В нашей галактике

Глава IV Как открывали планеты

В одной из предыдущих глав мы совершили путешествие на 5 миллиардов лет назад и пытались стать свидетелями таинства рождения планет. Мы посмотрели, как их изучают, но о самих планетах Солнечной системы мы не говорили. А ведь каждая из девяти планет в семье Солнца уникальна, со своими особенностями, со своим характером.

В древности именно планеты привлекли внимание вавилонских жрецов. Планеты непрерывно меняли положение на небе, блуждая самым причудливым образом среди неподвижных звезд и, естественно, в первую очередь заинтересовали жрецов, наблюдавших за небом и занимавшихся предсказаниями самых различных событий. И в конце концов именно планеты стали олицетворением великих богов древности на небе.

В Ассирии и Вавилоне Венера олицетворяла богиню Иштар, Юпитер — бога Мардука и так далее. Жители древних стран прекрасно знали все видимые невооруженным глазом планеты — Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер, Сатурн. Еще до нашей эры были известны восходы, заходы и положение Юпитера относительно стандартных звезд. Но только с изобретением телескопа существенно расширились возможности наблюдений и люди смогли узнать о существовании новых планет.

Первую неизвестную ранее планету открыл В. Гершель, основоположник новой эры в астрономии, тот самый Гершель, которого вместе с Лапласом и Румфордом принимал первый консул Французской республики Наполеон.

Жизненный путь Гершеля поначалу никак не мог свидетельствовать о том, что он станет одним из величайших астрономов всех времен. Сын полкового музыканта, он с ранних лет занимался с учителями и отцом музыкой и уже в четырнадцать играл в военном оркестре. Но в доме Гершелей в Ганновере дети занимались не только музыкой. Вильям изучал языки, математику, философию.

Не имея никакой склонности к ратным подвигам и не желая принимать участия в военных действиях прусской армии в Европе, Гершель переехал в Англию. Здесь он получил место дирижера публичных оркестров в Лидсе. Уже в это время астрономия интересует его гораздо больше, чем музыка. Тридцатилетний Гершель покупает учебник астрономии и вскоре начинает строить телескопы.

Я нарочно употребил слово «строить», а не «изготавливать», так как телескопы Гершеля были самыми крупными инструментами XVIII века. Самый большой телескоп был, к примеру, столь велик, что наводить его на звезду должны были три человека: Гершель и двое рабочих. Ведь тогда не было автоматизированных систем наведения телескопов и все приходилось делать самому астроному.

«Уметь видеть, — писал он, — это в некотором отношении искусство, которому должно учиться». Как не вспомнить здесь незадачливых оппонентов Галилея, которые не могли и не хотели видеть спутники Юпитера.

Успехи Гершеля в астрономии превзошли самые смелые ожидания родственников и друзей. Через девять лет после покупки учебника астрономии он открыл новую планету, которую хотел назвать именем короля Англии Георга III, но традиции оказались сильнее, и планета получила имя римского божества — Уран.

Открытие новых планет хорошо оплачивалось в то время. За Уран Гершель получил от короля Георга III должность придворного астронома и жалованье 200 фунтов стерлингов в год, деньги по тем временам немалые, хотя, конечно, король Англии мог бы проявить и бóльшую щедрость. Не осталось в стороне и Лондонское королевское общество: оно присудило Гершелю ежегодную золотую медаль и избрало его в свои члены.

Самое интересное в истории открытия Урана состоит в том, что Гершель вначале принял этот объект на небе за комету и некоторое время отстаивал свою точку зрения. Это в известной мере подпортило ему репутацию в элитарном Лондонском королевском обществе. Итак, 13 марта 1781 года впервые с использованием телескопа была открыта новая планета — седьмая по счету в нашей Солнечной системе.

Не прошло и ста лет, как открыли восьмую, и история этого открытия была одной из самый интересных страниц современной астрономии.

В чем же драматизм ситуации?

Во-первых, Нептун был открыт за письменным столом.

Во-вторых, это сделали практически одновременно два человека.

В-третьих, один из них был англичанин, а второй — француз.

Итак, в 1845 году двадцатисемилетний математик Д. Адамс из Кембриджа, анализируя некоторые неправильности, наблюдавшиеся в движении Урана по небу, пришел к выводу, что они могут быть обусловлены лишь внешней по отношению к Урану планетой в Солнечной системе. Он вычислил, в какой области неба должна находиться предполагаемая планета, и сообщил результаты своих вычислений астрономам-наблюдателям в Кембриджскую обсерваторию и в Гринвич в сентябре 1845 года. Адамс был чрезвычайно скромным и ненавязчивым человеком, он даже не опубликовал своих расчетов. Более того, когда астрономы Кембриджа и Гринвича в них не поверили и не начали искать «предсказанную» планету, не стал настаивать на этом.

Между тем странное поведение Урана было известно не только в Англии. И практически одновременно с Адамсом, с опозданием на 10 месяцев, французский астроном У. Леверье опубликовал результаты своих расчетов, предсказав существование восьмой планеты и ее примерное положение на небе.

С этой работой ознакомились астрономы и в Гринвиче и в Кембридже. Наблюдатели в Кембридже могли бы прославить себя, открыв новую планету на небе. Когда они увидели, что расчеты француза как две капли воды похожи на расчеты Адамса, они принялись искать предсказанную планету в июле и в августе 1846 года — буквально через месяц после публикации работы Леверье. Но они не удосужились провести обработку своих наблюдений и упустили приоритет открытия.

Леверье был обеспокоен тем, что наблюдатели не отреагируют должным образом на его статью. Он написал письмо в Берлинскую обсерваторию, и 23 сентября 1846 года новая планета была открыта, как по заказу.

Вот тут-то и началось.

Открытие Нептуна «на кончике пера» преподносилось широкой общественности как величайшее достижение науки со времен Ньютона. На Леверье обрушился водопад почестей. История этого открытия мгновенно стала известна всему миру, и английские «болельщики» вступились за приоритет Адамса. Много лет спустя Джинс писал, что, конечно, Нептун был открыт Адамсом и Леверье (а не Леверье и Адамсом). Более того, он оправдывал косность и рутинерство английских наблюдателей, говоря, что в Кембридже Нептун «дважды пронаблюдали», но… «не отождествили его немедленно с новой планетой». Борьба за приоритет между Францией и Англией длилась много лет. Леверье стал директором Парижской обсерватории, Адамс — профессором Кембриджа. А позже выяснилось, что истина-то лежит совсем в другом месте. Тот же Адамс показал, что реальная орбита Нептуна отличалась от предсказанной. Поэтому его открытие в том месте, которое было указано Леверье и Адамсом, было в известной мере случайным. Но дело не в этом. Результат есть результат, и восьмая планета — Нептун — навсегда останется связанной с именами Леверье и Адамса.

Сами Адамс и Леверье никакой вражды друг к другу не испытывали. Более того, они стали друзьями на всю жизнь.

Когда страсти несколько поулеглись, постепенно стало выясняться, что все неправильности в движении Урана нельзя объяснить лишь присутствием Нептуна. Да и сам Нептун вел себя несколько странно, как будто был связан невидимой нитью еще с кем-то. П. Лоуелл из Аризоны пошел по пути, проторенному Леверье и Адамсом. Он вычислил орбиту предполагаемой планеты X. Но открыли ее лишь в 1930 году, после пятнадцати лет тщательных поисков.

Итак, девять планет. Описанию их свойств посвящены многие десятки книг. В короткой главе о планетах мне поэтому придется остановиться лишь на наиболее интересных особенностях семьи Солнца. Конечно, такое изложение будет в известной мере субъективным. Я занимаюсь эволюцией атмосфер, и, быть может, акценты будут несколько сдвинуты именно в эту сторону. Но, во-первых, это вполне естественно, а во-вторых, поверьте, что эволюция атмосферы и климата Земли во многом определит жизнь человечества в ближайшее время.

Начнем же путешествие длиной в 39,4 астрономические единицы, а именно таково расстояние от Солнца до Плутона. Для большей наглядности заметим, что, если бы мы передвигались со скоростью света, нам пришлось бы затратить на эту экскурсию около пяти часов.

Самая близкая к Солнцу планета — Меркурий. Именно он младший брат в семействе, которое принято называть планетами земной группы. Эта группа включает Меркурий, Венеру, Землю и Марс. Отметим, что когда ученые говорят о планетах, то некоторым свойствам Земли удобно приписывать значение, равное единице. Например, расстояние от Солнца, масса, объем.

В нашем путешествии по Солнечной системе мы будем пользоваться именно этим приемом. Итак, Меркурий находится от Солнца на расстоянии 0,39 астрономической единицы (Земля — на расстоянии одной астрономической единицы). Его объем — всего 0,05 объема Земли, а масса — 0,06 массы нашей планеты. Отсюда видно, что плотности Земли и Меркурия почти одинаковы.

Меркурий во многих отношениях замечательная планета. Начнем с того, что он в отличие от большинства планет имеет очень вытянутую, эллиптическую орбиту. Лишь Плутон движется вокруг Солнца по еще более вытянутому эллипсу. Но это еще не все. Чем ближе к Солнцу планета, тем быстрее она делает полный оборот вокруг него. Период обращения Меркурия вокруг Солнца составляет всего 0,24 земного года. Солнечные сутки длятся на Меркурии 176 земных суток. Это означает, что Меркурий очень медленно вращается вокруг собственной оси.

Сильная вытянутость орбиты в сочетании с медленным вращением приводит к поразительным эффектам, которые мог бы заметить космонавт, находящийся на поверхности этой планеты. Солнце на небе Меркурия в своем видимом движении по небу останавливается и даже возвращается ненадолго назад, Это необычное явление, удачно названное «эффектом Иисуса Навина», который согласно библейскому преданию заставил остановиться Солнце, длится на Меркурии по две недели меркурианского «утра» и меркурианского «вечера».

Естественно, что необычная орбита Меркурия и его очень медленное собственное вращение привлекли внимание исследователей. Американские ученые, решая небесно-механическую задачу о движении Меркурия, пришли к выводу, что когда-то Меркурий мог быть… спутником Венеры и находился от нее на расстоянии всего 480 тысяч километров. За счет сложных приливных взаимодействий он постепенно замедлял свое вращение и за несколько сот миллионов лет мог уйти на солнечную орбиту. Правда, теория Энеева и Козлова более естественным путем объясняет необычные свойства движения Меркурия, без привлечения столь экстравагантных ситуаций, когда богиня вынуждена терять своего спутника.

Очутившись на поверхности Меркурия, мы увидели бы много интересных вещей. Но нужно сказать, что космонавтам и даже автоматическим станциям пришлось бы там туго. Из-за близости к Солнцу да еще из-за того, что поверхность Меркурия темная и отражает менее 20 процентов падающего на нее света, ее максимальная температура достигает 420 градусов Цельсия. Но это, правда, лишь на поверхности. Грунт на Меркурии сильно измельчен и поэтому является хорошим теплоизолятором. Уже на глубине нескольких десятков сантиметров температура практически постоянна и не поднимается выше 90 градусов. Ночные температуры очень низки и достигают минус 180 градусов. Поэтому я и говорил о том, что даже автоматической космической станции на поверхности этой планеты пришлось бы нелегко. Выдержать подобные перепады температуры может не каждый материал, а станция должна была бы еще работать.

Но тем не менее представим себе, что мы на поверхности этой удивительной планеты. Впрочем, неудивительных планет в Солнечной системе нет.

Итак, поверхность Меркурия.

