Для чего изучать солнечную систему
Маленькие миры с большими знаниями. Зачем человечество лезет в жизнь космических объектов
Современные астрономы — своеобразные детективы в области космоса. Благодаря незначительным данным они делают выводы, на основе которых впоследствии строится вся космическая теория — от создания галактик до появления жизни на крошечных в рамках Вселенной планет. Что именно ищут ученые и как в этом помогают астероиды с кометами?
Первый посланник издалека. Объект Оумуамуа — новая загадка Вселенной
История человеческого существования — крошечный эпизод в жизни нашей Солнечной системы, которой уже 4,5 миллиарда лет. Никто не видел ни формирования планет, ни даже малейших изменений во Вселенной. Чтобы узнать, что было до нас — прежде чем зародилась жизнь, ученым нужно охотиться за самыми мелкими данными.
Некоторые ответы приходят вместе с астероидами, кометами и другими маленькими объектами. Каменные странники говорят о временах, когда их сородичи сыпались дождем на планеты, сгорали на Солнце, залетали за орбиту Нептуна или сталкивались друг с другом, образуя новые объекты. Ледяные кометы, астероиды завершили период динозавров, а каждый космический камень содержит в себе свидетельства эпических событий, которые создали Солнечную систему.
Записки космоса
Источник фото: Tom Hall / Flickr
У NASA огромный багаж знаний о космических телах. Его формирование началось с первого астероида, к которому приблизилась автоматическая межпланетная станция «Галилео», направлявшаяся к Юпитеру для исследования планеты и ее спутников.
Солнечная система сформировалась из пыли — маленьких кусочков камня, металла и льда, которые вертелись вокруг зарождающейся звезды. Большинство этих кусочков падали на Солнце, но некоторые избежали этой участи и начали объединяться, становясь астероидами, кометами и даже планетами. Многие останки сохранились и по сей день, поэтому они важны для изучения процесса создания Солнечной системы.
Космические «динозавры»
Два древних «ископаемых» подтверждают теорию, что астероиды могут сказать больше, чем мы думаем, — это карликовая планета в безжалостном поясе астероидов Церера (названа в честь древнеримской богини плодородия) и один из крупнейших астероидов в главном поясе — Веста (получил имя в честь древнеримской богини дома и очага). Это самые большие тела в поясе астероидов между Марсом и Юпитером, которые, как показал уже недействующий космический корабль NASA Dawn, отличаются от сородичей. Если привычные тела — это коллекция разного рода щебня, то Веста и Церера — слоистые и имеют более плотный материал. Это значит, что оба объекта когда-то были на пути к становлению планетами, но их рост остановился — у них была нехватка материала, чтобы вырасти до планеты.
Все же это не бездушные странники: Веста более сухая, а Церера скорее влажная. Предположительно, она на 25% состоит из воды, ставшей минералами или льдом. То есть есть вероятность, что где-то в дебрях планеты есть вода, а она означает возможность жизни.
Наличие аммиака на Церере тоже любопытно — ведь обычно для существования этого элемента нужны более низкие температуры, чем те, в которых она росла. Получается, что карликовая планета сформировалась где-то за Юпитером, а потом мигрировала.
Веста слева, Церера справа. Источник фото: Wikipedia
В изучении Солнечной системы может помочь исследование породы космических тел. Например, сейчас этим занимается зонд NASA InSight на Марсе. Однако закопаться с самые дебри планеты невозможно из-за толщины коры. Даже на Земле нельзя вырыть такую яму, чтобы понять, какие секреты прячет планета.
Астероид Психея интересен тем, что такие «планетообразные» тела можно изучать без глубокого копания. Он состоит из железно-никелевого сплава протопланеты — маленького мира, сформированного намного раньше в нашей Солнечной системе, но не достигшего размера планеты. В 2022 году NASA отправит на Психею зонд, который раскроет секреты объекта.
Еще одна миссия NASA направлена на далекий объект под названием 2014 MU69 или Ultima Thule, что переводится на русский как «очень далеко». Это тело пролетело мимо Плутона в 2015 году, а в 2019 достигнет точки назначения. Тогда этот объект будет самым дальним от Земли, который посетил земной зонд. Он интересен тем, что может содержать в себе самую древнюю информацию о создании Солнечной системы.
Художественное изображение объекта 2014 MU69. Источник фото: rafa gonzalez/Flickr
Важный астероид — Бенну. Ученые даже рассчитали вероятность его столкновения с Землей. Это может случиться между 2169 и 2199 годами, однако шанс такой встречи — один к четырем тысячам. По данным NASA, это наиболее опасный для Земли объект. Но его строение интересно: во-первых, в породе могут содержаться молекулы углерода и воды, которые важны для существования жизни; во-вторых, объекты типа Бенну падали на Землю, оставляя на планете эти элементы. Ученые уверены, что именно благодаря таким телам Земля на 80% покрыта водой.
Почему нужно изучать астероиды и кометы?
Заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН Дмитрий Вибе объяснил «360», что изучение космических тел важно для понимания того, как создавался мир.
Изучая химический состав астероидов, мы заглядываем в далекое прошлое Солнечной системы и узнаем, из чего она состояла тогда
«Астероиды помогают нам узнать, как динамически эволюционировала Солнечная система, как менялись орбиты тел на протяжении ее эволюции, какие происходили масштабные перестройки. А во-вторых, в астероидах законсервирован химический состав, который был характерен для Солнечной системы на самых ранних этапах ее существования», — пояснил Вибе.
Кометы тоже помогают. Разница в том, что их ядра, скорее всего, провели больше времени далеко от Солнца, поэтому в меньшей степени подвергались действию солнечного нагрева. Ученые полагают, что в кометах вещество осталось особенно нетронутым и первозданным.
