. Она уже не просто пассивно существовала в среде, а меняла ее под себя. Первые успешные организмы использовали доступные молекулы, занимали удобные экологические ниши и буквально "съедали" химические ресурсы, из которых теоретически могла бы вновь зародиться жизнь.
Поэтому есть вероятность, что на ранней Земле жизнь зарождалась неоднократно, но все эти эксперименты — кроме одного-единственного — оказались провальными. И свидетельства этого могли быть давно уничтожены: молекулы разрушились, породы переработали геологические процессы, океаны и суша изменились, а самая успешная линия жизни заняла всю планету.
Стоит упомянуть одну любопытную гипотезу, согласно которой на Земле может существовать "теневая биосфера" — организмы с другой биохимией, не похожей на нашу. Например, с другим набором молекул или необычным способом обмена веществ. Проще говоря, где-то может скрываться еще одна линия жизни, дошедшая до наших дней. Однако никаких доказательств в пользу этого нет. Все найденные организмы, какими бы странными они ни были, все равно принадлежат к тому же древу жизни, что и мы.
14 января 2005 года спускаемый аппарат Европейского космического агентства (ESA) "Гюйгенс" совершил мягкую посадку на поверхность Титана, одного из сотен спутников Сатурна. Это событие — единственная в истории человечества посадка во внешней Солнечной системе, за пределами пояса астероида, раскинувшегося между орбитами Марса и Юпитера.
"Гюйгенс" назвали в честь голландского астронома Христиана Гюйгенса (14 апреля 1629 года — 8 июля 1695 года), открывшего Титан 25 марта 1655 года — спустя три с половиной века аппарат, носящий его имя, коснулся поверхности спутника, который ученый когда-то видел лишь смазанным пятнышком в свой примитивный телескоп.
Сам аппарат провел почти семь лет в полете, прикрепленный к орбитальному зонду NASA "Кассини", и был отделен от него за три недели до сближения с Титаном, чтобы затем нырнуть в атмосферу спутника на скорости около 20 000 км/ч.
Любопытная деталь: "Гюйгенс" проектировался прежде всего как атмосферный зонд, а не посадочный модуль. Ключевой задачей его миссии было изучение плотной атмосферы Титана во время медленного спуска, который длился 2 часа 27 минут 50 секунд, а успешное достижение поверхности рассматривалось скорее как приятный бонус, чем четко запланированный результат. Ученые, готовя миссию, понятия не имели, куда упадет зонд — на твердый грунт, в метановое озеро или в какую-нибудь вязкую полужидкую массу. Поэтому "Гюйгенс" проектировали так, чтобы он мог не только сесть на каменистую или ледяную поверхность, но и продержаться на плаву.
Необычная поверхность
Данные акселерометра показали, что когда "Гюйгенс" коснулся поверхности, то оставил после себя 12-сантиметровое углубление, отскочил на ровную поверхность, проскользнул около 30 сантиметров и лишь затем окончательно замер.
Физик Джон Зарнецки, один из ведущих специалистов миссии, впоследствии образно сравнил консистенцию поверхности Титана с кремом-брюле — твердая корочка сверху, под которой скрывается куда более мягкий, влажный материал.
Точное строение коры и ее состав — вопрос открытый.
Потерянная половина данных
Информация с "Гюйгенса" должна была передаваться по двум независимым радиоканалам — А и Б — каждый со своим передатчиком и приемником, что в теории должно было позволить передать за ограниченное время куда больше данных.
Так как "Гюйгенс" двигался относительно "Кассини", находящегося на орбите, частота сигнала смещалась в зависимости от их взаимной скорости (эффект Доплера), и приемник нужно было заранее настроить на это смещение.
Для канала Б все сделали правильно. А вот команду для канала А, которая должна была включить приемник "Кассини", инженеры забыли добавить в программу полета еще на этапе подготовки миссии. Из-за этого приемник не был включен и не мог захватить сигнал — половина данных была потеряна безвозвратно.
