Пекка Теерикор - Эволюция Вселенной и происхождение жизни

• Название: Эволюция Вселенной и происхождение жизни
• Автор: Пекка Теерикор
• Издательство: Эксмо
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2010

Сэр Исаак Ньютон сказал по поводу открытий знаменитую фразу: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов».

«Эволюция Вселенной и происхождение жизни — описывает восхождение на эти метафорические плечи, проделанное величайшими учеными, а также увлекательные детали биографии этих мыслителей. Впервые с помощью одной книги читатель может совершить путешествие по истории Вселенной, какой она представлялась на всем пути познания ее природы человеком. Эта книга охватывает всю науку о нашем происхождении — от субатомных частиц к белковым цепочкам, формирующим жизнь, и далее, расширяя масштаб до Вселенной в целом.

«Эволюция Вселенной и происхождение жизни» включает в себя широкий диапазон знаний — от астрономии и физики до химии и биологии. Богатый иллюстративный материал облегчает понимание как фундаментальных, так и современных научных концепций. Текст не перегружен терминами и формулами и прекрасно подходит для всех интересующихся наукой и се историей.

---

Другим связанным с массой фактором является внутренняя активность планеты. Мы уже обсуждали, что вулканические выходы или источники энергии могли быть местом зарождения жизни на Земле. У маломассивных объектов относительно большая площадь поверхности на единицу массы, чем у объектов большой массы. Луна и Меркурий уже потеряли большую часть своего внутреннего тепла, поэтому вулканическая активность у них практически нулевая. Их мертвые поверхности хранят память об эпохе столкновений, сыгравшей важную роль в истории жизни на Земле (рис. 31.2).

Рис 31.2. Усеянная кратерами поверхность Меркурия со следами древней геологической активности. Фото передано зондом «Мессенджер» в январе 2008 года. Диаметр большого кратера с двойным валом около 200 км. С разрешения NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington.

Астероиды и кометы располагаются в основном за орбитой Марса, иногда залетая во внутреннюю область Солнечной системы. Крупнейшие астероиды имеют в диаметре несколько сотен километров и порой бывают настолько массивны, что принимают округлую форму.

Такие, по решению МАС, причисляют к карликовым планетам. Эти и более мелкие астероиды, а также кометы не могут иметь постоянную атмосферу. Считается также, что у них нет внутренней вулканической активности.

Хотя они слишком малы, чтобы иметь постоянную атмосферу, маленькие астероиды и кометы представляют значительный интерес в связи с возникновением, эволюцией и возможными перспективами жизни.

Мы уже обсуждали влияние столкновений на древнюю атмосферу и массовые вымирания на Земле. Напомним также, что в некоторых примитивных, не подвергшихся изменению метеоритах были найдены строительные блоки биомолекул.

Вдали от Солнца вода, аммиак и метан (соединения водорода с кислородом, азотом или углеродом) оставались твердыми ледяными частицами в протопланетной туманности и объединялись в маленькие тела.

Хотя это и спорно, некоторые астробиологи полагают, что пред-биологическая химия могла протекать в газо-жидких областях ядер комет или же они могли служить транспортом для спор бактерий, перенося жизнь от планеты к планете. Эти вопросы заслуживают детального обсуждения.

Четыре внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — гораздо больше и массивнее внутренних планет. Находясь далеко от Солнца и обладая большой скоростью убегания у поверхности, эти планеты имеют протяженные атмосферы, состоящие из водорода, гелия, метана и других относительно легких газов. Юпитер и Сатурн считаются газовыми гигантами, а Уран и Нептун можно назвать ледяными гигантами.

Все внешние планеты окружены кольцами и большим количеством спутников. Некоторые из спутников чрезвычайно интересны как возможные прибежища жизни. Ряд спутников планет-гигантов, таких как Юпитер, могут двигаться настолько близко к планете, что их недра разогреваются под приливным влиянием планеты (табл. 31.1).

Таблица 31,1. Физические свойства планет.

Солнечные сутки — среднее время от одного восхода Солнца до следующего (отметим длинные солнечные сутки на Меркурии и Венере, например, на Меркурии от восхода Солнца до заката проходит 88 земных суток!).

Марс, подающий надежды.

Марс всегда будоражил воображение людей. Когда в своем орбитальном движении Земля и Марс сближаются, Марс в этот момент находится в противостоянии с Солнцем и выглядит на ночном небе красноватым и весьма ярким. Даже в маленький телескоп «в противостоянии» он кажется довольно большим, и на его поверхности можно рассмотреть кое-какие детали. Марс обращается вокруг Солнца на расстоянии около 1,5 а. е. и совершает полный оборот примерно за два года. Его экватор наклонен к плоскости орбиты на 25°, и это означает, что на Марсе, как и на Земле, существует смена сезонов. Марс делает один оборот вокруг своей оси примерно за 25 часов, и это тоже напоминает нам Землю.