Комета Хейла-Боппа. Источник фото: Richard G. Hines / Flickr
Анатолий Черепащук — академик РАН и научный руководитель Астрономического института имени Штернберга, в течение 32 лет был директором этого же учреждения. «Астероиды помогают узнать [Вселенную], потому что это куски вещества, которые не успели сформироваться в планеты. Они держат начальное состояние вещества, поэтому изучать астероиды очень важно. Динамика, движение астероидов важно для понимания эволюции Солнечной системы», — рассказал он «360».
За астероидами надо следить хотя бы с точки зрения безопасности человечества
В конце концов, астероидную опасность никто не отменял. Если такое тело упадет, то его скорость падения достигнет нескольких десятков километров в секунду.
Кометы особенно интересны в изучении, потому что кометное вещество — это первичное вещество, из которого состояло протопланетное облако вокруг Солнца. «Солнце образовалось, и вокруг него осталось облако газа, пыли, и вот в этом облаке зарождались планеты. Кометы — куски льда большие, с грязью, пылью и так далее, которые остались от первичного состояния этого облака», — объяснил Черепащук.
Как изучают космические объекты?
Сложность изучения астероидов и комет зависит от того, насколько хорошую информацию исследователи хотят получить. Самый простой способ — наблюдение с помощью с телескопа. Так можно определить состав химический, структурные свойства. Телескопы увеличивают объекты и собирают много света. Тела на больших расстояниях от Солнца отражают мало солнечного света. Но с помощью телескопов их можно изучить и снять их спектры.
В последнее время распространен другой способ — отправка зондов, которые на месте исследуют объект. Аппараты садятся на поверхности комет, астероидов, пролетают мимо них, снимают.
Источник фото: ESO / Flickr / Европейская южная обсерватория
«Изучение планет, астероидов с помощью наземных телескопов, конечно, очень важно, потому что дешево, но информативность не очень большая. А вот тот объем информации, который можно получить с помощью космических аппаратов, он превзошел во много раз тот объем информации, который был получен до космической эры с помощью наземных телескопов. Земная атмосфера искажает изображение, и четкие поверхности планет с Земли получить очень трудно», — сказал Черепащук.
Сейчас ученые следят за черной дырой в центре нашей галактики. Это дыра с массой четыре миллиона солнечных масс
Скорость убегания (наименьшая скорость, которую надо придать объекту для преодоления гравитационного притяжения) у черной дыры равна 300 тысяч километров в секунду — это скорость света. «Даже свет не может преодолеть тяготение черной дыры. По словам Черепащука, раньше мало физиков верило в существование черной дыры, а сейчас, благодаря телескопам с высоким угловым разрешением, удается изучать движение газа в самой близкой окрестности черной дыры. И газ там движется со скоростью 100 тысяч километров в секунду, отметил специалист.
Есть и самый дешевый вариант изучения астероидов и комет — это исследование метеоритов, которые упали на Землю. Такие объекты можно отнести в лабораторию и заняться полномасштабным исследованием.
Зачем осваивать планеты Солнечной системы?
И в самом деле — зачем? Тратить триллионы евро, только чтобы «на пыльных тропинках далеких планет осталися наши следы»? На самом деле, выход человечества в космос, освоение космоса и планет — для нас единственный способ выжить.
Дело в том, что человечество стоит на пороге саморазрушения и гибели. Когда людей на Земле было несколько сот миллионов, они осваивали незанятые земли, вырубали леса, чтобы сделать новые поля и посадить там рожь. В лесах и степях была уйма дичи. В реках было полно рыбы, а в морях и океанах рыбы было неизмеримо больше, только знай, лови.
А потом мы начали стремительно размножаться. Нас становится все больше и больше. Сегодня нас больше 7,6 миллиардов — и народонаселение только продолжает расти. Природа уже не может обеспечить нас своими дарами.
Лет сто назад кто-то шибко умный придумал лозунг «Мы не можем ждать милостей от природы. Взять их — наша задача». Прошло несколько десятилетий и лозунг чуть-чуть вывернули сообразно изменению ситуации: «Мы не можем ждать милостей от природы после того, что мы с ней сделали». Мы уже давно живем, занимая средства у наших внуков — прямая реализация лозунга «После меня — хоть потоп». 
Фото: Depositphotos
Европа, которая полторы тысячи лет назад была покрыта могучими лесами, ныне лесов не имеет, там есть только окультуренные парки, некоторые из которых прикидываются дикими лесами, но на самом деле находятся под пристальным надзором людей.
Уже в конце XIX века некоторые виды животных были истреблены. Пропали маврикийские дронты, исчезла морская, или стеллерова, корова, в Северной Америке исчезли бесчисленные стала бизонов. Все, что было легко добыть и при этом было вкусно, при соприкосновении с человеческой цивилизацией просто исчезало.
Сегодня люди освоили практически всю земную поверхность. «Белые пятна»? Наверное, есть, но скорее, в океанских глубинах. Или в районах высокогорий, или в глубине гнилых болот. Все места на Земле, которые хоть сколько-то годятся для жизни, уже заселены.
Значительная часть доступных нам полезных ископаемых уже добыта. Металлы давно добывают из руд, которые еще век назад считались слишком бедными. Но поскольку более богатые руды давно кончились — были разработаны технологии по добыче металлов из совсем бедных руд. 