Час ожидания
Расстояние от Земли до Сатурна настолько велико, что радиосигналу требовалось 67 минут, чтобы долететь до нашей планеты. Поэтому, когда ESA узнало об успешной посадке, аппарату оставалось жить всего несколько минут (после посадки он проработал 72 минуты), а значит отдать какую-либо команду "Гюйгенсу" уже физически было невозможно.
Когда успех миссии был подтвержден, центр управления разразился аплодисментами. А в это время на поверхности чужого мира в полном одиночестве сидел наш посланник, усердно передающий последние данные в своей недолгой жизни.
Перед вами удивительное цветное изображение Нептуна, "сшитое" из двух снимков, полученных космическим аппаратом NASA "Вояджер-2" 24 августа 1989 года.
"Вояджер-2" — единственный рукотворный объект, который когда-либо посещал систему самой дальней от Солнца планеты Солнечной системы.
На снимке видны три захватывающих атмосферных образования (подписаны на снимке ниже):
Большое темное пятно (БТП) — антициклон, напоминающий знаменитое Большое красное пятно Юпитера. Однако в отличие от юпитерианского вихря, существующего столетиями, БТП Нептуна исчезло к 1994 году.
«Скутер» — белое треугольное облако, получившее свое прозвище за невероятную скорость движения. Оно совершает полный оборот вокруг планеты всего за несколько часов!
Малое темное пятно (МТП) — циклон в южном полушарии, исчезнувший одновременно с БТП в 1994 году. Ученые предполагают, что между этими образованиями была какая-то связь, но ее природа остается загадкой.
Все эти атмосферные структуры двигались на восток с разной скоростью и редко оказывались так близко друг к другу. Так что "Вояджеру-2" несказанно повезло запечатлеть их вместе.
Следующее свидание с Нептуном запланировано на 2049 год. Это может произойти в рамках миссии NASA Neptune Odyssey, запуск которой намечен на 2031 год.
Миссия Neptune Odyssey может стать настоящим прорывом в изучении системы Нептуна. Ученые планируют детально исследовать атмосферу планеты, изучить ее магнитное поле и внутреннюю структуру, а также проанализировать состав колец и спутников. Особое внимание хотят уделить Тритону — одному из самых загадочных спутников в Солнечной системе, чью поверхность покрывает азотный лед.
Пока же ученым придется еще четверть века довольствоваться крупицами данных, переданных легендарным "Вояджером-2".
На изображении — безымянная галактика, удаленная примерно на 5,7 миллиарда световых лет от нас. Этот кадр — результат объединения данных, полученных с помощью космической рентгеновской обсерватории NASA "Чандра" и наземного комплекса радиотелескопов ALMA (Чили).
Яркое пятно в центре представляет собой раскаленный газопылевой "кокон" вокруг сверхмассивной черной дыры. Темные зоны сверху и снизу — области холодного газа.
Обычно черные дыры рассматриваются как разрушители, но этот объект доказывает, что не все так однозначно. Мощные струи плазмы (джеты), вырывающиеся из окрестностей дыры, не разгоняют окружающую материю, а напротив — запускают производство холодного газа.
У некоторых возникнет вопрос:
"Как раскаленная струя плазмы может что-то охладить?"
На первый взгляд это действительно звучит иррационально. Это как пытаться заморозить воду огнеметом.
Но тут весь секрет в физике расширения. Джеты, двигаясь с огромной скоростью, выталкивают газовые облака подальше от черной дыры. Там газ начинает стремительно расширяться, теряя энергию и... остывая. Именно этот холодный газ — ключевой компонент для рождения новых звезд.
Все это формирует замкнутый цикл: черная дыра стимулирует звездообразование, чтобы потом "полакомиться" частью новых светил. В будущем, испуская новые джеты, она станет причиной появления следующего поколения звезд. И все повторится вновь, пока запасы окружающего газа не подойдут к концу — лишь тогда черная дыра уснет.