Американская космическая станция «Маринер-10» в 1973 году получила телевизионные фотографии 40 процентов поверхности этой планеты, причем разрешение составляло в отдельных случаях менее сотни метров, а это значит, что на снимках Меркурий был виден не хуже, чем Луна в поле зрения хорошего телескопа. И кстати, внешнее сходство поверхностей этих двух небесных тел оказалось просто поразительным. Даже специалисты, занимающиеся Луной, их называют селенологами, когда им показали фотографии Меркурия и попросили сказать, что это за планета, ответили: «Без сомнения, Луна». Действительно, поверхности Меркурия и Луны схожи в первую очередь тем, что они подвергались очень сильной метеоритной бомбардировке.

Диаметры крупных кратеров на Меркурии превышают 70 километров, а есть гиганты диаметром более двухсот километров. Может возникнуть вопрос: а что, вообще говоря, дает науке изучение поверхности Меркурия?

Дело в том, что нам неизвестны процессы, которые шли на самых ранних стадиях образования планет. На Земле практически не осталось следов древней истории нашей планеты, они скрыты последующими напластованиями. Самые древние породы датируются возрастом 3,5–3,6 миллиарда лет, а что было до этого, известно очень плохо. Казалось бы, удобный объект для исследования ранних стадий образования планет — Луна, но она подвергалась сильному влиянию Земли. Поэтому и здесь довольно запутанный случай, не «чистый эксперимент». И остается лишь Меркурий да астероиды.

Именно поверхность Меркурия свидетель катаклизмов почти пятимиллиардной давности — времени, когда в Солнечной системе рождались планеты. Конечно, поверхность Меркурия не моментальный снимок всех этих процессов. На фотографиях видны почти полностью исчезнувшие под слоем пород «кратеры-призраки», а это значит, что на поверхности Меркурия есть участки различного возраста.

Самый крупный известный сегодня кратерный район Меркурия — бассейн Жары (его еще называют «море Зноя»). Диаметр его около 1300 километров — как расстояние от Москвы до Крыма. Вал этого бассейна слагает гористая местность, возвышающаяся на 1–2 километра над его поверхностью. Внутри бассейна есть гладкие равнины, покрытые бороздами и небольшими кратерами. Предполагают, что это циклопическое образование — следствие чудовищного удара астероида о поверхность Меркурия на последних стадиях его «рождения».

На поверхности Меркурия заметны гигантские уступы, которые называются эскарпами. Высота склонов у этих уступов достигает двух километров, а длина пятисот. По своей геологической структуре эскарпы в принципе отличаются от трещин, разрывов коры, которые мы можем видеть на поверхности Луны и Марса. Если трещины образуются при растяжении материала, то структура типа эскарпов, наоборот, в процессе сжатия.

Когда-то, миллиарды лет назад, раскаленный Меркурий, остывая, начал сжиматься. По некоторым оценкам, это сжатие было небольшим: его радиус уменьшился всего на 1–2 километра. Но для геологии Меркурия, для формирования «портрета» его поверхности это, казалось бы, на первый взгляд незначительное сжатие и привело к образованию огромных складок, надвигов. Есть, правда, и другие гипотезы, пытающиеся объяснить образование эскарпов замедлением вращения Меркурия вокруг собственной оси и приливными взаимодействиями с Солнцем.

Итак, бассейны, кратеры, эскарпы. Все это детали рельефа поверхности, а есть ли атмосфера у Меркурия?

Еще лет 20 назад некоторые ученые предполагали такую возможность. Конечно, не столь плотная атмосфера, как на Земле, думали они, но что-то близкое к Марсу. Позже оказалось, что Меркурий практически лишен атмосферы. Он «потерял» ее миллиарды лет назад.

Сила тяжести на Меркурии из-за его малой массы не в состоянии удержать молекулы газа близ поверхности планеты. Газ, атмосфера, «убегает» от Меркурия в космическое пространство. Такая же точно ситуация и на Луне, нашей ближайшей соседке. Сегодня ясно, что плотность атмосферы Меркурия в миллионы миллиардов раз меньше, чем плотность атмосферы Земли.

Итак, Меркурий — маленькая, темная, безжизненная планета, будущий полигон для космических исследований, свидетель чудовищных катаклизмов, сопровождавших последние стадии рождения планет земной группы.

Немало узнали мы за последние годы о сестре Земли. Действительно, удалось определить химический состав грунта, исследовать, что представляет собой атмосфера планеты. Наконец, сегодня существует даже крупномасштабная карта Венеры. Есть панорамы поверхности. Глаза вездесущих автоматов — телефотометры наших станций «Венера-13, 14» — передали на Землю уникальные снимки пейзажей утренней звезды. Не могу не вспомнить о том, как Институт космических исследований посетила высокая делегация американских ученых, в состав которых входили сопредседатель комитета «Врачи в борьбе за мир» известный кардиолог профессор Б. Лаун и профессор К. Саган, широко известный палеонтолог и популяризатор науки. Он собирался снять в Советском Союзе часть своего фильма об участии ученых в борьбе за мир.

Как раз незадолго до их визита были получены первые изображения поверхности Венеры. Для получения истинной природной окраски, цветовой гаммы, нужно было проделать огромную работу с использованием современной электронно-вычислительной техники. Различные варианты цветного изображения, выполненного компьютером, можно было посмотреть на экране телевизора. Американские ученые затаив дыхание смотрели на дисплей, где темно-коричневые камни Венеры вдруг становились слегка розоватыми, а затем изумрудно-зелеными, фиолетовыми. В комнате, где проходили демонстрации панорам, звучали английские слова, выражавшие восхищение в превосходной степени.

И правда, о Венере мы знаем сегодня немало! Однако парадокс ситуации в том, что чем больше мы узнаем об этой планете, тем больше загадок она перед нами выдвигает. Но прежде поговорим о том, как мы сегодня «видим» Венеру, что мы о ней знаем.

Венера обращается вокруг Солнца на расстоянии 0,7 астрономической единицы. По своей массе и размерам она не отличается от нашей Земли. Планета эта имеет плотную атмосферу, открытую еще М. Ломоносовым. Поверхность Венеры невозможно наблюдать в телескопы, поскольку она закрыта от нас мощным слоем облаков. Но сегодня мы знаем, что находится под ее облачным покровом.

Ландшафт Венеры во многом похож на земной, за исключением, конечно, одного очень важного обстоятельства. На поверхности Венеры нет жидкой воды, нет ни морей, ни океанов. Кроме того, нужно сказать, что Венера наиболее «гладкая» из всех планет земной группы. Около 60 процентов ее поверхности лишь на 500 метров выше или ниже уровня, соответствующего среднему радиусу планеты, а горные районы занимают только 2 процента ее площади. Но на Венере тем не менее существуют такие гиганты, как горное плато Максвелл, плато Иштар, по площади примерно вдвое большее Тибета. Средняя высота этого плато 4–5 километров, а хребты, окружающие его, и того выше.

В центре плато Максвелл расположен огромный вулканический конус в полтора раза выше Эвереста. Поперечник подошвы этого огромного вулкана около тысячи километров, а диаметр кратера — сто при глубине четыре километра! Поистине циклопическое образование, равного которому нет на нашей планете. На карте Венеры мы можем увидеть еще одно обширное плоскогорье, названное в честь богини любви Афродитой. В пределах Афродиты находятся Гаусс и Герц — два обширных поднятия. Возможно, это крупные вулканы. Поверхность Венеры холмистая, есть небольшие хребты, долины, впадины. Одна из долин опоясывает почти всю планету.

Можно предположить, что так же, как и на Земле, кора Венеры состоит из плит. Но на Венере кора разбита всего на две плиты. Да и вулканизм там не такой, как на Земле. На нашей планете много вулканических областей. Это и Италия, и Гавайские острова, и Камчатка, восточное побережье Северной и Южной Америки, — трудно все перечислить.

Венера — дело другое. Анализируя данные, полученные при картировании ее поверхности, удалось выявить лишь две области с вулканической активностью.

Очень интересно, что «Венера-13» села как раз в район с недавними проявлениями вулканизма. При посадке аппарат пробил тонкую лавовую корку, ее осколки хорошо видны на фотографиях. А вот второй аппарат сел на древние плотные породы: вокруг станции мы видим лишь довольно крупные камни.

Одной из наших «Венер» были зарегистрированы сейсмы — колебания коры планеты, «венеротрясения». Именно этот факт в сочетании с данными панорам дает основания считать, что кора Венеры обладает высокой подвижностью и что наша соседка по Солнечной системе — тектонически активная планета.

Ну а что можно сказать об атмосфере Венеры?

Прежде всего то, что Венера имеет очень плотную газовую оболочку: давление у поверхности планеты около ста атмосфер. Почему же случилось так, что на Земле основной компонент атмосферы — азот, да и давление у поверхности всего один килограмм на квадратный сантиметр, а на Венере атмосфера состоит из углекислоты, причем давление ее почти в сотню раз больше, чем на Земле?

Венера — поистине планета загадок. Быть столь похожей на Землю и в то же время так отличаться от нее! Где венерианские океаны? Из чего состоят облака Венеры? Почему на Венере почти в сто раз больше реликтовых благородных газов, чем на Земле? Вот главные, не разгаданные на сегодняшний день тайны Венеры.

По первому вопросу существуют различные предположения. Об одном из них мы говорили чуть выше.

Вторая гипотеза связывает отсутствие воды с химическими реакциями в коре, то есть гидратацией различных минералов. Эти реакции проходят при повышенных температурах и состоят в том, что минерал захватывает воду. Расчеты, проведенные в Институте геохимии Академии наук, показали, что этот процесс может быть очень эффективным. Именно в породах Венеры и могут быть огромные количества связанной воды.

Третья возможность состоит в том, что вещество, из которого образовалась Венера, было изначально обеднено водой. Но эта гипотеза носит слишком умозрительный характер, и трудно себе представить, как ее можно проверить экспериментально. Так что подходы к решению первой загадки Венеры существуют, есть вполне разумные идеи, но какая из них верна?

Теперь об облаках. На нашей Земле с облаками все просто. Они воспеты поэтами, писателями, редкий художник прошел мимо этого удивительно красивого явления природы. А ученые давным-давно знают, что земные облака состоят просто-напросто из капель воды. Раньше думали, что и на Венере ситуация с облаками такая же, как и на Земле, они водяные. Но уже первые спектроскопические наблюдения показали, что вопрос о составе облаков отнюдь не так прост, как казалось на первый взгляд.

В 1967 году было обнаружено, что над венерианскими облаками в атмосфере находятся две кислоты — фтористоводородная и соляная, а измерения коэффициента преломления частиц облачного слоя установили, что они не могут быть сконденсированными каплями водяного пара.

Какие только предположения после этого не выдвигались! В качестве возможных кандидатов рассматривалась и венерианская пыль. Правда, эта идея была очень быстро отброшена, поскольку экспериментальные данные говорили о том, что частички облаков находятся в жидкой фазе. Рассматривалась также хлористая ртуть, гидратированное хлорное железо, соли аммония.

Наконец, в 1973 году были опубликованы работы, в которых утверждалось, что облака Венеры состоят из концентрированной серной кислоты. Правда, на «скамейке запасных» остаются еще и гидраты хлорного железа, и соли аммония, но все-таки кандидат номер один — серная кислота. Согласитесь — ситуация далеко не тривиальная: планета укутана облаками, состоящими из химически агрессивного соединения.

Облака эти расположены очень высоко, их нижняя граница лежит примерно на уровне пятидесяти километров над поверхностью Венеры. Каким же образом они возникают?