Маврикийский дронт
Фото: ru.wikipedia.org
Заканчиваются удобные месторождения нефти и газа, человечество уже начинает переходить на добычу газа из месторождений газоносных сланцев и со дна морей и океанов. Ныне существующие методы добычи сланцевого газа являются экологически крайне вредными, в прогнозе будущего они ведут к фатальному загрязнению подземных водоносных горизонтов минеральными ядами. А практика показала, что добыча нефти и газа с морского дна — огромный риск для биосистемы. Миллионы тонн нефти уже вылились в океан, убивая на своем пути всякую живность, а сколько еще раз такое повторится.
А ведь в небе, не слишком далеко от нас, находятся и необозримые земли, еще не освоенные человеком, и несметные сокровища — месторождения металлов, углеводородов, которых человечеству хватит на многие тысячелетия.
Сегодня, пока у нас нет ядерных ракетных двигателей (ЯРД), нам до них не добраться. Но уверен, что человечество совершит рывок к планетам Солнечной системы сразу же, как только появятся двигатели, способные доставить ракету в пояс астероидов, провести на нем поиск объектов, содержащих нужные нам металлы, и найденное отправить на Землю или получить металл прямо на месте, чтобы доставлять было легче. 
Кольца Сатурна состоят из глыб газогидратов из воды и углеводородов
Фото: Depositphotos
А углеводороды, океаны углеводородов без конца и края — это атмосфера газовых гигантов, Сатурна и Юпитера. При этом кольца Сатурна только считаются ледяными, на самом деле их составляют глыбы газогидратов из воды и углеводородов. И то, и другое необходимо и Земле, и будущим марсианским поселениям.
Кислород и вода для терраформирования атмосферы Марса, а возможно, и Венеры, углеводороды и вода из колец Сатурна и масса редких металлов из пояса астероидов для промышленности Земли — сокровища настолько огромные, что люди пока даже не в силах осознать, насколько громадны новые земли, которые после терраформирования можно будет освоить человечеству.
Освобождение Земли от многих производств, связанных с ущербом для природы, прекращение разработок бедных металлами руд, прекращение экологически вредных способов добычи углеводородов — консервация шахт и скважин нефти и газа, постепенное возвращение Земле нормальной экологической обстановки. Или постепенная выработка всех ископаемых углеводородов, тотальное загрязнение окружающей среды, изменение климата — и гибель человечества. Без всякой ядерной войны погибнем.
А единственная возможность нам не погибнуть в ближайшую пару сотен лет — создать мощный двигатель, который позволит производить регулярные межпланетные полеты. Тогда к услугам человечества окажутся ресурсы и огромные необжитые пространства планет нашей Солнечной системы.
Для чего изучать солнечную систему
Стенограмма выступления в программе Александра Гордона 8.09.03 (по тексту сайта http://www.gordon.ru/konkurssite/030908st.html)
Участник: Маров Михаил Яковлевич – член-корреспондент РАН
Михаил Маров: Тема, для разговора на которую вы меня пригласили, чрезвычайно емкая, и за обозримое время трудно осветить более или менее подробно различные аспекты этой многоплановой проблемы. Прежде всего, естественно, возникает вопрос: а зачем нам изучать Солнечную систему, может быть, нам достаточно уютно на собственной планете? Я слышал, причем сравнительно недавно, от некоторых коллег, обремененных даже некими научными званиями, такое: а зачем нам вообще это нужно? у нас масса земных проблем, поэтому давайте, прежде всего, сосредоточимся на Земле.
В этой ситуации мне приходится отвечать, отталкиваясь от совершенно очевидных положений. Прежде всего – мы (я имею в виду – наша страна) цивилизованная нация, по крайней мере, мы к таковым себя причисляем, и мы должны заниматься наукой, мы должны познавать то, что находится в нашем ближайшем окружении.
Второе – мы не можем рассматривать Землю – одну из планет Солнечной системы изолированно. Мы не существуем изолированно, мы слишком зависимы от всего того окружения, которое называется Космосом. И, наконец, как это всегда бывает в науке, то, что сегодня кажется просто неким удовлетворением любопытства, в дальнейшем становится ключевым для дальнейшего развития человечества, для его прогресса.
Так вот, если говорить концептуально, прежде всего, мы должны знать – а как это вообще все получилось, как Солнечная система произошла, как она эволюционировала? Второе – мы должны попытаться ответить на вопрос, что выделило Землю из тех девяти планет, которые мы традиционно называем большими планетами, оставляя в стороне Плутон, поскольку Плутон в настоящее время носит статус планеты чисто исторически, являясь очень крупным телом в занептуновом поясе, кометно-астероидном поясе.
Поэтому, повторяю, надо понять, что выделило Землю, и, изучая Землю в сравнительном планетологическом аспекте, дать ответы на многие ключевые вопросы, которыми занимаются геология, климатология, геохимия и так далее. То есть необходимо экстраполировать, генерализировать, что ли, эти данные на всю ту научную область, которая прошла определенный эволюционный путь в своем развитии.
И с этой точки зрения, первостепенный интерес, если угодно, в потребительском смысле, для лучшего понимания Земли представляют две модели, нам более всего близкие, – Венера, со стороны более близкой к Солнцу, и Марс, находящийся в противоположной стороне. Эти планеты удалены от Земли по космическим масштабам на ничтожные расстояния. Венера – на 0,3 астрономических единицы (астрономическая единица – это 150 миллионов километров), а Марс находится в полтора раза дальше от Солнца, чем наша Земля. Так вот, это две предельные модели, которые решительным образом не похожи на Землю, и соответственно сама природа дала нам возможность изучать их и понимать, за счет какого эволюционного пути они стали столь разительно отличными от Земли.
Наконец есть еще один аспект, а может быть, даже два. Третий аспект, который бы я выделил, – это, конечно, понимание того, как зародилась жизнь на Земле, была ли сама Земля колыбелью жизни? В представлениях некоторых людей присутствует своего рода земной «шовинизм», заключающийся в утверждении, что жизнь могла возникнуть только на Земле. Но может быть, это более распространенное явление? И мы можем говорить о том, что Земля не является исключением, а является одним из пристанищ жизни – не будем сейчас говорить о том, примитивной или более высокоразвитой.