Олимп — не просто крупнейший вулкан Марса. Это самая высокая известная гора во всей Солнечной системе. Если измерять от подножия до вершины, то его высота достигает примерно 26 километров, а диаметр основания составляет около 500 километров.
Для сравнения: высочайшая гора Земли — Эверест — имеет высоту 8 849 метров над уровнем моря. Олимп почти втрое выше.
При этом, если бы вы оказались на его склоне, то вряд ли поняли бы, что стоите на гигантской горе. Склоны Олимпа очень пологие: подъем настолько растянут, что напоминает скорее "бесконечную" равнину, чем типичный вулканический пик. Лишь из космоса становится ясно, насколько огромна эта структура.
Олимп — ярчайший пример щитового вулкана. Такие вулканы образуются, когда жидкая лава медленно растекается на огромные расстояния. Лава затвердевает, и следующее извержение покрывает ее новым слоем, что приводит к естественному увеличению размеров горы. На Земле похожим образом сформировались вулканы Гавайев, хотя марсианский гигант превосходит их во много раз.
Причина таких размеров связана сразу с несколькими особенностями Марса. Во-первых, сила тяжести там значительно ниже земной, поэтому вулканы могут вырастать гораздо выше, не разрушаясь под собственным весом. Во-вторых, на Марсе, вероятно, не было активной горизонтальной тектоники плит земного типа. Из-за этого горячая точка под поверхностью могла очень долго оставаться на одном месте, подпитывая Олимп новыми потоками лавы.
Особого внимания заслуживает тот факт, что основание Олимпа окаймлено уступом высотой в несколько километров, отдельные особенности которого напоминают структуры, которые на Земле возникают при взаимодействии лавы и воды. Одна из наиболее любопытных гипотез предполагает, что Олимп сформировался рядом с древним океаном или же был гигантским вулканическим островом.
Если эта гипотеза верна, то речь идет о событиях миллиардолетней давности — задолго до того, как планета превратилась в промерзлую пустыню.
Сегодня Олимп считается потухшим вулканом, хотя в прошлом он мог не только часто извергаться, но и оставаться активным дольше, чем большинство других вулканов Красной планеты.
Среди множества удивительных снимков Плутона, переданных космическим аппаратом NASA "Новые горизонты" после исторического пролета 14 июля 2015 года, фотография горы Райт занимает особое место.
Изображение этого объекта стало одним из ключевых доказательств того, что карликовая планета на окраине Солнечной системы гораздо активнее, чем предполагалось.
Что такое гора Райт
Гора Райт (англ. Wright Mons) — необычное образование, расположенное в юго-западной части Области Томбо, знаменитого светлого региона в форме сердца на поверхности Плутона. Диаметр этого региона составляет около 2 300 километров, и именно здесь обнаружены одни из самых интересных геологических особенностей карликовой планеты.
Сама гора также впечатляет своими размерами: диаметр ее основания составляет примерно 150 километров, а высота — около четырех километров. Для сравнения, высота Эвереста составляет 8 849 метров. На вершине горы Райт находится огромная впадина диаметром 56 километров с характерной бугристой текстурой по краям, что делает ее похожей на кальдеру земных вулканов.
Криовулканизм на Плутоне
Гора Райт представляет собой криовулкан — гигантское ледяное геологическое образование, которое вместо расплавленной горной породы извергает жидкую и газообразную смесь ("криолаву") из воды, аммиака, азота и метана. При экстремально низких температурах Плутона, в среднем около минус 230 градусов Цельсия, эти вещества ведут себя подобно лаве на Земле.
Криовулканическая активность на столь удаленном небесном теле — крайне неожиданная находка. До миссии "Новые горизонты" многие планетологи были убеждены, что Плутон — мертвый мир, геологическая активность которого давно прекратилась. Обнаружение горы Райт вкупе с другими признаками относительно недавней геологической активности полностью изменило это представление.