Температура поверхности планеты высока. Поэтому целый ряд летучих соединений и, что особенно важно, соединений, содержащих серу, переходят в атмосферу. Здесь и двуокись серы, здесь и сероводород, и сероуглерод. Кроме того, в атмосфере Венеры содержится, хотя и в небольших количествах, водяной пар. В верхних слоях атмосферы все эти соединения под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца участвуют в очень сложной последовательности фотохимических реакций. Именно в результате этих реакций и образуются капли серной кислоты.

Облака имеют сложное строение, иногда они состоят из нескольких ярусов. Да, планета, на которой идут сернокислотные дожди, вряд ли покажется кому-либо достаточно комфортным местом. Но дождь этот не доходит до поверхности. По мере приближения к поверхности капли испаряются, а где-то на высоте около 15 километров от поверхности серная кислота разлагается на воду и окислы серы. Они поднимаются вверх и там вновь включаются в цепь фотохимических реакций, приводящих к образованию капель серной кислоты.

Заметим, что до сих пор не было ни одного прямого экспериментального доказательства этой идеи. Мы постараемся проверить «сернокислотную модель» во время запуска к Венере космического аппарата по советско-французскому проекту «Венера — Галлей» в 1984 году. А до тех пор облака Венеры будут для нас одной из самых интересных загадок.

Вернемся теперь к третьей загадке Венеры, проблеме избытка на ней первичных благородных газов — аргона с атомным весом 36, неона, криптона и ксенона. Почему этот вопрос представляется очень важным и почему он так оживленно дискутируется сегодня в научной печати? Мы уже вскользь упоминали об этом, но вопрос действительно настолько принципиален, что о нем необходимо поговорить подробнее.

Итак, об избытках первичных благородных газов на Венере. Как это могло случиться?

Одной из первых была высказана гипотеза о том, что вещество прото-Венеры облучалось солнечным ветром. Этой идее было посвящено три работы. Мы уже говорили о том, что такое солнечный ветер. Он действительно мог бы в принципе обеспечить избыток благородных первичных газов. Но Венера находится от Солнца на расстоянии 0,7 астрономической единицы, а Земля на расстоянии в одну астрономическую единицу. Поскольку интенсивность ветра падает пропорционально квадрату расстояния, солнечный ветер может обеспечить разницу лишь в два раза, а никак не в сто.

Конечно, можно говорить о том, что вещество Венеры на стадии образования планет экранировало зону образования Земли. Но, как указал крупный специалист по атмосферам Д. Хантен, отношение изотопов аргона-36 к неону одинаково для Земли и Венеры. Эти отношения земные, а не солнечные, и поэтому такая модель вряд ли проходит.

Красивую идею выдвинул М. Изаков из Института космических исследований. Он использовал предположение о том, что Венера образовалась раньше Земли. В это время в протопланетной туманности было еще много газа, который гравитационно захватывался Венерой. Но здесь также непонятно, почему отношение аргона к неону на Венере «земное», а не солнечное. Правда, неон мог улетучиваться из туманности быстрее, чем аргон, поскольку он легче, но этот вопрос требует более тщательного изучения.

Мне кажется, что избыток благородных газов можно будет объяснить окончательно в рамках той или иной модели лишь тогда, когда будут получены точные данные по содержанию криптона в атмосфере Венеры. Тогда, и только тогда, у нас в руках будет дополнительный, отсутствующий на сегодня параметр сравнения. Думается, что ждать здесь осталось уже недолго.

Конечно, были высказаны и другие предположения. Мы знаем, что планеты собираются из твердого вещества, уже содержащего в себе весь запас летучих соединений, и в том числе благородные газы. Так вот, если считать, что Венера образовалась из метеоритов, наиболее богатых газами, то в этом случае возникает масса дополнительных вопросов, связанных и с изотопными отношениями, и с концентрацией воды, и с содержанием целого ряда элементов в коре Венеры. Да, кроме того, очень трудно предположить, что вся планета была собрана лишь из одного типа метеоритного вещества. Это уже отдает какой-то мистикой.

Два года назад появилась работа американских ученых Д. Поллака и Р. Блэка, в которой для объяснения «проблемы избытка» была придумана довольно хитрая вещь.

Я забыл упомянуть об очень важном факте, который сильно осложняет «проблему избытка». Дело в том, что атмосфера Венеры обогащена по сравнению с Землей лишь редкими газами. Количество же углекислоты и азота на Венере и Земле примерно одинаково, если учесть всю земную углекислоту, захороненную в ее осадочных породах в виде карбонатов. Поэтому нужно решать очень трудную задачу. Почему есть избыток по благородным газам и нет избытка по так называемым химически активным соединениям?

Так вот, Поллак и Блэк надумали следующее. Они начали танцевать от печки. Пусть в газе протопланетной туманности существовал большой перепад давления в направлении от Солнца к периферии Солнечной системы, а температура была более или менее постоянной. (Протопланетная туманность, как мы с вами помним, представляла собой смесь пыли и газа.) Газы по-разному сорбируются на пыли.

Количество какого-нибудь благородного газа, захваченного пылинкой, зависит при данной температуре от давления, а количество химически активного соединения, включенного в твердую фазу, определяется еще и химическими реакциями между газом и твердой фазой, скорость которых зависит от температуры. Поэтому если в зоне роста и сборки Венеры давление было выше, то вещество Венеры захватило больше благородных газов — вот вывод Поллака и Блэка.

Но эта работа содержит массу слабостей и некорректна с точки зрения планетной космогонии. Я помню, как на лунно-планетной конференции в Хьюстоне один из крупнейших специалистов по атмосферам планет, Д. Хантен, сказал: «Не может быть протопланетной туманности с такими перепадами давления, как у Поллака и Блэка. Это нереально. Модель не может решить проблему избытка. Впрочем, — с грустью добавил он, — на сегодняшний день лучшего никто не придумал».

Мне кажется, что действительно модель Поллака и Блэка некорректна. Но тем не менее она содержит вполне здравую идею о значительной роли адсорбции газов из протопланетной туманности на пыли.

На самом деле можно вполне обойтись без экзотических предположений о перепадах давления в туманности. Надо лишь предположить, что туманность постепенно рассеивалась, а Венера образовалась чуть раньше, чем Земля. В то время, когда давление в протопланетной туманности было, скажем, в сто раз больше, чем к моменту образования Земли.

Тогда Венера действительно должна содержать больше благородных газов, чем остальные планеты земной группы. Правда, на первый взгляд здесь есть некий парадокс. Избыток благородных газов на Венере есть, избытка углекислоты нет. Но это парадокс кажущийся. Все дело в том, что химически активные газы, такие, как углекислота, входят в метеориты в виде соединений, а процессы сорбции дают в этом случае лишь незначительную поправку. Они, процессы сорбции, имеют большое значение лишь для благородных газов.

Так или иначе, на сегодняшний день ни одну из загадок Венеры мы не можем считать окончательно разрешенной. Пока намечаются лишь отдельные подходы. Что же, будем ждать результатов последующих космических экспериментов и надеяться, что рано или поздно Венера откроет нам свои тайны.

Прежде чем продолжить наше путешествие по планетам Солнечной системы, необходимо поговорить о том, как вообще в принципе образуются атмосферы у планет земной группы. Почему все планеты земной группы — Меркурий, Марс, Венера и Земля — имеют совершенно различные газовые оболочки? Ведь мы очень много уделили внимания атмосфере Венеры.

Если на небесном теле, ну, например на Луне или Меркурии, нет (или почти нет) газовой оболочки, тогда все просто — теоретически можно легко вычислить температуру поверхности, зная расстояние планеты от Солнца и отражательную способность ее грунта (альбедо). В этом случае и погода и климат на планете практически неизменны. Все зависит лишь от расстояния от Солнца и параметров вращения планеты.

Но если планета имеет атмосферу, тогда все вопросы, связанные с погодными и климатическими изменениями, резко усложняются. Примером тому могут служить долгосрочные прогнозы погоды. Мы все знаем, что они не всегда бывают точными; как только рассматривается задача газовой оболочки планеты, компьютеры не в состоянии справиться с огромным числом новых параметров.

Именно поэтому, когда я буду говорить о безатмосферных телах, мне можно верить, а когда я перейду к вопросам климата Земли, Венеры и Марса, нужно помнить, что эти рассуждения будут весьма приближенными.

Итак, когда-то ни Венера, ни Земля, ни Марс не имели атмосфер. Когда это было? Около 4,5 миллиарда лет назад, во время роста планет. Но вот планеты сформировались, недра их начали греться, и газы стали выходить наружу через вулканы, через трещины в коре. Они выходили в течение миллиардов лет и образовали, например, на нашей Земле и атмосферу и океаны.

Известный американский геофизик Д. Расул как-то заметил: «Когда меня спрашивают о происхождении атмосферы и океанов, я говорю: возьмите газовую продукцию вулканов и умножьте на 4,5 миллиарда лет. Получили массу океана? Ну а теперь за справками адресуйтесь к богу». То, о чем говорил Расул, и есть теория непрерывной дегазации.

Конечно, нельзя делать так, как советовал американский коллега. Это слишком грубый расчет. Ведь, кроме процессов выделения вулканами паров воды и других газов, существуют так называемые процессы стоков.

Возьмем, к примеру, кислород. Зеленые растения в процессах фотосинтеза генерируют часть кислорода земной атмосферы. Другая часть образуется в процессах фотодиссоциации водяных паров в верхних слоях атмосферы. Это источники кислорода. А стоки? Стоки — это мы с вами да и вся флора Земли, все, что дышит кислородом. В неорганической природе также изрядное количество стоков. Много кислорода идет на образование окислов.

В течение долгих геологических периодов времени устанавливается очень деликатный, очень тонкий баланс между источниками и стоками. В результате мы и имеем на Земле сегодняшнее содержание кислорода в атмосфере. Вот что такое источники и стоки.

Итак, на заре «туманной юности» планет началось образование атмосфер. Скажем прямо, в эти времена происходили просто удивительные вещи. Рассмотрим лишь один пример. Теоретические расчеты показывают, что несколько миллиардов лет назад на нашей Земле не могло быть жидкой воды! Все океаны должны были находиться в замерзшем состоянии. Но ведь тогда не могла возникнуть и жизнь на Земле. А мы, во-первых, знаем, что она возникла, а во-вторых, что она уже была именно 3,5 миллиарда лет тому назад, то есть когда, по оценкам теоретиков, ее не должно быть. Это загадка с Землей. А с Венерой как быть? Где вода этой планеты? Где ее океаны?

Вопросы не просты, и нам с вами предстоит в них разобраться. К счастью, один и тот же физический эффект имеет отношение и к Венере, и к Земле, и к Марсу. Он имеет очень прозаическое, земное название «парниковый». С ним знаком каждый, кто хоть раз побывал в теплицах, где температура всегда выше температуры окружающего воздуха, даже если нет специальных обогревающих устройств. За счет чего это происходит?

На поверхность любой планеты падает излучение Солнца, причем в соответствии с законами физики большая часть энергии приходится на ту область длин волн, которая соответствует температуре внешней части нашего Солнца, около 6 тысяч градусов Цельсия. Другими словами, львиную долю солнечной энергии планеты получают в видимой части спектра. Отдают же, переизлучают энергию в пространство в инфракрасной области спектра, так как температура поверхности планет гораздо ниже температуры Солнца.

Атмосфера поглощает незначительную часть падающего прямого солнечного излучения, а излучение, уходящее от планеты в космическое пространство, задерживается гораздо сильнее, особенно если в атмосфере есть газы, имеющие полосы поглощения в инфракрасной части спектра, к примеру углекислота, пары воды, аммиак. Именно из-за этого температура атмосферы и соответственно поверхности планеты повышается: получается парниковый эффект.