Наконец, последний аспект, который мне бы хотелось упомянуть, – это то, что мы должны думать о поступательном развитии человечества. Задумаемся о том, каких успехов мы достигли всего за полвека, менее чем полвека. После того как мы вышли в космос, мы одно время не помышляли о том, что будем иметь возможность рассматривать различные тела Солнечной системы в непосредственной близости, сажать туда космические аппараты, проводить даже более сложные исследования.
Так вот, надо думать о том, что человечество так или иначе придет к тому, чтобы начать летать к этим небесным телам. И я глубоко верю – не надо думать о том, что это случится через 100 лет или через тысячелетие. Если человечеству суждено выжить, если всякого рода экологические, социальные и прочие катастрофы не погубят нас. Скажем, есть известная формула Френсиса Дрейка для исчисления количества потенциально возможных высокоразвитых индустриальных цивилизаций. Так вот, если сомножитель в формуле Дрейка, который отвечает длительности существования высокотехнологичной цивилизации, благоприятен в случае Земли, то мы можем рассчитывать на то, что будет своего рода, в хорошем смысле, экспансия человечества и в пределах Солнечной системы, и, возможно, вне ее. То есть человечество может рассматривать Солнечную систему, а не только Землю, в качестве своего законного, естественного дома.
Собственно, это, пожалуй, те четыре основных критерия, на которые мы опираемся, когда говорим об исследованиях в этой исключительно интересной области. Я должен сказать, что мне, наверное, в жизни очень повезло, потому что я пришел в эту область не сразу, не со студенческой скамьи, это получилось через несколько различных этапов моей личной биографии. Но, так или иначе, мне довелось проводить различные эксперименты на наших космических аппаратах. Причем, повторяю, наверное, счастливая судьба состоит в том, что я застал эпоху нашего космического расцвета, когда мы действительно были впереди всех, когда мы получали очень весомые, очень значимые результаты. Когда, что называется, «руки дрожали», когда мы получали ту информацию, которая еще не известна человечеству. Вы можете себе представить то возбуждение, которое человека охватывает, когда он открывает что-то действительно новое. Так вот, это новое мы получали в экспериментальной части. И повторяю, мне, моим ближайшим коллегам очень-очень повезло в том, что мы застали ту эпоху. Это сейчас мы очень сильно отстали, не будем сейчас говорить о всякого рода причинах, которые к этому привели. Но мы действительно заслужили вполне определенное признание, потому что в значительной мере были первопроходцами в этой области.
Но одновременно с этим мне довелось очень много работать над различного рода математическими моделями, которые призваны обобщить, объединить различную информацию, которая поступает, и взглянуть на нее более широко, попытаться переосмыслить определенные теоретические представления, изначально существовавшие.
Вы упомянули о некоторых книгах, в частности, о концепции Азимова. Так вот они покоятся на наших данных, отражающие эпоху начала нашего глубокого проникновения в Солнечную систему, которую мы сейчас называем рекогносцировкой.
Так вот, к концу прошлого столетия, после очень успешных полетов, в частности, полетов в дальнюю Солнечную систему «Вояджера», «Галилея», до этого – «Пионеров», у нас раскрылись глаза, мы действительно очень многое узнали. А сейчас совершенно сумасшедшие результаты получаются и по Марсу, и по малым телам. Мы имеем возможность высаживать аппараты. Не мы, а американцы, но под «мы» я имею в виду человечество. Мы высаживаем аппараты на малые тела, мы говорим о том, чтобы запустить спутники вокруг этих малых тел. И, скажем, NEAR Шумейкер – так называется аппарат для исследования астероидов, сближающихся с Землей, – уже практически это сделал. И после того как он стал спутником, он опустился на поверхность этого астероида, я имею в виду астероид Эрос. Кстати, очень небольшой астероид. Он имеет форму картофелины, максимальный размер где-то порядка 35-ти километров, а два других размера – по 8. Так вот, на это тело опускается космический аппарат, не просто фотографирует его при сближении, а проводит исследование на поверхности.
И опять-таки, вернемся к математическим моделям, к моделям, которые обобщают эти данные. Скажем, экстраполируя ту область, которую исследует NEAR, можно говорить о том, что количество мелких кратеров на этом астероиде отвечает цифре (если брать с порогом порядка 15-20 метров) порядка 100 тысяч. Это сразу же дает представление о тех исключительно важных динамических процессах, которые мы имеем в Солнечной системе. То есть это соударение, это очень сильная модификация вещества, его переработка вследствие такой метеоритной бомбардировки – и так далее, и так далее.
Так вот, то направление, которым мне довелось заниматься в течение уже многих лет (а сейчас это, пожалуй, стало основным в моей деятельности, поскольку эксперименты очень ограничены) – это своего рода механика природных космических сред. И сюда подпадает очень многое – это развитие различного рода моделей, связанных с многокомпонентной радиационной гидродинамикой, это разреженный газ, это турбулентные процессы в различного рода сплошных средах с привлечением кинетических процессов. То есть, исследование обратной связи между гидродинамикой и химической кинетикой. Это по существу совершенно новое направление, которое мы, позволю себе сказать, достаточно успешно развиваем в течение примерно последних двух десятков лет.
