Нил Тайсон - История всего

Обязательно ли этой жидкости быть водой? Мы живем на весьма водянистой планете, почти три четверти поверхности которой покрывают океаны. Это делает нас уникальным миром Солнечной системы, а также, вполне возможно, довольно нестандартной планетой с точки зрения всей галактики Млечный Путь. Вода, которая состоит из молекул, составленных из двух самых распространенных химических элементов во Вселенной, имеется как минимум в скромных количествах внутри комет, метеороидов и в большинстве планет Солнца и их лун. С другой стороны, в своем жидком состоянии вода существует ишь на Земле и под ледяной поверхностью крупной луны Юпитера Европы, чьи мировые приповерхностные океаны воды до сих пор являются лишь предположением, а не заверенным фактом. Могут ли другие химические соединения образовать собой более удачный тип жидкости для заполнения ею морей или водоемов поменьше, чтобы затем внутри них молекулы могли поработать над созданием первых форм жизни? Три самых распространенных во Вселенной химических соединения, способных оставаться в жидкой форме при довольно большом диапазоне температур, — это аммиак, этан и метиловый спирт. Каждая молекула аммиака состоит из трех атомов водорода и одного атома азота; молекула этана — из двух атомов водорода и шести атомов углерода; а молекула метилового спирта — из четырех атомов водорода, одного атома углерода и одного атома кислорода. Мы вполне можем включить в список возможных вариантов форм инопланетной жизни существа, которые применяют аммиак, этан метиловый спирт также, как жизнь на Земле использует воду — в качестве основной жидкости, внутри которой, предположительно, когда-то возникла жизнь и которая представляет собой среду для реакций и контактов различных молекул. Им остается лишь плавать в ней и образовывать новые молекулы. Четыре планеты-гиганта Солнечной системы обладают огромными запасами аммиака, а также скромными запасами этана и метилового спирта; а Титан, одна из крупнейших лун Сатурна, вполне может содержать огромные озера жидкого этана на своей жесткой поверхности.

Остановив свой выбор на том или ином конкретном типе молекулы в качестве основы базовой жидкости, без которой невозможна жизнь, мы снова оказываемся перед очередным условием для ее существования: такое жидкое вещество должно оставаться жидким всегда. Мы не предполагаем, что жизнь возникла в вечных льдах Антарктики или в насыщенных водяным паром облаках, потому что нам нужна жидкость, в которой будут активно взаимодействовать молекулы. В условиях атмосферного давления, характерного для поверхности Земли, вода остается жидкой в рамках температурного диапазона от 0 до 100 градусов по шкале Цельсия (это от 32 до 212 градусов по шкале Фаренгейта). Все три альтернативных типа растворителей остаются в жидком состоянии в рамках существенно меньшего температурного диапазона, чем у воды. Так, аммиак замерзает при температуре в 78 градусов по шкале Цельсия и испаряется при 33 градусах. Это не позволяет ему стать главной жидкостью и «водой жизни» на Земле, но в каком-то другом мире, где всегда в среднем на 75 градусов холоднее, чем в нашем, вода как раз совершенно не сгодилась бы в растворители жизни — а вот аммиак был бы настоящей находкой.

Важная отличительная особенность воды заключается не в том, что ее можно смело возвести в ранг «универсальных растворителей мира», о чем нам всем рассказывали на уроках химии, и не в том, что она остается жидкой в столь широком температурном диапазоне. Самое удивительное свойство воды — это тот факт, что в то время, как большинство веществ, включая воду, сжимается и становится плотнее по мере охлаждения, вода, стоит температуре охлаждения упасть ниже 4 градусов по шкале Цельсия, начинает расширяться, становясь все менее плотной по мере приближения температуры к нулю. Затем, стоит воде замерзнуть при нуле градусов по шкале Цельсия, она становится еще менее плотным веществом, чем жидкая вода. Лед не тонет, что само по себе отличная новость для рыб. Зимой, когда температура на улице падает ниже отметки замерзания воды, четырехградусная (по шкале Цельсия) вода уходит на дно водоема и там остается, потому что она плотнее холодной воды, что остается плавать у поверхности. Затем на этой поверхности водоема начинает постепенно формироваться слой льда, который заодно служит природным герметиком для нижнего слоя воды, не давая ее температуре падать еще ниже.

Без этой удивительной инверсии плотности, которая происходит ниже четырехградусной отметки температуры, пруды и озера замерзали бы зимой снизу вверх, а не сверху вниз, как мы привыкли. Как только температура за окном падала бы ниже отметки замерзания воды, верхняя часть поверхности пруда начинала бы остывать и опускаться вниз, в то время как более теплая вода постепенно поднималась бы вверх — к его поверхности. Эта вынужденная конвекция быстро снижала бы температуру воды до нуля градусов, как только поверхность пруда начнет замерзать. Тогда более плотный твердый лед опускался бы на дно. Если весь целиком заданный объем воды и не замерзал бы полностью снизу доверху за один зимний сезон, на дне такого водоема постепенно копился бы лед, благодаря чему полное замерзание просто растянулось бы на несколько лет и было бы достигнуто постепенно. В таком мире подледная рыбалка была бы еще менее захватывающим и результативным видом спорта, чем в нашем, ведь все рыбы как одна были бы мертвы — свежезамороженны. Любителям подледного лова пришлось бы либо размещаться на слое льда, который уходил бы под все еще не замерзшую воду (из-за чего он превратился бы в надледный лов), либо просто сидеть на глыбе полностью замерзшей воды. Нам больше не понадобились бы ледоколы для того, чтобы пробираться по замерзшей Арктике: либо весь Северный Ледовитый океан замерз бы, превратившись в удобную равнину, либо все его замерзшие части опустились бы на дно и мы могли бы плыть на кораблях и баржах, куда нам вздумается, без каких-либо препятствий. По поверхностям замерзших озер и прудов можно было бы кататься на коньках, не боясь провалиться в воду. В этом альтернативном мире айсберги и прочие ледяные глыбы тонули бы, и в апреле 1912 года «Титаник» счастливо добрался бы до порта города Нью-Йорк, нетонущий и непотопляемый, как и гласила его рекламная брошюра.

С другой стороны, тут может играть свою роль наша среднеширотная предвзятость. Большей части океанов Земли не угрожает вероятность замерзания что сверху донизу, что снизу доверху. Если бы лед тонул, Северный Ледовитый океан мог бы окончательно затвердеть; то же самое могло бы произойти с Великими озерами и Балтийским морем. Это сделало бы Бразилию и Индию более мощными мировыми державами за счет утраты инфраструктуры Европой и США, но жизни на Земле это никак не помешало бы развиваться и процветать.