А теперь посмотрим, какую роль сыграл парниковый эффект в жизни Венеры. В числе основных компонентов, которые вызывают повышение температуры, вода и углекислый газ. Азот не играет никакой роли в создании парника потому, что его молекула практически не поглощает излучения в инфракрасной области. Поэтому по мере выделения углекислоты и водяного пара атмосфера Венеры должна была становиться все горячей и горячей и в конце концов стать такой, какой мы ее видим сегодня. Эту задачу сосчитали уже упоминавшийся мною Расул и Де Берг. А такое неуклонное нагревание они назвали необратимым парниковым эффектом.

Но на самом деле все обстояло еще более экзотичным образом. Расул и Де Берг не учли одного очень деликатного обстоятельства. Оно заключается в том, что ось вращения Венеры строго перпендикулярна плоскости эклиптики, то есть плоскости, в которой все планеты вращаются вокруг Солнца. А это значит, что полюсы Венеры, получая очень мало солнечных лучей, остаются холодными, пока не накопится достаточно плотная атмосфера. Вот по этой именно причине сценарий начальных этапов жизни Венеры мог быть несколько иным, чем тот, который рисовали Расул и Де Берг.

Температура полюсов Венеры в самом начале была всего лишь около 150 градусов по шкале Кельвина. А при этой температуре замерзают и пары воды, и углекислый газ. Полюсы Венеры откачивали на себя эти газы, и там образовывались огромные полярные шапки, состоящие из льдов углекислоты и воды. А что потом?

Не будем забывать, что в атмосфере оставался азот. Да, тот, который мы видим и сегодня в составе венерианского воздуха. По мере накопления в атмосфере азот начал выравнивать температуры между экваториальной областью и полюсами. Ну а дальше уже все пошло как по маслу. Стоило полюсам Венеры чуть-чуть нагреться, и началось испарение углекислоты (вода еще не могла испаряться из-за слишком низких температур).

«Инъекция» углекислоты в атмосферу, в свою очередь, привела к повышению ее температуры, и катастрофический процесс исчезновения полюсов ничем нельзя было остановить. Вода просто не могла конденсироваться на поверхности планеты, поскольку вся находилась в газовой фазе, и, разрушаясь ультрафиолетовым излучением Солнца на водород и кислород, постепенно исчезла. Это и есть одно из возможных объяснений отсутствия воды на Венере.

Ну а что же было на Земле? Ведь как мы помним, теория говорит о том, что три с лишним миллиарда лет назад вся вода на Земле должна была находиться в виде льда. Кстати, на чем базируется это предположение?

Когда мы говорили об эволюции Солнца, мы отметили тот факт, что светимость его постепенно увеличивалась, прежде чем Солнце «село» на главную последовательность. Именно в это время рождались планеты. Ну а если светимость Солнца была ниже, планета получала меньше тепла, чем сегодня, и соответственно температура поверхности была ниже. Но жизнь-то все-таки уже была. Она зародилась раньше, чем три с половиной миллиарда лет назад. Значит, океаны на Земле были. В чем же здесь дело? Как разрешить парадокс?

Сначала обратим внимание на тот принципиальный факт, что при дегазации из недр Земли на поверхность прежде всего выделяются вода и углекислый газ. Об этом свидетельствует множество анализов состава вулканических газов и газов, содержащихся в магматических породах — базальтах. По оценкам разных авторов, отношение массы воды к выделившемуся из мантии углекислому газу — от 4:1 до 10:1. То есть углекислоты поступает достаточно много. Именно углекислый газ, интенсивно поглощающий тепловые инфракрасные лучи, мог создать парниковый эффект, благодаря которому на планете появился океан, хотя Солнце грело плохо.

Чтобы не быть голословным в дальнейших рассуждениях, нужно рассчитать температуру поверхности Земли 4,5 миллиарда лет назад. Атмосфера тогда была разреженной, а ее давление в сто или тысячу раз меньше, чем нынче. Если это так, то среднюю температуру поверхности Земли нетрудно вычислить как функцию ее альбедо (отражательной способности).

Альбедо Земли, почти лишенной атмосферы, по аналогии с Луной и Меркурием можно принять за 0,1. И тогда мы получаем, что, если светимость Солнца была на 40 процентов ниже сегодняшней, температура поверхности Земли составляла 33 градуса ниже нуля по Цельсию.

Постепенно атмосфера становилась массивнее. По мере выделения летучих компонентов из магмы наружу пары воды, замерзая, окутывали планету мощным слоем сверкающего льда и снега. Альбедо росло, и поэтому температура поверхности снижалась. Но нет худа без добра, основным компонентом земной атмосферы становился углекислый газ. И он, создавая парниковый эффект, начал подогрев. С ростом концентрации CO₂ в атмосфере поверхность Земли потихоньку разогрелась и льды начали таять.

Можно подсчитать, сколько CO₂ должно было накопиться в атмосфере, чтобы подогреть поверхность до 0 градусов Цельсия. Расчет гипотетического парникового эффекта был сделан В. Морозом. Такой расчет не прост, точной цифры не получишь. Поэтому в конце концов были найдены верхний и нижний пределы критического давления углекислого газа, давления, при котором начинается таяние льдов.

Мороз предположил, что альбедо Земли из-за того, что ее окутало снежное одеяло, изменилось от начального 0,1 до 0,45. Конечно, и эта цифра условна, потому что из-за неровностей рельефа и меняющейся облачности истинную величину альбедо почти невозможно определить. Но нам важно понять общее направление процесса.

Итог таков. Наименьшее давление углекислоты, при котором наступит таяние льда и снега, равно 0,3 атмосферы.

Что же происходит дальше? При выделении из мантии 10¹³ граммов углекислоты в год (полагают, что именно так и было) давление 0,3 атмосферы будет достигнуто через 440 миллионов лет. Затем начинается таяние, и альбедо быстро уменьшается, потому что отражательная способность воды меньше, чем у льда и снега. Становится немного теплее. Но, увы, углекислый газ начинает покидать атмосферу, происходит его растворение в воде, выщелачивание базальтов, образование карбонатов…

Потеря газа не может длиться долго, потому что с уменьшением количества углекислоты в атмосфере поверхность Земли остывает до нуля. Планету снова окутывает снег и лед. Вот мы и пришли к великим циклическим оледенениям, не раз сковывавшим поверхность Земли.

Идет время, становится теплее, оледенения повторяются, уменьшая амплитуду и длительность, пока все ярче разгорающееся Солнце не подогреет Землю и не уменьшит количество углекислого газа в атмосфере до уровня, близкого к современному: углекислоту поглотит океан.

Правда, мы не учли весьма важного обстоятельства: жизнь, возникшая на Земле 3,5 миллиарда лет назад, могла внести свои поправки и в баланс углекислого газа в атмосфере, и в углеродные циклы оледенения.

Нижняя возможная граница атмосферного содержания CO₂ в цикле оценена нами в 1,5·10²¹ грамма. Самое неопределенное в уравнении этого баланса — время жизни молекулы CO₂ в океане (от момента попадания в воду до перехода в молекулу известняка). Но миллиона лет на это явно хватит. И свои расчеты мы строили на этом щедром допущении.

Отсюда и вывод: характерное время циклических оледенений на примитивной Земле было около миллиона лет.

На Марсе сценарий возникновения атмосферы был в общих чертах схож с земным. С одним лишь отличием. Колебания марсианского климата могли быть связаны не только с механизмом углекислотного маятника, но и с регулярным изменением (очень медленным, с периодом в 50 тысяч лет) наклона оси вращения планеты. Таким образом, нельзя исключить длительных периодов «долгой марсианской весны» — так назвали эти времена американцы. А В. Мороз и я в нашей работе об эволюции атмосфер и климата планет использовали более «религиозный» термин — «марсианский рай». О возможных доказательствах существования такого «рая» мы поговорим позже, когда будем беседовать о Марсе, а сейчас мне хочется рассказать еще об одной теории образования атмосфер.

Все те изящные построения, которые мы сейчас обсуждали, основаны, по сути дела, лишь на одном простом предположении: дегазация, темп роста атмосферы происходили с постоянной скоростью начиная с того момента, когда закончилось формирование планеты. Но так ли это?

Известный советский ученый академик О. Шмидт указывал на то, что атмосфера и гидросфера Земли должны были образоваться очень рано. Еще до завершения сборки планет. Эту же мысль развивал замечательный геолог, прекрасный человек, недавно скончавшийся, К. Флоренский. Я неоднократно обсуждал с ним самые различные вопросы, связанные с эволюцией планет, и всегда поражался его эрудиции и готовности обсуждать самый широкий круг научных задач.

Идея о быстром образовании атмосферы Земли находила подтверждение и в некоторых геохимических данных. Но вся беда в том, что нужно было найти и как следует обосновать физический механизм, который мог бы обеспечить достаточно быстрое, или, как еще говорят, катастрофическое, образование атмосферы Земли. Такой механизм детально рассмотрел и рассчитал аспирант Института космических исследований М. Герасимов.

К тому времени, когда мы взялись за решение этой задачи, положение в учении об эволюции атмосфер было весьма деликатным. Большинство ученых использовали модель непрерывной дегазации, о которой мы только что говорили. Она попроще, да к тому же имеет давние традиции. В то же время многие отдавали себе отчет в том, что неправильно считать, будто бы ровно 4,5 миллиарда лет назад вдруг «включились» вулканы и именно с этого момента началось образование атмосфер. Однако «близок локоть, да не укусишь». Ясно, что атмосферы образовывались раньше, как бы параллельно с ростом планет, но как?

За решение этого вопроса взялись Т. Аренс из Калифорнийского технологического института и мы. Сначала Аренс был немного впереди, как говорят на ипподроме, на полкорпуса. Но прежде чем рассказать об этой гонке, давайте сначала представим себе, как идет сборка планеты на заключительных этапах.

Вокруг Солнца по кеплеровской орбите движется зародыш планеты. Вокруг него — планетезимали — тела размером в километры, а то и во многие десятки километров. Масса зародыша такова, что, когда какое-нибудь тело попадает в «сферу его влияния», оно сталкивается с ним с весьма солидной скоростью. Так, если масса зародыша Земли составляла половину нынешней, то скорость столкновения была более 6 километров в секунду. А когда масса приближалась к ее конечному значению, скорости столкновения превышали 10 километров в секунду. Мы уже говорили о том, что поверхности планет несут на себе следы этих чудовищных столкновений. Но что происходит с самим веществом?

Для решения задачи об эволюции атмосферы важно то, что часть материала и зародыша и планетезимали при столкновении нагревается до очень высоких температур. Примерно до 10 тысяч градусов. Конечно, не весь материал системы «снаряд — мишень» испаряется. Некоторая часть находится в виде расплава, некоторая в виде горячих обломков. И естественно, что при нагревании все газы, летучие соединения, выходят из твердого вещества наружу. Они-то впоследствии и составляют основу будущей атмосферы планеты.

Герасимов теоретически рассмотрел все механизмы выделения газов в ударном процессе, рассчитал и продемонстрировал их высокую эффективность. Но, как говорили раньше, теория без практики мертва. В Институте космических исследований только еще продумывали эксперимент, когда Аренс начал стрелять из пушки по горным породам и оказался впереди нас, поскольку результаты конкретного эксперимента всегда производят в мире науки большее впечатление, чем теоретические построения. (Мы, конечно, не рассматриваем случай, когда теоретические построения по своей значимости не очень сильно уступают общей теории относительности или, на худой конец, теории испарения черных дыр.)

