Иосиф Шкловский - Вселенная, жизнь, разум

Таким образом, непосредственно обнаружить с достоверностью следы жизни на Земле наблюдениями с Марса весьма непросто. Можно, однако, для этого применить косвенные методы. Дело в том, что развитая жизнь на какой-нибудь планете является могучим фактором, преобразующим ее атмосферу и кору. Не случайно наружные слои нашей планеты, включающие также мировой океан и атмосферу, получили название «биосфера». Согласно исследованиям академика В. И. Вернадского (который ввел в науку само понятие «биосфера»), последняя начинается с глубины 3 км под поверхностью Земли и охватывает почти всю гидросферу и атмосферу. Он пришел к выводу, что все наружные слои земной коры переработаны жизнедеятельностью различных организмов на 99 %. Как мы видели в предыдущей главе, практически весь кислород в земной атмосфере есть продукт фотосинтеза растений. Благодаря своей огромной химической активности атмосферный кислород непрерывно вступает в соединения с различными элементами земной коры. Если бы не непрерывное возобновление кислорода, обусловленное жизнедеятельностью растений, он исчез бы из атмосферы всего лишь за несколько тысяч лет. Можно сделать вывод, что наличие свободного кислорода в атмосфере планеты является признаком того, что на ней имеется жизнь, создавшая биосферу.

Биосфера не только создает кислород в атмосфере планеты. Живые организмы, особенно бактерии, за сотни миллионов лет своей «кипучей деятельности» преобразили лицо нашей Земли. Они могут разлагать даже самые стойкие химические соединения, входящие в состав алюмосиликатов и гранитов, составляющих большую часть земной коры. Так постепенно образовалась почва. Причина деятельности живых организмов, преобразующей лицо планеты, кроется в процессах обмена веществ, являющихся неотъемлемым атрибутом жизни. Эти процессы представляют собой химические реакции весьма большого количества типов. Все это приводит к потенциально огромной способности живых существ к размножению. Основная тенденция развивающейся жизни — переработать как можно больше «неживого» вещества, чтобы этот «строительный» материал использовать для построения новых особей.

Если бы этот процесс не сталкивался с суровыми ограничениями, накладываемыми самой природой, прежде всего ограниченностью «строительных ресурсов», за какие-нибудь сутки масса живого вещества превзошла бы массу планеты. Количество живого вещества в земной коре согласно подсчетам В. И. Вернадского, составляет примерно 1014–1015 т. Это в несколько миллионов раз меньше массы земного шара и только в несколько тысяч раз меньше массы земной коры.

Коль скоро наши воображаемые марсианские наблюдатели обнаружили бы вокруг Земли мощную кислородную атмосферу, они должны были бы с необходимостью сделать вывод о наличии на Земле жизни. Если бы количество свободного кислорода в атмосфере было ничтожно мало, так что его можно было обнаружить только на пределе чувствительности приборов, еще можно было бы выдвигать различные гипотезы о «небиогенном» происхождении земного кислорода. Впрочем, эти гипотезы были бы довольно сомнительны. Но такое огромное количество кислорода, которое наблюдается на Земле, можно объяснить только жизнедеятельностью организмов. Итак, химический состав земной атмосферы позволил бы наблюдателям марсианской обсерватории сделать со всей определенностью вывод, что жизнь на Земле существует. Означает ли, однако, отсутствие в спектре планеты линий и полос, указывающих на наличие в ее атмосфере кислорода, что планета безжизненна? Строго говоря, нет. Именно с таким случаем мы встречаемся при исследовании вопроса о возможности жизни на Марсе.

После того как мы в предыдущей главе имели возможность убедиться, что обнаружить признаки жизни на какой-нибудь планете с расстояния, исчисляемого десятками миллионов километров, — задача далеко не простая, можно проанализировать существующие наблюдательные данные о планетах Солнечной системы для выяснения вопроса о возможной их обитаемости. В первую очередь мы остановимся на самой «перспективной» в этом отношении планете — Марсе.

Нет нужды приводить основные астрономические сведения о Марсе — они достаточно часто приводились в научно-популярной литературе. Интересующихся большими подробностями мы отсылаем к монографии В. И. Мороза «Физика планеты Марс» (М.: Наука, 1978).

Прежде всего рассмотрим, что представляет собой марсианская атмосфера. Прямые спектроскопические наблюдения указывают, что в атмосфере присутствует углекислота CO2 в количестве, примерно в 30 раз большем, чем в земной атмосфере, хотя марсианская атмосфера в 150 раз более разрежена, чем земная на уровне моря.

Каков же химический состав марсианской атмосферы?

Углекислый газ является основной составляющей марсианской атмосферы — примерно 95 %. Измерения, проведенные на американских космических аппаратах «Викинг-1» и «Викинг-2» показали, что остальные 5 % — это аргон и азот. Аргон, или, точнее, его изотоп с атомным весом 40, составляет, как известно, около 1 % земной атмосферы. Он, образуется непрерывно в результате радиоактивного распада изотопа 40K, находящегося в земной коре. Так как Марс и Земля по своим основным планетарным характеристикам (размеры, состав коры, плотность и т. д.) являются «родственниками», следует ожидать, что этот же процесс должен приводить к появлению аргона и на Марсе. Поскольку кислорода в марсианской атмосфере очень мало, то аргон наряду с азотом оказывается одной из главных компонент марсианской атмосферы.

До последнего времени не существовало сколько-нибудь надежных спектроскопических данных, указывающих на наличие в атмосфере Марса водяных паров. Однако в 1963 г. американские ученые Спинрад, Мюнх и Каплан уверенно обнаружили в спектре Марса очень слабые полосы водяного пара. Из этих наблюдений следует, что количество водяных паров в атмосфере Марса составляет около одной тысячной от CO2. Отсюда можно сделать вывод, что его атмосфера отличается исключительной сухостью. В незначительных количествах в ней содержится CO (0,06 %) и озон O3 (10-3 %).

Еще недавно большинство астрономов считали, что так называемые «полярные шапки» Марса суть не что иное, как иней, покрывающий большие области около полюсов планеты. Однако в настоящее время вся совокупность данных наблюдений говорит о том, что сезонные «полярные шапки» — это, главным образом, сухой лед, т. е. затвердевшая углекислота CO2. Так как ось вращения Марса наклонена к плоскости его орбиты почти на такой же угол, что и Земля, там наблюдается смена времен года. Вообще говоря, климат Марса отличается большой суровостью. Средняя температура поверхности этой планеты приблизительно на 40 К ниже, чем на Земле. В течение суток температура почвы колеблется на 60–80 К. Амплитуда годичных колебаний в полярных областях достигает 100–120 К, в то время как в экваториальных она равна 30 К. Температура полярных областей достигает зимой -120 °C.