Подповерхностный океан
Существование криовулканов на Плутоне дает серьезные основания предполагать, что под его ледяной корой скрывается огромный резервуар жидкой воды — возможно, целый подповерхностный океан. Если это так, то в недрах Плутона все еще может сохраняться внутренняя энергия, оставшаяся после его формирования. Кроме того, его недра частично могут разогреваться приливными силами Харона — крупнейшего из пяти спутников.
Гипотезу о наличии подповерхностного океана подкрепляют и другие наблюдения. Например, в Области Томбо практически отсутствуют крупные кратеры, а значит, по космическим меркам поверхность здесь молодая — ей не более 100 миллионов лет. Это означает, что геологические процессы на Плутоне протекали сравнительно недавно и, вероятно, в какой-то форме сохраняются и сейчас.
Один очень известный "инженер", обожающий рассказывать басни о скорой колонизации Марса, неоднократно предлагал устроить ядерные взрывы над полюсами Красной планеты, чтобы быстро испарить замерзшие вещества, насытить атмосферу газами и сделать ее плотнее.
В массовом воображении эта идея выглядит как крайне эффектный шаг к терраформированию: бах! И промерзлая пустыня начинает превращаться в новый дом для человечества.
Все, что для этого нужно, — просто набраться решимости, и дело в шляпе! Или нет?
С Марсом все, разумеется, намного сложнее, чем в подобных фантазиях.
Главная проблема в том, что полярные шапки Марса не являются магическим хранилищем атмосферы. Да, там есть замерзший углекислый газ и водяной лед. Да, если высвободить львиную долю этих запасов и перевести их в газообразное состояние, атмосферное давление действительно увеличится. Но тут возникает разумный вопрос: будет ли этого достаточно, чтобы на планете начались существенные изменения?
И ответ разрушает всю романтику.
Современная атмосфера Марса очень тонкая. Давление у поверхности составляет меньше 1% земного. Поэтому жидкая вода там не может существовать стабильно: она либо быстро испаряется, либо замерзает. Чтобы Марс вновь стал планетой с реками, озерами, морями и мягким климатом, ему нужно не просто немного поднабрать газа, а обзавестись огромной массой атмосферы.
Растопить или испарить полярные шапки — значит лишь немного утолстить этот жалкий газовый слой. По оценкам исследователей, если высвободить углекислый газ из полярных отложений, давление вырастет меньше чем до 15 мбар. Для сравнения, земное давление — около 1 000 мбар.
Таким образом, "ядерные манипуляции" с полярными шапками не только не превратят Марс в теплый мир, но и загрязнят его.
Есть и вторая проблема: вода. Даже если представить, что полярные шапки растоплены, атмосфера чуть "поправилась" и по поверхности хлынули потоки воды, этот эффект будет непродолжительным. Марс слишком холодный, а давление все равно будет крайне низким, так что вода будет испаряться, замерзать, уходить в грунт через трещины и поры, а водяной пар — переноситься к холодным ловушкам, то есть постоянно затененным участкам, и осаждаться там в виде инея и льда.
Третья проблема — сам углекислый газ. В теории он мог бы стать главным парниковым газом для прогрева Марса. Но его доступных запасов на планете недостаточно. Часть древней атмосферы улетучилась в космос. Часть углерода связалась с карбонатными минералами, часть удерживается в грунте и заперта в ледяных клатратах — структурах, где молекулы газа заключены внутри кристаллической решетки водяного льда. Проще говоря, на Марсе нет никакого удобного резервуара с парниковым газом, который только и ждет, чтобы его разогрели и выпустили обратно в атмосферу. Кроме того, невозможно восполнить те потери, что банально покинули планету.
Марсу не просто не хватает тепла. Ему не хватает вещества для создания новой атмосферы.