Итак, у нас не было пушки, как у Аренса. Но у нас была идея. Пушка занимает много места. Техника безопасности не разрешит заводить орудие войны даже в мирных целях в академическом институте. И мы, как в автомобильных гонках, обошли Аренса на вираже, за счет новой идеи. Мы смоделировали ударный процесс при помощи лазера.

Да, пучок мощного лазерного излучения направлялся в мишень — кусок метеорита или горной породы. Образовывался маленький кратер, а мы «собирали» газы, которые выделялись из мишени при выстреле из лазера, и анализировали состав газовой смеси на очень чувствительном хроматомасс-спектрометре. И вот после первых же опытов обнаружились совершенно непонятные вещи. Прибор показывал, что при выстреле в горную породу в газовой фазе всегда присутствует кислород.

Результат как гром среди ясного неба. Ведь, если это не ошибка, все современные представления об эволюции атмосферы Земли, да и других планет, придется пересмотреть под совершенно другим углом зрения. Опыты повторялись десятки раз, а пик кислорода упрямо появлялся, как бы бросая вызов всей геохимии.

Посудите сами. До сих пор считалось, что атмосфера древней Земли была восстановительной. Другими словами, она содержала водород, метан, аммиак, окись углерода. Более поздние работы показали, что аммиак вряд ли мог присутствовать в атмосфере, так как он разрушается ультрафиолетовым излучением Солнца. С метаном тоже не все ясно. Но ни у кого не возникло мысли, что с самого начала в атмосфере Земли мог быть кислород.

Правда, советский геофизик Э. Бютнер показала в своей теоретической работе, что кислород должен появиться в атмосфере за счет фотодиссоциации водяного пара. Но это происходило бы на более поздних этапах. А у нас в измерительной камере, в которой мы анализировали модель атмосферы юной Земли, был и кислород, и водород, и окись углерода, и углекислый газ.

Можно, конечно, спросить: «А что здесь особенного?» Особенность заключается в том, что кислород термодинамически не совместим ни с водородом, ни с окисью углерода. Кислород по определению — сильнейший окислитель, а водород — восстановитель.

Да что там говорить! Ведь из школьного курса химии хорошо известно, как ведет себя гремучий газ — смесь кислорода и водорода, он просто-напросто мгновенно взрывается. Конечно, для этого необходимы вполне определенные концентрации кислорода и водорода.

Не нужно думать, что первичная атмосфера Земли представляла собой огромную колбу с гремучим газом. В этом случае картина была бы очень экзотичной. В один прекрасный момент вся атмосфера Земли взорвалась бы и вместо нее образовался бы океан. Привлекательная, но слишком неправдоподобная и фантастическая модель. Концентрации были низки для такой катастрофы. К тому же кислород расходовался на окисление пород, а водород улетал в космическое пространство. Тем не менее наше открытие, несомненно, будет иметь определенное значение для правильного понимания как эволюции атмосфер, так и всех геохимических процессов в первичной коре Земли.

Для нас оставался невыясненным еще один очень существенный вопрос: а откуда в ударном процессе берется кислород? Вообще говоря, он мог образовываться при разрушении молекулы воды. Чтобы проверить это предположение, был взят кусок чистого кварца (SiO₂) с известным содержанием воды. Выстрелили из лазера по кусочку этого кварца и обнаружили удивительную вещь. Кислорода оказалось больше, чем в том случае, если бы только вода была ответственной за его образование.

Вывод из этого эксперимента был совершенно нетривиальным: кислород при ударах метеоритов и планетезималей о растущую Землю выделялся из минеральной матрицы. Из-за огромных температур, возникающих при сверхскоростном ударе, разваливались на атомы даже такие устойчивые соединения, как окислы металлов и двуокись кремния. Ясно, что процесс, который мы продолжаем изучать и сейчас, имел большое значение не только для образования атмосферы, но и для формирования земной коры.

Этот процесс был общим для всех планет земной группы. Но удержать атмосферу могли лишь достаточно массивные планеты — Венера, Земля и Марс. Меркурий и Луна утеряли свои газовые оболочки из-за малой массы.

А как отразится новый механизм образования атмосфер на всех наших рассуждениях о климате планет? Да в общем, не очень сильно. Ни кислород, ни водород не будут заметно влиять на парниковый эффект. Немного изменится продолжительность всех процессов. Стабильные условия на планетах с учетом катастрофического роста атмосферы наступят несколько раньше, чем если бы мы вели расчеты в рамках модели непрерывной дегазации. Основное значение теории катастрофической дегазации состоит в том, что она указывает на протекание очень ранних и интенсивных химических процессов на юных планетах земной группы.

Красноватый диск Марса хорошо виден с Земли в телескопы, поскольку планета имеет тонкую и прозрачную атмосферу. Марс находится от Солнца на расстоянии 228 миллионов километров, во время великих противостояний его отделяет от Земли всего 55 миллионов километров. Мы уже говорили о проблеме жизни на Марсе и о том, как космические корабли «Викинги» решали эту проблему. Но сейчас стоит побеседовать о Марсе как о планете и о том, почему же именно с Марсом человечество довольно продолжительный промежуток времени связывало надежды о внеземной жизни.

Еще в 70-х годах XIX столетия несколько астрономов получили данные, которые как будто бы свидетельствовали, что в атмосфере Марса есть кислород и водяной пар. Конечно, в этих работах определенную роль сыграло предвзятое мнение о том, что атмосферы всех планет должны быть похожи друг на друга. И хотя данные о присутствии кислорода в атмосфере Марса оказались ошибочными (содержание O₂ в атмосфере красной планеты ничтожно, около 0,1 процента), они сыграли определенную роль в отношении научной общественности к извечному вопросу о жизни на Марсе.

В XIX веке наблюдатели сделали много зарисовок поверхности Марса. Сравнение зарисовок одних и тех же районов этой поверхности, выполненных в разные промежутки времени, показало, что некоторые детали поверхности планеты подвержены, разного рода изменениям. Участки поверхности закрывались дымкой, похожей на облака, темные пятна могли светлеть, а светлые, наоборот, темнеть.

Астрономы того времени уговорились называть участки Марса, имеющие красноватый оттенок, континентами, а области более темного цвета с зеленоватым оттенком — морями. Некоторые отличия и изменения в оттенках зеленого цвета принимали за четкое доказательство того, что моря на Марсе неглубоки, а водная гладь кое-где может сменяться растительностью.

Условия жизни на Марсе, как полагали в XIX веке, не очень отличаются от земных: поменьше воды, пониже температура, более разреженная атмосфера, а в общем ничего страшного — жить можно.

И тут в 1877 году во время очередного противостояния Д. Скиапарелли, который работал в Миланской обсерватории, заметил длинные тонкие полосы, пересекавшие всю северную половину Марса. Эти полосы, еле заметные в телескоп, должны были иметь ширину в несколько километров. Не делая никаких далеко идущих предположений, Скиапарелли назвал эти полосы каналами, причем он даже и не думал, что они заполнены водой. Просто они были топографически похожи на каналы. А в 1891 году наблюдатели обнаружили новое явление — раздвоение каналов.

Вот тут-то вопрос об обитаемости Марса из сферы фантастики и досужих домыслов перешел на вполне практическую, научную основу. Ясное дело, что энтузиасты объясняли раздвоение каналов необходимостью создания марсианами более удобной системы судоходства и ирригации на планете. Но были и скептики, которые вполне резонно указывали, что сам факт раздвоения — невольная попытка, причем психологически вполне объяснимая, выдать желаемое за действительное. И тем не менее многовековая неукротимая тяга человечества к контактам с внеземным разумом временно победила.

К концу XIX — началу XX века мало кто сомневался в наличии высокоразумной жизни на красной планете. Знаменитый популяризатор астрономии К. Фламмарион писал в своей книге «Планета Марс и условия жизни на ней»: «Значительные изменения, наблюдавшиеся в сети водных путей, свидетельствуют о том, что эта планета является местом энергетически жизнеспособным. Эти движения кажутся нам медленными потому, что нас разделяет громадное расстояние, когда мы спокойно смотрим на эти континенты и моря и спрашиваем себя, на каком из этих берегов было бы приятней жить, там, возможна, в этот момент свирепствуют штормы и грозы, вулканы, чума, социальные перевороты и всевозможные виды борьбы за жизнь. Все же мы можем надеяться на то, что человечество там более развитое и мудрое, так как мир Марса старше нашего. Несомненно, что уже в течение многих столетий эта соседняя с нами планета наполнена шумом мирного труда».

В 1894 году выходец из богатой американской семьи, талантливый и энергичный П. Лоуэлл основал обсерваторию в Флагстаффе в штате Аризона специально для изучения планет и в особенности Марса. Благодаря исключительно благоприятным климатическим условиям, значительной высоте (более двух километров) Лоуэллу и его сотрудникам удалось собрать богатый фактический материал о Марсе. Они открыли на поверхности красной планеты 180 новых каналов, установили изменения в окраске и форме различных деталей на поверхности Марса. Лоуэлл считал, что темные области на Марсе имеют характер болот, там присутствует растительность, а коричневато-красные пространства — засушливые пустыни, сродни той, где была выстроена его обсерватория.

В начале XX века французский астроном Е. Антониади начал изучение Марса в Медонской обсерватории. Он был первым человеком, описавшим пылевую бурю на Марсе, и, что самое главное, он показал, что каналы, которые считались сплошными, непрерывными линиями, представляют собой последовательность пятнышек на поверхности, расположенных более или менее правильными рядами, или просто границы областей различных оттенков.

Казалось бы, после работ Антониади вопрос о разумной жизни на Марсе должен был бы быть как минимум пересмотрен в свете новых данных. Но, как я уже говорил, психологический настрой людей таков, что им очень трудно согласиться с мыслью о своем одиночестве. И несмотря на то что Антониади «похоронил» каналы, в печати время от времени появлялись предложения послать на Марс сигналы, чтобы там узнали о нашем существовании. В частности, в свое время был весьма популярен проект, согласно которому в пустыне Сахара хотели сделать огромные канавы в виде геометрических символов, заполнить их нефтью и зажечь. Сегодня подобного рода проекты выглядят, конечно, очень наивными.

Очередная вспышка интереса к Марсу была вызвана работами советского астронома Г. Тихова. Он предположил, что специфическая окраска некоторых районов Марса вызвана присутствием там особого вида растений. Исключительно смелое предположение Тихова нашло поддержку у многих ученых. В научной печати появился новый термин — астробиология. Снова телескопы стали с удесятеренным вниманием следить за таинственной планетой.

Очередная сенсация не заставила себя долго ждать. Американский астроном Синтон обнаружил в атмосфере Марса полосы поглощения органических соединений. Теперь уже знаменитая сезонная волна потемнения однозначно связывалась с расцветом марсианской растительности. Но, увы, наблюдения Синтона были неточными. А окончательно надежды обнаружить на Марсе жизнь рухнули после полетов «Викингов».

Мы оказались свидетелями того, как в течение менее сотни лет рассеялись как дым все надежды людей на то, чтобы найти хотя бы какие-нибудь формы жизни на Марсе. Это, безусловно, одна из самых драматических страниц в истории изучения планет Солнечной системы.

Но самое удивительное заключается в том, что на Марсе существуют и каналы и реки, правда высохшие.

Фотографии марсианской поверхности были сделаны американской станцией «Маринер-9», советскими аппаратами «Марс-3», «Марс-4», «Марс-5» и «Викингами». Что же мы можем сказать сегодня о Марсе на основании данных этих уникальных снимков?

В море Сирен расположена система узких, параллельных друг другу трещин, которые тянутся на огромные расстояния — почти 2 тысячи километров. Эти трещины называются риллями. Ширина их около одного километра, а глубина достигает сотен метров. Это очень своеобразные естественные структуры марсианского рельефа, действительно напоминающие каналы. Каково их происхождение?

