Норман Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе

• Название: Поиски жизни в Солнечной системе
• Автор: Норман Хоровиц
• Издательство: Мир
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1988
• ISBN: 5-03-001356-3

Как зародилась жизнь на Земле? Существует ли она на других планетах Солнечной системы или еще где-нибудь во Вселенной? Этим вопросам, издавна волновавшим человека, посвящена книга известного американского ученого Нормана Хоровица, крупного экзобиолога, одного из научных руководителей программы "Викинг", целью которой был поиск следов жизни на Марсе.

Адресована читателям, интересующимся достижениями современной науки, желающим глубже понять окружающий нас мир.

---

К первым сообщениям о стерильных почвах Антарктиды все отнеслись скептически. Говорить "стерильная почва" — это значит демонстрировать микробиологическую безграмотность: ведь каждый биолог знает, что микроорганизмы являются существенным компонентом того, что мы обычно называем "почва", т. е., попросту говоря, материала, на котором растут растения. Поскольку растения не растут в сухих долинах, можно спорить о том, следует ли называть поверхностное вещество их грунта почвой. Во всяком случае, непригодность сухих долин антарктической пустыни для жизни стала рассматриваться всерьез лишь после того, как накопилось достаточно доказательств.

Эти соображения, высказанные моими коллегами и мной, не получили единодушного одобрения. Такая точка зрения отличалась от традиционной, а кроме того, представлялось спорным ее отношение к исследованиям Марса. Эти соображения прежде всего ставили под сомнение возможность заражения Марса земными микроорганизмами. Это широко распространенное мнение, уходящее корнями в ловелловские представления о Марсе, лежало в основе большой программы по стерилизации космических аппаратов, которую НАСА проводило в жизнь в соответствии с договором, обязывающим все государства избегать "пагубного заражения" внеземных объектов при космических исследованиях. Следуя этому договору, НАСА подвергло полностью собранную космическую станцию, предназначенную для посадки на поверхность Марса, тепловой стерилизации. Эта процедура влекла за собой значительное увеличение расходов по программе исследования Марса, а кроме того, могла нанести вред как космическому аппарату, так и установленным на нем приборам. Поэтому после 1963 г., когда начала выясняться подлинная природа марсианской среды, основные положения карантинной политики и детали самой процедуры стерилизации стали предметом активного обсуждения. В этом контексте результаты исследований в Антарктиде трактовались достаточно однозначно: если земные микроорганизмы не способны заселять сухие долины Антарктиды, которые для любых земных бактерий или дрожжей должны казаться раем по сравнению с Марсом, нет ни малейшего смысла беспокоиться о том, что они заселят Марс.

Но не все ученые согласились с таким выводом. Среди них был Вольф Вишняк, профессор микробиологии Рочестерского университета и член биологической группы проекта "Викинг". Он не принимал саму идею стерильности почвы, даже в Антарктиде. Как человек, игравший ведущую роль в организации марсианской карантинной политики, Вишняк считал разрешение этих споров настолько срочным делом, что лично отправился в сухие долины Антарктиды южным летом 1971–1972 гг. Он был убежден, что в антарктических почвах достаточно воды для существования микроорганизмов и проблема их поиска носит скорее методический характер. Поэтому, пользуясь соответствующими приемами, можно обнаружить активно растущие популяции микроорганизмов во всех почвах сухих долин. Применив некоторые новые методы идентификации почвенных микроорганизмов, Вишняк получил результаты, которые убедили его в правильности избранного пути. Однако работу не удалось завершить за один летний сезон. В 1973 г. ученый вернулся в Антарктику для проведения обширных полевых работ, но трагически погиб там, упав в трещину на леднике.

Работа, начатая Вишняком, до сих пор не завершена. Если бы не преждевременная гибель, он, наверное, смог бы взять образцы почвы на многих участках и критически сравнить свои методы с теми, которые применяли его предшественники для анализа тех же почв. Теперь же вопрос о возможности жизни в сухих долинах остается для многих открытым. Однако что касается Марса, то здесь ответ ясен. Вопрос о жизни на Марсе был решен в ходе научных исследований по программе "Викинг". Два стерильных спускаемых аппарата "Викинг", опустившиеся на поверхность Марса, установили, что условия на планете гораздо более суровы, чем представлялось с орбиты. Выяснилось, что Марс застрахован от бактериального загрязнения не только благодаря сухости и холоду, несравненно более жестоким, чем в Антарктиде, — это было ясно и до полета "Викингов", — но и вследствие особенностей самой химической среды планеты, которая обеспечивает ее самостерилизацию. Но об этом мы расскажем в следующей главе.

Глава 7. Полет "Викингов": где же марсиане?