Поэтому эти модели очень сильно стимулируют и экспериментальные исследования. И это стимулирование в значительной мере связано с тем, что открываются не только новые возможности, о которых я говорил в плане космической техники, в плане использования космических аппаратов для достижения самых, может быть, амбициозных целей. По крайней мере, в ближайшем будущем эти такие, например, цели, как сопровождение кометы при помощи космического аппарата, и прослеживание всей эволюции, связанной с сублимацией газа при ее сближении с Солнцем. Это совершенно фантастическая вещь, это не просто какие-то отдельные обрывки информации при быстром пролете около кометы, это действительно ее сопровождение в течение, по некоторым предварительным прогнозам, может быть года, может быть полутора лет. Это очень большой срок – конечно, не в геологическом смысле, но это очень большой срок для того, чтобы такую эволюцию прослеживать.
Так вот, с одной стороны, совершенно колоссальная перспектива и уже наблюдаемый прогресс в космической технике. Параллельно с этим совершенно колоссальные, новые результаты, которые получаются с помощью наземных инструментов.
Наземные астрономические инструменты дают нам возможность сейчас делать то, что когда-то было абсолютно немыслимо. Скажем, в качестве яркого примера, можно назвать исследование колец Урана. Кстати, просто попутно: все планеты-гиганты имеют кольца, причем кольца различной конфигурации. Самый знаменитый пример – это кольца Сатурна, у которого их множество систем. Кстати, в каждом из этих видимых колец находится до тысяч мелких колечек, и это связано, в частности, с динамикой поведения этих колец вблизи космического тела. Значительное число этих колец, как это сейчас на экране показано, поддерживается спутниками, которые находятся в окрестности этого кольца. И неслучайно они называются спутниками-пастухами, они как бы пасут те частицы, которые составляют кольцо.
Так вот, кроме Сатурна, повторяю, у всех планет, – у Юпитера, у Урана, у Нептуна – тоже есть свои системы колец со своими замечательными и определенными свойствами. Скажем, очень узкие есть колечки у Урана, 9 колец, чрезвычайно узкие и очень тонкие. У Нептуна – это кольца, которые не складываются в единую систему, а представляют собой отдельные дуги.
Связано это с тем, что происходит размазывание частиц, существующих на различных расстояниях, с различными скоростями – частиц, обращающихся вокруг тела. И они не имеют возможности соединиться в единое кольцо, потому что есть система резонансов от спутника, и это резонансное явление отражается в виде таких разрывных колец. Примеров таких можно очень много привести.
Так вот, повторяю, это было в начале выдающихся успехов в наземной астрономии. А сейчас эти успехи вообще грандиозны. Скажем, последние несколько лет открывается один за другим колоссальное количество спутников в окрестности опять-таки планет-гигантов. Вообще открытие спутника – это всегда было грандиозным событием. В свое время «Вояджеры», американские аппараты, последовательно пролетели мимо Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. Где-то в районе, по-моему, 2015 года они должны выйти на периферию Солнечной системы, пересечь ту область, которая связана с натеканием солнечной плазмы на межзвездный газ, где образуется своего рода ударная волна. Это, кстати, тоже очень интересная вещь, которую предстоит исследовать. «Вояджеры» открыли большое количество новых спутников у всех этих планет при пролете мимо них, и открытие каждого спутника было событием.
Так вот, мы думали, скажем, что у Юпитера – 17 спутников, у Сатурна – 18. А за последние несколько лет мы узнали, что у Юпитера их – порядка 40, у Сатурна – 32. Сейчас поступила совсем новая информация: у Нептуна, самой далекой планеты Солнечной системы, тоже открыто три новых спутника, и это сделано не при помощи космических аппаратов, а при помощи так называемой ПЗС-матрицы. Она обладает очень высокой чувствительностью и устанавливается на телескопы умеренного размера. Это колоссальный прогресс, который нам позволяет сильно расширить представление о Солнечной системе.
Ну, и наконец, математическое моделирование. Оно стимулируется не только этим новым потоком знаний – всегда надо на что-то опираться, когда вы строите модель, а не только напрягать серое вещество и использовать ту квалификацию, которую вы получили в течение вашей научной жизни. Очень важно при всем при этом обладать очень хорошими инструментами. И в данном случае инструментами являются, конечно, отличные компьютеры, которые сейчас стали привычным инструментом. И теперь мы можем просчитывать те модели, которые раньше были абсолютно не в состоянии считать (скажем, я упомянул о химической кинетике, которая связана с гидродинамическими процессами). Это стало возможным именно благодаря тому, что мы можем использовать машины терафлопного уровня. Это, конечно, грандиозное достижение.
Я чувствую, что я, может быть, немножко увлекся этим общим аспектом.
Александр Гордон: Вы рассказали о том, как богат и широк сегодня инструментарий, какие замечательные открытия делают с его помощью. Но мне бы хотелось дальнейшую беседу, если вы позволите, построить таким образом: «Прежде мы думали, что. Теперь мы знаем, что. » Потому что Солнечная система, в общем, достаточно обманчивая вещь. Зная из школьной программы о достижениях Коперника, мы, так или иначе, на протяжении всей жизни, получая какую-то информацию, выстраиваем каждый себе свою Солнечную систему. Она достаточно схожа с другими, – все системы схожи друг с другом, – но оказывается, мы не знаем каких-то вещей, которые являются основными, основополагающими в этой системе.
М.М. Я себе позволю, Александр, учитывая дефицит времени, несколько схематично ответить на ваш вопрос. Скажем, мы имели абсолютно смутное представление о ближайших наших соседях, я с этого начал.
Итак, Венера – когда запускали первые космические аппараты, мы не знали, на какое давление эти аппараты рассчитывать. Я очень хорошо помню первое обсуждение с главным конструктором АКБ имени Лавочкина Георгием Николаевичем Бабакиным, очень рано ушедшим из жизни, памяти которого я посвятил одну из своих книг. Мы обсуждали, какое давление может быть на поверхности.