Рельеф Марса очень сложен и несет на себе следы значительной тектонической активности. Если сейчас Марс — умирающая планета, то в недавнем (в геологическом масштабе времени) прошлом там наблюдались и разрывы коры, и извержения чудовищных вулканов. Чего стоит, например, такой гигант, как Олимпус Монс, или просто Олимп. Его высота 27 километров, а диаметр основания более 600 километров. Эверест в три раза ниже этого колосса. На Марсе есть еще три огромных вулкана. Причем все они находятся в одном районе планеты, который называется Тарсис. Следы лавовых потоков неопровержимо свидетельствуют о бурной деятельности этих вулканов миллионы лет назад.

Конечно, в телескоп Олимп увидеть нелегко. Но тем не менее и в прошлом астрономы хорошо знали район этой горы, поскольку над ней образуются огромные облака. Диаметр их иногда достигает 1000 километров. Недавно японские астрономы дали подробное описание поведения огромного облака диаметром около 500 километров, в течение многих лет висевшего над Олимпом.

Итак, рилли, огромные вулканы, долины, каньоны, лавовые потоки — все это мы можем отчетливо видеть на снимках поверхности Марса. Но едва ли не самой интересной особенностью марсианского рельефа являются русла рек. Открытие их было, пожалуй, самой большой сенсацией в исследовании Марса. Эти русла рек и являются серьезнейшим доказательством существования «райских» климатических периодов на Марсе, когда на поверхности планеты текли реки и, кто знает, быть может, именно в эти промежутки времени на Марсе расцветала жизнь.

Вот перед нами долина реки Мадим — ее длина около 700 километров, а извилистое русло древней реки Ниргал длиной около 400 километров. Протяженность русел рек между кратерами в области Хриса более 300 километров при перепаде высот около 3 километров.

Многие исследователи склоняются сейчас к тому, что огромные запасы воды сосредоточены на Марсе в его приповерхностном слое в виде вечномерзлых пород. И действительно, на поверхности планеты видны долины, на склонах которых много пустот типа карстовых образований в районах вечной мерзлоты Якутии. Очень сильные доказательства наличия воды в мерзлом состоянии под поверхностью дают фотографии некоторых метеоритных кратеров. На их склонах — характерные проявления типа грязевых потоков. При ударе поверхность нагревается, и жидкий грунт течет с вершины вниз.

Но есть еще более интересное предположение, состоящее в том, что на Марсе и по сегодняшний день существуют обширные водоемы и реки, впадающие в эти водоемы. Только водоемы покрыты сейчас слоем льда толщиной в десятки метров. Лед не виден на снимках, так как он, в свою очередь, закрыт слоем марсианских песков. И вот на глубине около 30 метров и нынче текут под поверхностью загадочной красной планеты огромные реки, впадающие в подземные или, точнее, в подмарсианские моря.

А может быть, главные запасы марсианской воды сосредоточены в его северной полярной шапке. По некоторым оценкам, ее толщина вполне сопоставима с толщиной ледяного щита Антарктики. А ведь там мощность льда около четырех километров, и именно там сосредоточено более 90 процентов пресной воды Земли.

Все изложенные выше гипотезы чрезвычайно интересны. Как говорил Воланд в «Мастере и Маргарите», они «солидны и остроумны». Но… это только гипотезы. Прямых доказательств обширных районов с вечной мерзлотой на Марсе нет. Подводных рек и морей не видно. Толщина полярной шапки точно неизвестна. Как же быть? Ведь мы не знаем, когда на Марсе вновь начнется «долгая весна». То, что не на жизни нашего поколения, ясно. А решить эти загадки очень хочется.

Я уже говорил о том, что существуют проекты и высадки людей на Марс и создания марсохода с автономным управлением. Если эти проекты будут реализованы лет через 20, многие читатели этой книги могут стать свидетелями поразительных открытий. Ну почему не предположить, что зародившаяся на Марсе в один из «райских периодов» жизнь не ушла под поверхность вместе с водой и в подземных морях Марса до сегодняшнего дня присутствуют экзотические, неизвестные нам формы жизни? Это, конечно, фантазия, но назвать ее совсем уж беспочвенной вряд ли можно.

Теперь два слова о спутниках Марса. Мужья редко слушаются своих жен. Существует даже французская поговорка, которая звучит примерно так: «Выслушай женщину и сделай наоборот». Американский астроном А. Холл вел тщательные наблюдения за Марсом в период знаменитого противостояния 1877 года. Он искал спутник Марса. Но многодневные наблюдения ничего не давали, и он решил прекратить бесплодные поиски. Супруга уговорила его поработать еще одну ночь, и Холл, будучи примерным семьянином (а быть может, ему просто надоело спорить), последовал совету жены, а не французскому рецепту. В результате этого курьезного случая и были открыты две луны Марса, получившие название «Страх» и «Ужас» — Фобос и Деймос.

Нельзя не рассказать о том, что существование этих лун было предсказано гениальным Д. Свифтом в «Путешествиях Гулливера». Самым поразительным является то, что лапутянские астрономы в великой книге правильно указали расстояние, на котором вращается Деймос вокруг Марса. А ведь книга была написана в те времена, когда астрономы просто не могли бы увидеть в свои маломощные телескопы спутники Марса…

Они совсем невелики. Размеры Фобоса в двух взаимно перпендикулярных направлениях 18 и 22 километра, а Деймоса — 10 и 16 километров.

На поверхности Фобоса видны параллельные борозды и кратеры от ударов. Пыль, покрывающая Фобос, глубокого черного цвета. Она отражает свет еще хуже, чем сажа. Быть может, эти спутники — одни из наиболее древних тел Солнечной системы. Нельзя исключить того, что они образовались из протопланетной туманности еще до рождения планет. Поэтому в космических исследованиях изучение малых тел Солнечной системы не менее важно, чем исследование планет.

Ну вот мы с вами и совершили небольшое путешествие по тому участку нашей Солнечной системы, где расположены планеты земной группы. Единственная планета, о которой мы не говорили, — это наша Земля. Небесное тело, примечательное во многих отношениях, а в первую очередь тем, что на ней присутствует высокоразвитая разумная жизнь. Объем книги просто-напросто не позволяет говорить о Земле столь же подробно, как, например, о Венере.

Объем накопленных к сегодняшнему дню знаний о нашей планете «породил» сотни томов научной литературы, посвященной и океанам, и атмосфере, и твердому веществу Земли. Даже беглое знакомство с нашей планетой требует отдельной книги, и поэтому «вернемся» на Землю чуть позже, когда мы будем говорить об обитаемых планетах в космосе. А сейчас отправимся дальше к планетам-гигантам, их спутникам и к самым дальним планетам Солнечной системы. Здесь, вдалеке от Солнца, нас ожидает немало загадочного.

На расстоянии более 750 миллионов километров от нашего центрального светила движется король планет, несостоявшаяся звезда — Юпитер. Юпитер — Громовержец. У Юпитера четыре больших луны, Галилеевы спутники. В историографии системы Юпитера до сих пор идет спор: кто открыл его спутник первым — Галилей или С. Мариус, современник великого итальянца. Галилей горячо обвинял Мариуса в плагиате.

Вообще говоря, существуют некоторые указания на то, что за несколько месяцев до открытия спутников Юпитера Галилеем это сделал Мариус, но в современных учебниках астрономии имя Мариуса не упоминается, хотя именно он дал названия четырем лунам Юпитера — Ио, Европа, Ганимед, Каллисто — и, что гораздо важнее, установил параметры орбит точнее, чем Галилей. Читателю, знакомому с греко-римской мифологией, сразу станет ясно, что это имена возлюбленных грозного бога — Юпитера. Один из руководителей проекта «Вояджер», Д. Моррисон, остроумно заметил, что любвеобильность Юпитера дала бы возможность назвать женскими именами и другие одиннадцать спутников, и до сих пор еще не открытые луны этой планеты.

После смерти Галилея удалось выяснить, что Юпитер сильно сплющен. Его экваториальный диаметр 142 800 километров, а полярный лишь 133 500 километров. Для сравнения вспомним диаметр нашей Земли — 12 900 километров при сплющенности менее одного процента.

Масса Юпитера составляет 2·10³⁰ граммов, что в 318 раз превышает массу Земли. Зная массу и объем, можно без труда вычислить плотность Юпитера — 1,34 грамма в кубическом сантиметре, несколько больше, чем плотность воды. Поэтому ясно, что планеты-гиганты, имеющие низкую плотность, обладают химическим составом, фундаментально отличающимся от состава планет земной группы.

Видимая «поверхность» Юпитера состоит из облаков, имеющих очень низкую температуру — около минус 140 градусов Цельсия. А вот если мы опустимся на сотню километров ниже этих аммиачных облаков, то там будет уже теплее, будут земные комнатные температуры. Из недр Юпитера идет мощный тепловой поток. Его величина 10¹⁷ ватт, причем полюсы планеты теплее, чем экватор. За счет чего он образуется?

Мы уже говорили о том, что Юпитер — несостоявшаяся звезда. Всего в тысячу раз эта планета легче Солнца. Будь он примерно в 100 раз тяжелее, он бы стал не планетой, а звездой. Из-за гравитационного сжатия Юпитера со скоростью около 1 миллиметра в год тепловой поток из его недр в несколько раз превышает тепловой поток, получаемый им от Солнца. Теоретики рисуют нам такую картину раннего детства Юпитера: миллиарды лет назад «ребенок» был примерно вдесятеро больше, чем ныне. Зато светимость Юпитера за прошедшие 4,5 миллиарда лет уменьшилась в сотни миллионов раз.

В 1664 году в южном полушарии Юпитера заметили странный красноватый объект. Это было знаменитое Большое красное пятно, которое вскоре назвали Глазом Юпитера. На Юпитере появляются и белые пятна, но время их жизни куда меньше, чем у Большого красного пятна. Кроме всего этого, диск Юпитера исполосован красноватыми линиями, промежутки между которыми называют зонами.

В 1958 году в Англии вышла книга Б. Пика «Планета Юпитер». Долгие десятилетия в небольшой любительский телескоп он наблюдал диск Юпитера, и именно его сведения стали важнейшим источником для оценки перемен в поясах, зонах и пятнах. Стало ясно, что на Юпитере четыре главных полосы и пять зон. Правда, число их может меняться иногда прямо-таки катастрофически: менее чем за час огромные образования, размером до десяти тысяч километров, меняют форму, цвет и положение на диске!

У Юпитера есть и свои циклы активности в 90 лет и 20–22 года. Правда, в 1962 году вместо ожидаемого снижения активности астрономы наблюдали серьезные возмущения в атмосфере короля планет, существенно изменившие его внешний вид.

Ну а Большое красное пятно? Это, по-видимому, единственное постоянное или долгоживущее образование на поверхности планеты. Пятно — это красный эллипс величиной примерно с Землю (большая ось — 40 000 километров, малая — 13 000). Причем пятно то увеличивается, то уменьшается. По меркам земной жизни у этого Глаза Юпитера солидный возраст — более 300 лет.

Белые пятна, или белые овалы, как их еще называют, соседствуют с Большим красным пятном. Их линейная величина сравнима с размерами Луны. Появились они впервые в 1939 году. Планетологам не дает покоя неясная природа этих пятен и, конечно, Большого красного пятна.