А теперь добавим еще одну проблему — прямо-таки вишенку на торте. Даже если каким-то чудом создать плотную атмосферу, ее нужно как-то удержать. У Земли есть мощное магнитное поле, защищающее верхние слои атмосферы от непрерывных атак солнечного ветра. Марс же лишен глобального магнитного поля. Поэтому солнечный ветер и излучение разрушали бы и уносили его новую атмосферу в космос.
Это уже происходило. Исходя из имеющихся данных, ранний Марс был более влажным и теплым миром, а значит, его атмосфера была намного плотнее. Но он не смог сохранить ее. Газовая оболочка истончилась, жидкая вода исчезла с поверхности, и Красная планета превратилась в холодную сухую пустыню, которую мы наблюдаем сегодня.
Так почему новая атмосфера должна вести себя иначе?
Конечно, она не исчезла бы мгновенно. Солнечный ветер не ведет себя как ураган, способный за пару дней выдуть всю атмосферу. Это медленный процесс. Но терраформирование — задача на тысячи или даже миллионы лет. Поэтому планета должна не просто получить атмосферу на несколько десятилетий, а поддерживать ее стабильно.
На протяжении десятилетий ученые пытались понять, что же погубило динозавров, безраздельно доминировавших на Земле более 160 миллионов лет. Версий было множество — от постепенного изменения климата и глобального извержения вулканов до эпидемий и конкуренции с набирающими обороты млекопитающими. Но ни одна из гипотез не могла полностью объяснить факт внезапности этого вымирания, который зафиксирован в геологической летописи.
Прорыв случился в конце 1970-х годов благодаря весьма неожиданному научному тандему.
Нестандартное решение
Луис Альварес, лауреат Нобелевской премии по физике, вместе со своим сыном Уолтером Альваресом, геологом, изучали тонкий слой глины в горных породах близ итальянского города Губбио. Этот слой отмечал мел-палеогеновую границу — рубеж около 66 миллионов лет назад, именно тот момент в истории Земли, когда вымерли динозавры.
Уолтер хотел понять, сколько времени заняло формирование этого загадочного тонкого слоя глины, и отец предложил нестандартный подход — измерить концентрацию редкого химического элемента иридия в породе.
Почему именно иридий? Все дело в том, что он крайне редко встречается на поверхности нашей планеты, но зато в изобилии присутствует в астероидах и кометах. Объясняется это очень просто: иридий — тяжелый металл, который при формировании Земли ушел в ядро. Его накопление в осадочных породах происходит с постоянной, предсказуемой скоростью за счет непрерывного "космического дождя" микрометеоритов.
Результат измерений поразил семейный научный дуэт: концентрация иридия в тонком слое глины оказалась в десятки раз выше, чем в окружающих породах. Такой аномальный всплеск нельзя было связать с медленным накоплением элемента, прибывающего на "борту" космической пыли.
В 1980 году команда Альваресов опубликовала в журнале Science революционную статью, в которой выдвинула смелую гипотезу: аномальное количество иридия, зафиксированное на стыке мелового и палеогенового периодов, можно объяснить исключительно падением крупного астероида или кометы. Согласно их расчетам, для такого количества иридия диаметр ударного тела (они склонялись все же к версии с астероидом) должен был составлять около десяти километров. Падение подобного космического камня неминуемо привело бы к катастрофическим последствиям для всей биосферы планеты.
Скептицизм научного сообщества
Научное сообщество ожидаемо встретило гипотезу Альваресов с изрядной долей скепсиса. А многие палеонтологи и вовсе были настроены крайне враждебно, называя работу отца и сына нелепостью. Они были убеждены, что ни физик, ни геолог, не имеющие специального образования в области палеонтологии, банально не имеют права предлагать столь радикальное объяснение одной из величайших загадок эволюции жизни на Земле.