А.Г. Какие гипотезы были?
М.М. Гипотезы были такие: от 0,5 атмосфер до тысячи, грубо говоря. Поэтому Бабакин принял, я бы сказал, генеральское решение, он сказал: «будем строить на 15». И, как оказалось, на высоте 23 километра при давлении, правда, в 18 атмосфер (это был конструкторский запас) мы были раздавлены. То есть давление на поверхности оказалось 92 атмосферы. Мы себе этого не представляли. Хотя о температуре по радиоастрономическим данным уже были представления – неоднозначные, но, тем не менее, они существовали: что температура на поверхности порядка 500 градусов, если точнее, 470 градусов Цельсия.
Далее, углекислый газ – страшно негостеприимная среда. О том, что на поверхности, какой рельеф, никаких вообще представлений не было. Мы очень смутно себе представляли, что скрывает эту поверхность. Это не только плотная атмосфера, но и облака, которые тоже оказались экзотическими: они сложены из серной кислоты примерно 85-процентной концентрации. Это, кстати, заставило очень серьезно поработать в технологическом плане, чтобы парашюты смогли выдержать такие условия.
Явления на поверхности. Мы сейчас знаем, что Венера обладает достаточно молодой поверхностью, что там, по-видимому, совсем недавно в геологическом смысле (это десятки, сотни, может быть, миллионов лет, что несопоставимо с возрастом Солнечной системы в 4 с половиной миллиарда лет) закончилась, а может быть, даже и продолжается, вулканическая деятельность. И так далее, о Венере можно говорить исключительно много.
Итак, это абсолютно новый взгляд на эту планету, и мы (я уже говорил о математических моделях) очень много занимались тем, что обусловило такие процессы, таковы современные условия на Венере.
Что касается так называемого необратимого парникового эффекта, чем он вызывается, как планета эволюционировала? Мы думаем, что на Венере изначально был достаточно мощный океан, но в силу начальных этапов эволюции этот океан был потерян. И есть некие свидетельства, которые подкрепляют такую модель, такую гипотезу.
Марс. Сейчас запущен «Марс-Экспресс», аппарат Европейского космического агентства. Успешно работают на орбите «Марс-Сорвейер» и «Марс-Одиссей», американские аппараты, они дали очень много новой информации. Мой коллега Брюс Яновский как-то написал: «Я думал, что знаю о Марсе все, но оказалось, – это он сказал в 2001 году, – что я знаю очень и очень мало».
Так вот, мы сейчас имеем достаточно много свидетельств того, что на Марсе, видимо, есть вода, которая в основном, видимо, существует в подповерхностном слое достаточно близко к поверхности. И это не просто обнаружение реального свидетельства наличия воды при помощи нейтронных мониторов, которые летают до сих пор на «Марс-Одиссее», и мы очень гордимся тем, что один из этих приборов наш, российский. Но он определяет воду исключительно в тонком слое порядка одного метра.
Это, кстати, тоже отдельный разговор, и очень интересный. Ведь определяется наличие не воды, а водорода. И есть некие вариации, причем и сезонные, и долготно-широтные вариации. Это связано с тем, что есть определенные новые представления о минеральном составе поверхности, потому что водород связан не только в воде, он связан еще в гидротированных минералах.
Кроме того, мы знаем, что в полярных шапках Марса запасено огромное количество льда, если мне память не изменяет, это десятки миллионов кубических километров. Но если ее равномерно разлить по поверхности, то это всего будет слой, может быть, в 25-30 метров. Но, безусловно, воды на Марсе гораздо больше. Кстати, оценки показывают, что за счет диссипации, убегания, могло быть потеряно всего несколько метров такого водяного слоя. Спрашивается: где остальная вода? По-видимому, она в подповерхностном слое. И сейчас есть яркие геологические свидетельства, что эта вода располагается достаточно близко.
Там есть не только старые высохшие русла, но и конфигурации типа оврагов, которые показывают, что происходит вынос воды изнутри. Причем, опять-таки модели показывают, что уже на глубине несколько сот метров, до километра, существуют уже достаточно теплые условия, и там может быть жидкая вода. Я, кстати, говорил об этом в одной из своих книжек, тоже где-то в 80-х годах. Эти вопросы мы когда-то очень бурно обсуждали с совершенно великолепным специалистом, планетологом Карлом Саганом. Так вот, эти представления сейчас подкрепляются реальными данными. Таково изменение нашего взгляда на Солнечную систему, о котором вы меня спрашиваете.
И наконец, если там есть жидкая вода, а мы видим эти свидетельства, значит, есть гораздо большая вероятность действительно обнаружить живые организмы на Марсе. Вот показан метеорит, который был найден в Антарктике, ALH-80001, это шерготитовый метеорит, который является определенным свидетельством наличия жизни. Но дебаты продолжаются: свидетельство ли это биопродуцирования организмов, или это все-таки просто некая органика. Скажем, полициклические ароматические углеводороды, которые там обнаружены.
Кстати, эти находки имеют нанаметровые размеры, и были возражения, что на Земле таких нет. Это неверно, на Земле есть такого рода образования, это некие, что ли, ископаемые.
М.М. Да, окаменелости. И в этом смысле мы можем говорить о том, что все-таки, по-видимому, биогенное происхождение этих находок более вероятно. Об этом, в частности, свидетельствует и то, что там сосуществуют сернистые соединения вместе с гематитами, то есть с железистыми образованиями, и так далее.
А.Г. Но органика не значит – жизнь.
М.М. Я имею в виду «биогенное происхождение», это значит, что они продуцируются именно за счет таких процессов.