Предположений высказано немало. Сначала думали, что Большое красное пятно всего лишь продукт деятельности огромного вулкана. Но мы-то сейчас знаем, что у Юпитера просто-напросто нет твердой поверхности. Затем решили, что пятно — это огромный остров, айсберг, плавающий в уплотненной нижней атмосфере Юпитера. Но и эта идея оказалась несовместимой со строением и динамикой атмосферы планеты. Сейчас полагают, будто пятно — это гигантский антициклон — вихрь с повышенным давлением. И будто бы время жизни этого чудовищного антициклона в атмосфере Юпитера может перевалить за десятки и даже сотни тысяч лет.

А почему пятно красное? Здесь стоит повнимательнее посмотреть на химический состав юпитерианской атмосферы. Ее основные компоненты — водород и гелий. В небольших количествах есть метан и аммиак, есть и следы воды, этана, ацетилена, гидрида германия, фосфина, окиси и двуокиси углерода и синильной кислоты. Предполагают, что самый верхний облачный слой состоит из аммиака, а пониже в облаках появляется гидросульфид аммония и вода. Но аммиак — бесцветный, а на Юпитере много желтого и красного. Скажем сразу, причина окраски Юпитера неизвестна, хотя пишут, что желтые и оранжевые органические полимеры могут образоваться из смеси метана и аммиака при разрядах молний. В подтверждение этой мысли были даже проделаны соответствующие лабораторные эксперименты. Эксперименты поведали, что окрасить пятно может красный фосфор, который, в свою очередь, может образоваться в самых верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолета Солнца на фосфин (PH₃). Ну а как же тогда быть с маленькими красными пятнами на диске Юпитера? Ведь их высота не столь велика, как у Большого красного пятна. Этот вопрос не решен.

Пожалуй, хватит о пятнах. На Юпитере и, кроме них, немало интересного. Так же как и Земля, Юпитер обладает магнитным полем, но оно во много раз мощнее, соответственно мощнее и его радиационные пояса.

Атмосфера Юпитера вместе с облаками простирается на тысячу километров. Ниже плещется океан жидкого водорода глубиной в 25 тысяч километров. Еще ниже — зона жидкометаллического водорода, сменяющаяся морем жидкого гелия (глубина 1000 километров). Правда, это лишь предположение. И только самый центр Юпитера (что, впрочем, тоже весьма проблематично) представляет собой силикатное ядро (диаметр 24 000 километров). Давление в центре Юпитера — десятки миллионов атмосфер, а температура около 30 000 градусов Кельвина.

Мы уже говорили в одной из предыдущих глав о новой научной информации, полученной с космических аппаратов «Пионер» и «Вояджер», когда они пролетали мимо Юпитера и его спутников. Здесь и открытие колец Юпитера, и вулканы на Ио, и новые данные о поведении атмосферы Юпитера и Большого красного пятна, и многое другое. Чтобы портрет Юпитера был достаточно полным, надо поговорить о всех этих результатах чуть подробнее.

8 марта 1979 года «Вояджер-1», направив объективы телефотометра на Ио, получил «историческую» фотографию. Когда инженер-навигатор «Вояджера-1» Л. Морабито отработала ее на компьютере, то не поверила своим глазам, увидев облако над этим спутником Юпитера. Ведь было хорошо известно, что у Ио нет атмосферы в обычном понимании этого слова, а здесь, на фотографии, облако на высоте сотен километров от поверхности.

Весь следующий день она пыталась исключить возможные ошибки и лишь после этого показала фотографию членам научного комитета. «Это извержения вулкана», — заявили они в один голос, и 12 марта сообщение об этом удивительном открытии пошло в прессу.

В течение последующих нескольких дней было открыто еще семь действующих вулканов на самом близком к Юпитеру спутнике. А тут еще было обнаружено горячее пятно около вулкана Локи с температурой на 150 градусов Кельвина горячее, чем окружающая поверхность. Почему лишь на одном спутнике Юпитера есть действующие вулканы?

Ио расположен к Юпитеру ближе всех Галилеевых лун. Не считая трех маленьких спутников. И возможно, что приливные взаимодействия являются мощным источником энергии, разогревающим недра Ио и вызывающим фантастические извержения на его поверхности. А быть может, справедлива гипотеза американского астрофизика Т. Голда и советского ученого Э. Дробышевского.

Дело в том, что «Вояджер» открыл электрический ток силой более миллиона ампер, текущий от Ио до Юпитера. Горячие пятна на поверхности Ио могут служить местами проникновения электрического тока в тело спутника. А значит, в этих местах температура будет повышаться еще больше. И недаром одно из горячих пятен на поверхности Ио расположено рядом с действующим вулканом Локи.

Э. Дробышевский считает, что за 4 миллиарда лет своей жизни Ио мог потерять при извержениях количество воды, эквивалентное слою льда толщиной около 1000 километров.

Очень интересна его мысль о том, что небольшой спутник Амальтея, его размеры менее 200 километров, представляет собой остаток более крупного небесного тела. Другими словами, когда-то, миллиарды лет назад, было не четыре, а пять крупных спутников. Кроме известных четырех, был еще пятый, гипотетический — Амальтио, но поскольку орбита его находится еще ближе к Юпитеру, чем орбита Ио, все эффекты, возникающие за счет протекания униполярного тока между спутником и Юпитером, должны были быть для Амальтио еще сильнее. Вследствие этого, говорит Дробышевский, Амальтио был буквально испепелен Юпитером — Громовержцем несколько миллиардов лет назад, а сейчас остался лишь маленький его обломок неправильной формы — Амальтея…

Еще ближе к Юпитеру, чем Амальтея, находится 14-й спутник Юпитера — Адрастея, который, как полагают, может давать материал для колец Юпитера. Этот спутник был «открыт» студентом Калифорнийского технологического института Д. Джевиттом, который проводил детальный анализ фотографий «Вояджера-2» и сумел увидеть на них то, что проглядели другие, а весной 1980 года между Ио и Амальтеей был обнаружен (тоже при более тщательном просмотре материалов «Вояджера-1») 15-й спутник Юпитера, имеющий пока лишь номенклатурное обозначение 1979 J₂.

Мы сейчас не будем говорить о малых телах в системе Юпитера. Ведь размеры пятнадцатого спутника всего около 75 километров. Это, правда, побольше, чем размеры Фобоса и Деймоса, но и Юпитер больше, чем Марс.

Вернемся к Галилеевым лунам. Хотя их существование известно более трехсот лет, «Вояджеры» открыли нам поистине четыре новых мира. Юпитер со своими спутниками напоминает Солнечную систему в миниатюре. И конечно, огромные Галилеевы спутники (Европа чуть меньше Луны, а Ганимед размером почти с Марс) заслуживают того, чтобы поговорить о них подробнее.

Итак, начнем с Каллисто, самого удаленного от Юпитера большого спутника, спутника с наименьшей плотностью: 1,8 грамма в кубическом сантиметре, и второго, после Ганимеда, по своим размерам. Его диаметр 4840 километров. Он наименее геологически активный среди больших спутников Юпитера. Вся поверхность Каллисто покрыта кратерами, диаметр которых достигает ста километров. Как будто спутник переболел космической оспой миллиарды лет тому назад. Это мертвый с точки зрения геологов мир, но очень интересный для изучения роли метеоритных ударов в формировании поверхности планет.

Самый большой из Галилеевых спутников — Ганимед (его диаметр примерно 5270 километров) — чуть плотнее Каллисто, 1,9 грамма в кубическом сантиметре. По-видимому, такая плотность может означать, что и Ганимед и Каллисто состоят наполовину из горных пород, а наполовину из… воды.

Чем ближе к Юпитеру расположен спутник, тем он более геологически активен. Поверхность Ганимеда сильно отличается от поверхности Каллисто. Если на Каллисто видны практически одни лишь кратеры, то на Ганимеде есть районы с ясно выраженной тектонической деятельностью: долины, террасы, горы. В то же время значительная часть поверхности Ганимеда напоминает поверхность Каллисто.

Очень интересен тот факт, что на Ганимеде есть такие участки коры, которые как будто подтверждают соображения о тектонике плит. Мы видим на фотографиях образования, типичные при движениях одного участка коры относительно другого. На поверхности Ганимеда есть лед, что дало возможность выдвинуть идею о существовании водно-ледяной мантии на Каллисто и Ганимеде. А это, в свою очередь, породило соображения о том, что в мантиях этих спутников Юпитера может существовать жизнь. Это предположение, на мой взгляд, маловероятно и труднопроверяемо, но мы знаем, что природа любит преподносить нам сюрпризы.

Из-за того, что на поверхности Ганимеда есть лед, он может иметь атмосферу. Экспериментально эта атмосфера не была обнаружена «Вояджерами», но оценки показывают, что ее плотность не превышает одной миллиардной от плотности земной атмосферы.

Разница между Ганимедом и Каллисто поразительна, но сегодня никто не знает, почему возникли столь сильные различия. Быть может, из-за того, что температура на Ганимеде чуть выше, чем на Каллисто, там работает какой-то «пусковой» механизм, превращающий геологически мертвую планету в живую. Но это пока лишь слова…

Европа на 15 процентов меньше Луны и имеет довольно высокую плотность, 3 грамма в кубическом сантиметре. Такая плотность вполне допускает существование льда на этом спутнике, и оценки показывают, что, если бы весь этот лед поместить на поверхность, он образовал бы кору толщиной около 100 километров. Поверхность Европы покрыта полосами шириной до 70 километров и длиной от сотен до нескольких тысяч километров. О геологии Европы известно меньше, чем о геологии остальных Галилеевых лун.

Об Ио мы уже говорили. Мне хочется лишь отметить, что у Ио на поверхности обнаружены огромные количества серы. Это дало возможность построить очень экстравагантную модель. Американский геолог С. Киффер предположил, что большую часть поверхности Ио занимает корка, состоящая из смеси твердой серы и твердой двуокиси серы. Под коркой — море из смеси твердой серы и жидкой двуокиси серы, а еще ниже море из расплавленной серы в несколько километров глубиной. Во время извержений вулканы выбрасывают 100 тысяч тонн материала. Охлаждаясь, он в виде серного дождя выпадает на поверхность Ио. Но около десяти тонн в секунду ускользает и переносится по магнитным силовым линиям к Юпитеру.

Ио — во всех отношениях удивительный мир. В сотнях миллионах километров от Земли находится небесное тело, гораздо более активное, чем наша Земля. Процессы, идущие на Ио, бесспорно сегодня поняты не до конца.

Информация, полученная с «Вояджеров» относительно системы Юпитера, еще многие десятилетия будет будоражить умы планетологов. Но впереди нас ожидают новые открытия. В середине 80-х годов к Юпитеру отправится новый космический аппарат под названием «Галилео». На высоте 450 километров над юпитерианскими облаками от него отделится зонд-камикадзе, то есть зонд, которому вскоре суждено будет погибнуть. На высоте 90 километров над облаками откроется парашют и начнется плавный вход аппарата в атмосферу Юпитера. Вот тогда мы узнаем гораздо больше о тайнах короля планет. Пока же проследуем вместе с «Вояджерами» к Сатурну и его спутнику Титану.

Вспомним сначала, как был озадачен великий Галилей, впервые увидевший кольца Сатурна. В свой весьма несовершенный телескоп с увеличением всего в 30 раз он смог увидеть, что вблизи Сатурна находятся какие-то придатки. На самом деле он видел части кольца сбоку от планеты и промежутки, отделяющие кольцо от самого Сатурна. Поскольку в то время никто и предположить не мог, что у Сатурна есть кольцо, Галилей думал, что планета имеет по бокам нечто вроде спутников, хотя, конечно, в этом случае совершенно было непонятно, как решить вопрос с их вращением. И Галилей заколебался. А заколебавшись, последовал традиции: опубликовал зашифрованный текст своего открытия — анаграмму.