Главным контраргументом палеонтологов был вопрос: если столь огромный астероид действительно упал на Землю, то где доказательства в виде ударного кратера подходящего возраста и размера?
Обнаружение Чикшулуба
Забавно, что это недостающее звено доказательной цепи было найдено вскоре после того, как Альваресы выдвинули свою гипотезу, но ни отец с сыном, ни возмущенное научное сообщество тогда об этом не знали.
В конце 1970-х годов геофизики, работавшие на мексиканскую нефтегазовую и нефтехимическую компанию Pemex, обнаружили в районе полуострова Юкатан огромную кольцевую структуру, покрытую многометровым слоем осадочных пород и частично уходящую в Мексиканский залив. Однако тогда эти данные не получили широкой огласки, потому что Pemex — коммерческая организация, а не член научного сообщества. Компанию интересовали ресурсы и прибыль с их продажи, а не какие-то там странные структуры. Данные пылились в архиве почти десять лет, пока ученые не занялись каталогизацией ударных структур на Земле.
В конце 1980-х годов независимые друг от друга команды исследователей, изучая эти уже давно не нужные Pemex геофизические данные, пришли к выводу, что перед ними — остатки древнего ударного кратера. Он получил название Чикшулуб, по имени ближайшего населенного пункта. По оценкам ученых, диаметр кратера составлял около 180 километров, а возраст, определенный позже при помощи радиометрического датирования, идеально совпал с границей мелового и палеогенового периодов — именно с тем моментом, когда вымерли динозавры.
Триумф гипотезы
Обнаружение кратера Чикшулуб стало решающим доказательством, подтвердившим правоту Альваресов. Дальнейшие исследования лишь пополнили доказательную базу: по всему миру, в породах соответствующего возраста, были найдены и другие следы древней катастрофы — микроскопические частицы шокового кварца (кварц, кристаллическая решетка которого разрушена и деформирована под воздействием гигантского давления), крошечные шарики из расплавленной породы, застывшие после удара, а также следы масштабных цунами и глобальных пожаров, буквально охвативших всю планету.
К началу 1990-х годов гипотеза астероидного удара, первоначально заклейменная как "нелепая спекуляция", превратилась в общепризнанную научную теорию, способную полностью объяснить массовое вымирание в конце мелового периода. К сожалению, Луис Альварес не застал этот момент, покинув мир 1 сентября 1988 года.
Сегодня, когда в распоряжении ученых фантастические возможности моделирования, теория дополняется и уточняется. Так стало известно, что падение астероида вызвало каскад катастрофических последствий: мощнейшие цунами, повсеместные лесные пожары, а затем долгую "ударную зиму" — плотнейшие облака пыли и сажи изолировали земную твердь от солнечного света на годы, что привело к коллапсу большинства пищевых цепочек на планете.
Ранним утром 18 мая 1979 года посадочный аппарат NASA "Викинг-2", работавший на Марсе с 3 сентября 1976 года, передал на Землю уникальный кадр: равнина Утопия, окутанная сверкающим инеем.
На неровной поверхности, усыпанной камнями разных форм и размеров, временно появился тонкий слой замерзшего углекислого газа (CO2) и водяного инея — почти как утренний иней на Земле. В момент съемки температура в районе посадки составляла около −80 °C.
Этот снимок стал одним из первых прямых доказательств наличия водяного льда на Марсе. Кроме того, в месте посадки "Викинга-2" обнаружили минеральные соли, а в рамках экспериментов зафиксировали необычные химические реакции, которые интерпретировали как возможные намеки на микробную активность — хотя споры об этом идут до сих пор.
Сегодня мы знаем, что на Красной планете водяного льда очень много, включая гигантские подповерхностные залежи. Это делает Марс не только привлекательной астробиологической целью, но и перспективным местом для строительства небольших научных станций — по примеру земных полярных баз. Вода — крайне важный ресурс, необходимый не только для питья, но и для получения кислорода и топлива.