Тот, кто не видел живого марсианина, вряд ли может представить себе его страшную, отвратительную наружность.

Г.Дж. Уэллс, "Война миров"[18]

В 60-70-х годах к Марсу была запущена серия советских межпланетных автоматических станций "Марс", которые, однако, не передали на Землю никаких данных, касающихся наличия жизни на планете[19]. Американские спускаемые аппараты "Викинг", хотя и не первыми достигли марсианской поверхности, работали там продолжительное время и смогли поведать немало интересного об этой планете. В настоящей главе описаны результаты этих исследований, которые представляют интерес с точки зрения биологии.

Посадка

Космические станции "Викинг" достигли Марса к середине июня и начале августа 1976 г. Затем они перешли на заранее рассчитанные орбиты вокруг планеты и начали поиск мест, пригодных для посадки. Выбор места посадки определялся двумя соображениями: безопасностью для спускаемого аппарата и научным интересом. По научным соображениям еще до полета было решено посадить спускаемые аппараты в районах, расположенных на разных широтах, чтобы получить сведения о различных климатических и географических зонах. Фотокамеры и инфракрасные датчики на борту орбитальных аппаратов вместе с наземным радиолокатором вели целенаправленный поиск мест посадки спускаемых аппаратов. Прежде всего искали участки, где температура и влажность превышали средние значения, так как они могли быть наиболее благоприятными для существования жизни. Однако обнаружить такие места не удалось. И поскольку с биологической точки зрения разные участки на одной и той же широте мало чем отличались друг от друга, окончательное решение о местах посадки было принято исходя из соображений безопасности спускаемого аппарата.

Когда все было подготовлено, по команде с Земли включились пиротехнические устройства, разомкнувшие соединения, которые удерживали вместе орбитальный и спускаемый аппараты. Пружинные толкатели разделили их, и спускаемый аппарат (снабженный лобовым экраном для аэродинамического торможения в атмосфере) начал опускаться на поверхность Марса с высоты 1500 км. Для торможения спуска на высоте 6 км (ее измеряли с помощью радиолокатора самого спускаемого аппарата) над поверхностью был раскрыт парашют и сброшен лобовой экран. На высоте 1,5 км был отброшен парашют, выдвинуты три опоры спускаемого аппарата и для окончательного погашения скорости при спуске включены тормозные двигатели. Спускаемый аппарат "Викинга-1" опустился на марсианскую поверхность 20 июля 1976 г. в точке с координатами 22,5 с. ш. и 48 з. д. на Равнине Хриса. Аппарат "Викинга-2" совершил посадку 3 сентября на противоположной стороне планеты на Равнине Утопия, в точке с координатами 47,5 с.ш. и 226 з. д., примерно на 1500 км севернее первого. В северном полушарии Марса в это время было раннее лето. Планировалось, что исследования продолжатся в течение 90 дней после посадки, но четыре космических аппарата функционировали около двух лет, а спускаемый аппарат "Викинга-1" проработал более шести лет.

Использование тормозных ракетных двигателей во время спуска аппаратов вызывало беспокойство, так как их выхлопы могли вызвать физические и химические изменения окружающей среды в местах посадки. Чтобы свести эти воздействия к минимуму, в конструкцию двигателей были внесены изменения, позволяющие уменьшить нагревание и разрушение грунта на поверхности, а в качестве топлива использован специально очищенный гидразин (N2H4), при горении которого не образуются органические продукты. Выхлоп состоял из смеси азота, водорода и аммиака (приблизительно в равных объемах), а также 0,5 % паров воды. Лабораторные испытания показали, что при использовании этого топлива и модифицированных двигателей в районе посадки спускаемого аппарата может погибнуть лишь незначительная часть почвенных бактерий. Однако при выхлопе все же наблюдалось значительное загрязнение грунта аммиаком и, вероятно, парами воды, хотя точные измерения не проводились. В соответствии с этими результатами учитывалась возможность химических изменений грунта в местах посадки, вызванных аммиаком и водой.

Состав атмосферы

Пока спускаемые аппараты приближались к поверхности Марса, приборы, вмонтированные в лобовые экраны, проводили измерения давления, температуры и состава атмосферы. Аналогичные измерения осуществлялись затем на поверхности с помощью дополнительных приборов, доставленных спускаемыми аппаратами. С биологической точки зрения самым важным был вопрос о составе атмосферы и особенно о наличии в ней азота. По общему мнению, этот элемент, входящий в состав нуклеиновых кислот и белков, совершенно необходим для жизни. Ранее с помощью космических аппаратов было установлено, что содержание азота в атмосфере Марса не превышает 5 % (в атмосфере Земли он составляет 77 %), а возможно, его вообще там нет.