Но загадки продолжаются, не надо думать, что нам сразу же все стало ясно. Да, мы говорим о том, что существует большая вероятность встретить там жизнь. На Марсе для меня исключительно интересным представляется то, что обнаружено палеомагнитное поле. То есть Марс имел достаточно сильное магнитное поле, когда у него еще, видимо, было достаточно мощное жидкое ядро. Потому что мы исходим из представлений о необходимости динамо-механизма для формирования магнитного поля, его возникновения и поддержания.
Так вот, эти следы магнитного поля не равномерно распределены по планете, и это тоже может иметь объяснение. Различные области, возможно, нагревались по-разному и проходили так называемую точку Кюри, где происходит полное размагничивание. Но в определенных местах эти следы сохранилось. И очень интересна корреляция следов магнитного поля с гематитами. Что такое гематиты? Это хорошо известная ржавчина. Как образуется ржавчина из железистых соединений? При наличии воды (опять-таки вода!) и наличии кислорода. Но одновременно с этим на Марсе колоссальные пространства образованы такими минералами, как полевые шпаты и пироксены. Это очень хорошо известные изверженные породы. Но возьмите пример Гавайев: свежеизверженная лава в течение нескольких лет при наличии воды и кислорода превращается в глины. Если на Марсе образуются гематиты (а я сказал, при каких условиях это может быть), то почему там сохраняются такие неокисленные изначальные породы? Это одна из загадок. И примеры можно продолжать.
Опять-таки, мы абсолютно ничего не знали о внешних областях Солнечной системы, у нас были очень смутные представления. Полнейшей неожиданностью, открытием было наличие мощнейшего вулканизма на Ио. Это один из четырех галилеевых спутников Юпитера. Кстати, все эти четыре галилеевых спутника по размерам находятся между Луной и Меркурием. Так вот, мощнейший вулканизм на Ио, где постоянно наблюдается где-то около десятка действующих вулканов. А всего таких вулканов, по оценкам, где-то порядка 500, и это на теле размером меньше Луны! То есть вулканизм на Ио гораздо более мощный, чем на Земле. Чем он поддерживается? Приливными влияниями. Дело в том, что есть определенная синхронизация орбит. За четыре оборота Ио Европа обращается два раза, а самый крупный – Ганимед – всего один раз. И это притяжение в мощном гравитационном поле Юпитера создает колоссальное приливное воздействие, диссипация этой приливной энергии приводит к мощнейшему разогреву недр. Раньше мы ничего об этом не знали.
Следующее – Европа. Европа оказалась не менее интересной. И неслучайно к ней сейчас планируется полет одного из аппаратов, этот вопрос серьезно обсуждается в американском НАСА.
А.Г. Полет чуть ли не с посадкой и с бурением.
М.М. Совершенно верно, с посадкой и бурением. Это, кстати, и в одном из наших проектов тоже просматривается.
Так вот, Европа, по-видимому, обладает достаточно мощным водяным океаном, возможно, с достаточно высокой соленостью. А атмосферы там практически нет. Поэтому обязательно должна быть толстая ледяная кора. Мы видим свидетельства этому – трещиноватость, мощнейшие желоба, которые проходят по поверхности и более или менее периодически обновляются свежим льдом. То есть это выходы, это трещины. Причем там есть некие неупорядоченные структуры, и это связано с тем, что при вращении этот жидкий слой отстает от вращения центрального ядра. То есть получается, вообще говоря, очень интересная закономерность, достаточно легко объясняемая с физических позиций.
Но самое интересное – это то, что там есть какой-то гидротермический процесс, возможно, там есть то, что называются «черными курильщиками», которые обнаружены у нас в океанах. То есть, есть все время подвод. А мы знаем, что в черных курильщиках благоприятно себя чувствуют бактерии, они просто великолепнейшим образом переносят гидротермальные, супертермальные температуры.
А.Г. Там целая фауна существует.
М.М. Абсолютно точно. Там температуры выше точки кипения. Кстати, если уж я об этом упомянул – есть совершенно четкие свидетельства, что биосфера есть и на большой глубине в Земле. Это так называемая глубинная биосфера. И по оценкам, величина биомассы, которая присутствует на глубинах до, может быть, нескольких километров, сопоставима с тем, что у нас есть на поверхности.
А.Г. Это для меня совершеннейшая новость.
М.М. И это показывает нашу зашоренность, ограниченность наших представлений. А раз это глубинная биосфера, то она не нуждается в фотосинтетическом процессе. Для жизни нужны три фактора: энергия, питание и обязательно дыхание. Пища, дыхание – обмен веществ. Так вот, в случае фотосинтеза все понятно, к этому мы привыкли. А глубинная биосфера, по всей вероятности, поддерживается за счет химических, гидротермальных процессов. Различные растворы, которые существуют на глубинах, за счет химических процессов, прежде всего экзотермических реакций, поддерживают эту энергетическую часть.
Так вот, на Европе, возможно, мы имеем эти процессы. Кстати, эти концепции можно распространить и далее. Они оказываются исключительно интересными с точки зрения возможности наличия жизни на других планетах, не только на Марсе или на Европе. Так вот, на Европе мы имеем, вообще говоря, очень высокую вероятность наличия жизни в этом океане.
А.Г. Магнитное поле есть у Европы?
М.М. Небольшое. И это, кстати, дополнительное свидетельство того, что там есть соленый океан, без него магнитного поля не существовало бы.
И вы знаете, мы имеем исключительно интересную вещь. Я возвращаюсь к тому, о чем я бегло упоминал – вопрос жизни. Я говорил о жизни на Марсе, я говорил о миграционных и столкновительных процессах в Солнечной системе, эти столкновительные процессы исключительно важны. Если у меня будет время, я еще два слова об этом скажу.