Когда инструменты марсохода NASA Curiosity, находящегося на Красной планете с 6 августа 2012 года, зафиксировали в разреженной атмосфере присутствие молекулярного кислорода (O2), это стало неожиданностью.
Сегодня известно, что на кислород приходится всего около 0,13–0,16% от объема марсианской атмосферы, состоящей на 95% из углекислого газа (CO2). Это ничтожно мало по земным меркам, но факт его присутствия заслуживает особого внимания.Итак, откуда на холодной и сухой планете, где нет ни растений, ни водорослей, ни каких-либо других организмов*, способных к фотосинтезу, взялся O2, запасы которого пополняются?*По сей день никаких убедительных доказательств существования жизни на Марсе нет. Поэтому исходим из этого факта.
Фотохимия атмосферы
Исследования показывают, что основным источником кислорода на Марсе являются фотохимические процессы, протекающие в верхних слоях атмосферы. Под действием ультрафиолетового излучения Солнца молекулы CO2 и небольшого количества водяного пара (H2O) распадаются, высвобождая атомы кислорода. Часть этих атомов ненадолго объединяется в молекулы O2, которые после череды фотохимических реакций снова оказываются связанными в составе CO2.Данная модель прекрасно объясняет присутствие кислорода в марсианской атмосфере. На этом можно было бы и закончить статью, но...
Загадочные сезонные колебания
В 2019 году Curiosity, продолжая свою работу в кратере Гейла, обнаружил, что колебания уровня кислорода в атмосфере демонстрируют более сильную сезонную зависимость, чем предсказывает фотохимическая модель. Так, в весенне-летний период уровень O2 возрастает почти на 30%, а осенью и зимой возвращается к исходным значениям.В попытках объяснить эту аномалию ученые выдвинули две гипотезы:
Роль марсианского грунта
Марсианский реголит насыщен перхлоратами — солями, содержащими кислород в связанном виде. Лабораторные эксперименты вкупе с моделированием показывают, что под воздействием радиации такие соединения могут разлагаться, высвобождая реакционноспособные кислородсодержащие продукты, включая молекулярный кислород.
Пока доподлинно неизвестно, может ли этот механизм полностью объяснить наблюдаемую сезонность, но на роль потенциального источника "дополнительного" кислорода он определенно подходит.
Подповерхностная вода и радиолиз
Вторая гипотеза связана с залежами подповерхностного льда и возможным наличием карманов с рассолами — локальных скоплений воды с очень высокой концентрацией растворенных солей, что позволяет ей оставаться жидкой даже при очень низких температурах.Учитывая, что Марс лишен надежной магнитосферы и плотной атмосферы, поверхности достигает большое количество космической радиации, которая, проникая в грунт, способна расщеплять молекулы воды — процесс, известный как радиолиз. В результате образуются кислородсодержащие соединения, способные вносить вклад в наблюдаемую сезонную изменчивость кислорода в атмосфере Марса.Однако прямых доказательств того, что именно этот процесс заметно влияет на сезонное содержание O2 в атмосфере Марса, пока нет.
Может быть, это жизнь?
Несмотря на то, что традиционно кислород считается одним из лучших биомаркеров, на Марсе его концентрации крайне малы, чтобы приписывать ему биологическое происхождение. То, что было зафиксировано, без проблем укладывается в "абиогенные рамки" — фотохимия, поверхностная и радиационная химия.
Поэтому интерес ученых вызывает не сам факт присутствия O2, а его необычное поведение. Понимание этого механизма позволит лучше понять химические процессы, происходящие на Красной планете сегодня. Следовательно, это поможет уточнить оценки того, насколько Марс вообще мог быть пригоден для жизни в прошлом.В конце концов, поиски возможных следов марсианской жизни должны начинаться с понимания того, располагала ли когда-нибудь планета-соседка условиями, подходящими для ее зарождения. И пока однозначного ответа нет.
Комментарии