Обычно в противостоянии расстояние между Марсом и Землей около 60 млн км. На таком расстоянии одна секунда дуги соответствует 300 км. В хороших условиях это приблизительно соответствует пределу разрешения при наблюдениях с помощью наземных телескопов. В большинстве случаев разрешение хуже и детали поверхности размыты. При таком разрешении хорошо заметны полярные шапки Марса, увеличивающиеся зимой и уменьшающиеся летом. В период марсианской весны на краях тающих полярных шапок возникает темная кайма, постепенно расширяющаяся в сторону экватора. Некоторые наблюдатели предполагали, что так могла бы проявлять себя жизнь растений, просыпающихся после холодной зимы: при продвижении потоков воды к экватору большие области якобы покрывались растениями.

Если воздух над местом наблюдения необычно спокоен, то на очень короткое время могут возникнуть условия, когда разрешение резко улучшается. Рефрактор с объективом диаметром 22 см может дать угловое разрешение 0,63 секунды дуги, или 200 км на поверхности Марса (примерно 1/34 его размера). Такого разрешения иногда достигал директор Миланской обсерватории Джованни Скиапарелли (1835–1910). В эти моменты Скиапарелли запоминал детали поверхности Марса и быстро зарисовывал их. Наряду с большими образованиями, такими как полярные шапки, он увидел четкие узкие линии, которые назвал «каналами»; по-итальянски canale означает всего лишь узкую полоску между двумя точками. Ошибка возникла при переводе на английский, где слово «канал» (channel) означает искусственное сооружение. На Земле такое сооружение могло быть построено людьми, а на Марсе — марсианской цивилизацией!

Персиваль Ловелл (1855–1916), бизнесмен, дипломат и писатель, пишущий о восточной культуре, увлекся астрономией. Он совершенно серьезно заинтересовался марсианскими каналами и даже построил собственную обсерваторию во Флагстаффе (шт. Аризона) специально для исследования Марса и других планет. Ловелл составил карту темных и светлых областей Марса и даже сети каналов на его поверхности. Он предположил, что это ирригационная система, построенная марсианами для распределения воды из полярных областей в другие части сухой планеты. Сравнив разные места, он даже определил положение столицы. Воистину, миролюбивая цивилизация способна координировать усилия на грандиозных проектах!

Что тут скажешь… Иногда энтузиазм, упорно действующий в одном направлении, неожиданно приводит к результатам в других областях. Как мы уже знаем, такие важные явления, как вращение галактик и красное смещение, были обнаружены именно в обсерватории Ловелла; там же была открыта и (карликовая) планета Плутон.

Менее «романтические» астрономы отвергли гипотезу о каналах на основании тщательных наблюдений и теоретических вычислений. В 1909 году греческий асгроном Эжен Антониади наблюдал Марс в исключительно благоприятных условиях с помощью 83-см телескопа Парижской обсерватории. К своему удивлению, он увидел множество мелких деталей, но не заметил каких-либо следов каналов. Что же касается теории, то Альфред Уоллес (один из создателей теории эволюции, см. главу 28) предпринял вычисления температуры Марса. Он рассчитал интенсивность солнечного света на поверхности Марса, учитывая его расстояние от Солнца, принял во внимание вращение Марса и предположил, что поверхность планеты должна согреваться до такой степени, чтобы ее тепловое излучение оказалось в равновесии с падающей на нее энергией Солнца. Уоллес получил удручающий результат: в самое теплое время на Марсе холодно, как в Сибири, каналы должны были замерзнуть, так что марсианская цивилизация вряд ли могла бы создать ирригационную систему.

Теперь мы знаем, что на экваторе летом в дневное время температура поверхности Марса поднимается выше точки замерзания воды, вплоть до +15 °C, но вообще-то поверхность планеты весьма холодная. Вдобавок к тому, что из-за большего расстояния от Солнца на единицу поверхности Марса падает менее половины солнечного тепла по сравнению с Землей, суточные перепады температуры на нем очень велики, так как тонкая атмосфера Марса не задерживает тепло днем и не сохраняет его в результате парникового эффекта ночью. Даже сибирская температура покажется гораздо приятнее, когда представишь, что на Марсе зимней ночью столбик термометра опускается до -150 °C. Средняя температура поверхности Марса около -60 °C, но суточные колебания велики.

Несмотря на холод, Марс рассматривается как вероятное место, где когда-нибудь сможет поселиться человек. Но переселенцы, обнаружив схожесть марсианского светового цикла с земным, заметят и большие различия. Радиус Марса равен 3400 км, то есть чуть больше половины земного, а плотность Марса 3,9 г/см3 составляет 70 % плотности Земли. Два этих фактора вместе означают, что на Марсе вес переселенцев составит 39 % от их земного веса. Без защитной одежды вне марсианской базы они будут страдать от удушья, так как давление воздуха очень низкое, всего 0,1 % от земного. Кроме того, на 95 % он состоит из двуокиси углерода, непригодной для дыхания. Без скафандра землянин задохнется через пару минут. Незащищенный житель Марса получит и серьезные солнечные ожоги от сильных ультрафиолетовых лучей.