Так вот, дело в том, что на планеты все время выпадает различное вещество, различные тела. Опять-таки, это было нам неизвестно. Мы жили зашоренными и говорили: «все это там, нас этот не касается». Касается. С Марса или с Луны вещество гораздо легче доставить на Землю, чем наоборот – массы различные, скорость убегания разная. Так вот, происхождение метеорита LLH 800001 связано с Марсом, в значительной мере потому, что уникален изотопный состав той атмосферы, следы которой присутствуют в этом метеорите.
А.Г. А за счет чего он был выброшен с Марса?
М.М. Он был выброшен, по всей вероятности, за счет удара мощного астероида, эти процессы постоянно происходят. Такая бомбардировка постоянно происходит, посмотрите на Луну, посмотрите на Марс. На Земле это более-менее стерто гидросферой и биосферой. То есть, повсеместно присутствуют кратеры различного состава, различного возраста, в разной степени эродированные. Падение достаточно крупного астероида способно выбить это вещество. В результате мы имеем постоянный обмен веществом между планетами. Это очень интересно – транспорт вещества, носителем которого являются эти выброшенные обломки. А если это так, то мы приходим к очень интересному выводу: а может быть, жизнь зародилась не на Земле, а на Марсе и с Марса была занесена на Землю? Мы не можем на этот вопрос ответить.
Почему я об этом сказал, рассказывая о Европе? Да просто потому, что Европа в этом смысле более интересна. На Европу доставить что-то гораздо более тяжело, чем на любую из планет так называемой земной группы.
Дело вот в чем. Скажем, мы найдем жизнь на Марсе, какие-то примитивные формы на уровне бактерий, даже прокариотов, вряд ли эукариотов с ядром. Если мы найдем такие биологические формы, такую примитивную жизнь, я не думаю, что она будет очень сильно отличаться от земной, просто потому, что такой обмен должен был происходить. А Европа в этом смысле совершенно уникальный объект.
С этой точки зрения для меня исключительный интерес представляет Титан, потому что там есть достаточно сложные углеводороды – изначальная, примитивная органика, которой чего-то не хватило, по-видимому, для того, чтобы произошел переход от неживой к живой материи.
Что такое жизнь? Жизнь – это репликация, это прежде всего системы, способные обмениваться информацией и переносить ее. По-моему, это очевидно. Но легко так сказать, а нобелевский лауреат Френсис Крик когда-то сказал, что для него это абсолютно невероятно. Более позитивным является другой нобелевский лауреат – Кристиан Де-Дюв, который сказал, что жизнь является, с его точки зрения, «космическим императивом». Это очень интересно. И с этой точки зрения, мы можем ожидать, что все-таки какие-то следы мы можем найти.
Но опять-таки, надо отвлечься от земного, так сказать, шовинизма. Я все-таки считаю, что вряд ли можно себе представлять жизнь зародившейся на одном таком теле – слишком мала вероятность. А вот если эту вероятность помножить на то количество планетных систем, которые ныне очень быстро открываемых у других звезд, то вероятность очень сильно повышается.
Кстати, опасения о том, что живое вещество не может выдержать экспонирования жесткому излучению в космосе в течение миллионов лет, очень сильно, с моей точки зрения, завышены. От этой опасности достаточно небольшой защиты. Опасность представляет только прямое попадание в ядро, что крайне маловероятно. Потому что между атомом и ядром разница примерно в шесть порядков – поэтому вероятность разрушения ядра очень мала. И с этой точки зрения, я рассматриваю высказанную еще в конце позапрошлого века Свентусом Аррениусом гипотезу панспермии, как очень серьезно заслуживающую внимания.
И наконец, поскольку времени осталось немного, буквально несколько слов хочется сказать о том, что мы совершенно не имели представления о сложной системе колец у всех других планет: Сатурна, Урана, Нептуна. Мы не знали о таком количестве спутников, мы знали только основные. Мы не знали об исключительно интересной динамике процессов в атмосфере Юпитера.
А.Г. Я хотел задать вопрос. Что стало известно после выпадения фрагментов кометы Шумейкера на Юпитер?
М.М. Вы знаете, планета слишком энергоемка, чтобы на нее таким образом повлиять. Но интересен сам факт: в мощном гравитационном поле Юпитера произошло разрушение кометы, которая, по-видимому, изначально была захвачена где-то в 30-х годах, затем существовала, сближаясь с Юпитером, и наконец приливными силами была разорвана на 22, если не ошибаюсь, фрагмента. И они последовательно выпадали в атмосферу. Мне довелось видеть кое-что из этих событий. И вы знаете, это, конечно, грандиозное зрелище: ведь Юпитер по массе в 330 раз больше Земли.
А.Г. А по объему насколько?
А.Г. Столкновения, изменения орбит.
М.М. Даже не столкновение, а просто возмущение. Это я хочу настойчиво подчеркнуть. Дело в том, что не надо рассматривать Солнечную систему как некое застывшее стационарное образование. Это динамичное образование, в какой-то мере, к ней хорошо применимо даже такое понятие, как хаотическая динамика. Многие тела мигрируют через область Юпитера (или непосредственно) во внутренние области Солнечной системы. В частности, мы исходим из того, что такой процесс был наиболее сильным в конце периода формирования планет-гигантов, его еще называют периодом максимальной метеоритной бомбардировки, когда тысячи, десятки тысяч комет забрасывались во внутренние области и бомбардировали Землю, Венеру, Марс.
Кстати, оценки принесенного вещества для этих планет сопоставимы. И здесь возникают две интереснейших проблемы.
Переход на главную и другие страницы проекта «СиЗиФ»