Публикация анаграммы имела свои неоспоримые достоинства. Если открытие будет подтверждено, приоритет все равно за Галилеем. Если наблюдения ошибочны, анаграмма умрет вместе с автором, поскольку 300 лет назад еще не было способов дешифровки сообщений. Правда, Кеплер пытался расшифровать анаграмму Галилея, но сделал это неверно, так как выбросил из анаграммы две буквы. В результате он получил следующую фразу (в переводе на русский): «Привет вам, близнецы, Марса порождение». Кеплер ошибся лишь частично, поскольку у Марса, как мы знаем, действительно оказалось два спутника. На самом же деле Галилей записал следующую фразу: «Высочайшую планету тройною наблюдал». Вся эта забавная история более подробно изложена в прекрасной книге профессора Воронцова-Вельяминова «Очерки о Вселенной».

Совершенно ясно, что для земного наблюдателя очень важно, под каким углом расположены кольца Сатурна. Поскольку они очень тонки, то, если смотреть на них «с ребра» в слабый телескоп, их можно и вообще не увидеть. Так что задача была не простой, и недаром X. Гюйгенс, который первым понял, что Сатурн окружен кольцом, и объяснил все вариации, происходящие при наблюдениях, тоже зашифровал свое открытие анаграммой.

Гюйгенс решился открыто расшифровать ее только через три года после опубликования, когда убедился в правильности своих результатов. Запись Гюйгенса выглядела так: «Кольцом окружен тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклонным».

Вообще говоря, такой метод научных публикаций стоит взять на вооружение некоторым авторам — любителям дешевых научных сенсаций, которые, не колеблясь ни секунды, печатают статьи и книги, полные сомнительных, а иногда и полностью лженаучных сообщений. Но вернемся к кольцам Сатурна, которые в 1980 году были сфотографированы с космических аппаратов, сотни лет спустя после анаграмм Галилея и Гюйгенса.

В ноябре 1980 года, когда начались съемки Сатурна и его колец с расстояния в 8 миллионов километров, фотографии стали приносить сюрприз за сюрпризом. Выявилось, что кольца состоят из 95 концентрических полос, на которых, в свою очередь, можно различить около тысячи деталей, напоминающих канавки граммофонной пластинки. Чуть позже данные «Вояджера-2» продемонстрировали, что у Сатурна десятки тысяч колец. Заодно были открыты и несколько новых спутников Сатурна. До полетов «Вояджеров» было известно 10 спутников Сатурна. Сейчас — 17.

Кольца Сатурна именуют буквами латинского алфавита: внутреннее, самое близкое к планете, называют кольцом C, подальше — кольцами B, A… «Вояджеры» открыли новые кольца D, F, G, E. Самое невероятное — это структура кольца F, которое само состоит из трех отдельных колец, как бы переплетенных в жгут. Как такое объяснить законами небесной механики?

Главная головоломка с кольцами Сатурна (кстати, похожая на загадку колец Юпитера) — их устойчивость, вернее, неустойчивость. У них не может быть, как говорят планетологи, космогонический возраст, то есть возраст, близкий к возрасту Солнечной системы. Следовательно, некий источник снабжает кольца соответствующим материалом.

Высказана идея, что совсем недавно, несколько тысяч лет назад, взорвался Титан — громадный спутник Сатурна. И взорвался он из-за электролиза льдов под воздействием тока (вспомним Ио), текущего через его тело. Так вот, ледяные и горные осколки после чудовищного взрыва будто бы и пополняют веществом кольца Сатурна. Увы, последние данные о Титане делают эту гипотезу не очень-то правдоподобной, хотя она и красива.

Писали и о том, что кольцо F состоит из плазменных шнуров. Но это уж совсем невероятно: для шнуров требуется такая высокая плотность плазмы, что она явно будет неустойчива.

Очень интересную гипотезу по поводу происхождения колец Сатурна и их особенностей выдвинул сотрудник Института космических исследований В. Давыдов. Множество отдельных очень узких элементов, из которых состоят кольца, Давыдов объясняет тем, что в пространстве между кольцами находятся «дымящие» тела, непрерывно снабжающие кольца веществом в виде микрочастиц. Общее количество этих «дымящих» тел достигает тысячи.

Эти тела представляют собой кометоподобные образования, которые постепенно разрушаются, питая своим веществом кольца Сатурна. В этом случае все особенности кольца F получают достаточно естественное объяснение. Неровности нитей могут быть обусловлены не только гравитационными возмущениями, но и вращением «дымящего» тела и неравномерностью выделяющегося из него дыма. Скорость вылета микрочастиц из «дымящего» тела невелика — около 10 метров в секунду.

Но не только кольцо F поставило после полета «Вояджеров» ряд сложных вопросов. На многих снимках кольца В мы видим темные полосы размером более 7 тысяч километров, которые имеют радиальную структуру и вращаются вокруг Сатурна. Они сохраняют свою форму в течение продолжительного времени. Ученые назвали их «спицами». Предполагается, что «спицы» — облака мелких наэлектризованных частиц, вытолкнутых из плоскости кольца и увлекаемых магнитным полем Сатурна.

В. Давыдов предложил другую гипотезу. Он считает, что если в кольце есть удлиненные частицы, то они под воздействием магнитного поля планеты ориентируются перпендикулярно плоскости кольца и поднимаются как ворс на бархате.

Очень интересно поведение двух спутников Сатурна — S₁₀ и S₁₁. Подумать только — они обращаются вокруг Сатурна практически по одной орбите! Минимальное расстояние между ними всего каких-то 50 километров! В то же время размер S₁₀ около 100, a S₁₁ — около 65 километров. Казалось бы, в точке сближения они неминуемо столкнутся. Однако этого пока не было. Почему? Одно из объяснений таково: в тот момент, когда S₁₀ и S₁₁ сближаются, происходит так называемое «возмущение» их орбит, и спутники по подковообразной траектории огибают друг друга.

Поговорим теперь об одном из самых замечательных тел Солнечной системы, о луне Сатурна — Титане. Это самый большой из спутников Сатурна. Единственная из лун Солнечной системы, которая имеет плотную атмосферу, причем более плотную, чем наша Земля. Мало того, вполне возможно, что Титан и Земля — два члена семейства Солнца, которые имеют океаны на своей поверхности. Только земные океаны абсолютно непохожи на океаны Титана.

Титан был открыт X. Гюйгенсом весной 1655 года. Около двух веков он оставался безымянным, до тех пор, пока сэр Д. Гершель не решил дать названия семи известным к тому времени спутникам Сатурна. Название было вполне удачным, так как по своим размерам с учетом атмосферы Титан — самая большая из лун Солнечной системы, а размеры твердого тела Титана (радиус 2575 километров) превосходит лишь Ганимед, радиус которого 2640 километров. Первым, кто сказал об атмосфере Титана, был каталонский астроном Д. Солá. Сейчас трудно сказать, действительно ли видел атмосферу Титана Сола. Он скомпрометировал себя ошибочными публикациями об облаках над спутниками Юпитера. Тем не менее после публикаций Сола сэр Д. Джинс включил Титан как пример в свои знаменитые расчеты об ускользании атмосфер с различных планет Солнечной системы. Джинс показал, что если температура Титана находится в пределах 60–100 градусов Кельвина, то вещества с молекулярным весом более 16 никогда не смогут оставить луну Сатурна.

Много газов имеют молекулярный вес свыше 16, и среди них наибольший интерес представляет аммиак, который присутствует в атмосферах Юпитера и Сатурна, но аммиак при тех температурах, которые предполагались на Титане, не мог бы существовать в виде газа, он должен быть твердым, замерзать. Есть, конечно, и другие газы: аргон, азот, но поиски их были затруднены тем обстоятельством, что эти газы не поглощают свет в инфракрасной области. Поэтому астрономы стали искать в атмосфере Титана метан (молекулярный вес равен 16), и в 1944 году Д. Койпер из Чикагского университета обнаружил его при исследовании спектров Титана.

В течение последующих перед полетом «Вояджера» десятилетий появились дополнительные модели атмосферы Титана. Многие из них были противоречивы.

К концу 70-х годов остались лишь две конкурентоспособные модели. Согласно одной из них температура поверхности Титана 86 градусов Кельвина, давление у поверхности 20 миллибар, около 0,02 давления у поверхности нашей Земли, а атмосфера на 90 процентов состоит из метана. Эту модель предложили ученые из Принстона. Д. Хантен, о котором мы упоминали ранее, был не согласен с этой моделью. По его мнению, атмосфера Титана должна состоять из азота, температура у поверхности — около 200 градусов Кельвина, а давление в тысячу раз больше, чем давали его коллеги из Принстона, — около 20 бар, то есть в двадцать раз больше, чем на Земле. Эксперименты, проведенные в ноябре 1980 года, когда «Вояджер» прошел всего в 7 тысячах километрах от Титана, прояснили картину и позволили понять истинное положение вещей.

Хочу заметить, что мы современники удивительных событий, происходящих на наших глазах в науке. Если сравнительно недавно наши знания основывались лишь на данных чисто астрономических наблюдений и были поэтому неполными, то сегодня положение резко изменилось. Космические исследования настолько сузили диапазон ошибок, исключили столь много неоднозначностей в наших представлениях, что в ряде случаев только изучение планет с помощью космических аппаратов дает возможность расставить все точки над «и» и добиться окончательного решения того или иного научного вопроса.

Справедливости ради необходимо сказать, что и космические исследования отнюдь не всегда являются истиной в конечной инстанции. Но в случае Титана именно эксперименты «Вояджера» помогли правильно решить загадки спутника Сатурна. Истина, как всегда, лежала посредине. Хантен оказался прав в отношении азота. Именно он основной компонент в атмосфере Титана. Но принстонцы были правы в отношении температуры, она оказалась равной 95 градусам Кельвина у поверхности. Давление же атмосферы составляет около полутора атмосфер. Чуть выше, чем у поверхности Земли.

Атмосфера Титана содержит сильнейший яд — синильную кислоту, много углеводородов: метан, этан, пропан, ацетилен, этилен, диацетилен, метилацетилен. Есть и азотсодержащие компоненты: цианацетилен, цианоген. Следующие после азота по распространенности газы в атмосфере Титана — аргон, его чуть больше десяти процентов, и метан, чуть меньше десяти процентов. Есть в атмосфере и водород и углекислый газ.

Атмосфера Титана простирается на высоту более 400 километров над его поверхностью, на уровне высот между 200 и 300 километров находится поглощающая свет дымка, а под нею слой аэрозоля красноватого цвета. Этот слой образован полимерными частичками, возникающими под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца на атмосферу Титана.

На высоте около десяти километров от поверхности могут формироваться метановые облака. В этом случае на поверхности Титана могут быть метановые моря, дожди на Титане состоят из капель жидкого газа, который используется на Земле как природное топливо.

Солнце и звезды не видны с поверхности Титана. В полдень там так же темно, как в лунную ночь на Земле. Космонавтам, которые когда-нибудь высадятся на этом спутнике Сатурна, будет нелегко. Для исследования Титана им придется иметь корабль, так как согласно некоторым широко принятым сегодня концепциям вся поверхность Титана покрыта метановым океаном…

Поистине удивительная атмосфера Титана поставила перед учеными новые интереснейшие проблемы. Как могла образоваться такая атмосфера? Какие процессы в ней происходят?

При рассмотрении этих вопросов возникла идея о том, что, быть может, именно на поверхности Титана лежит ключ к тайне происхождения жизни. Я обсуждал эти вопросы с известными американскими учеными Т. Оуэном и К. Саганом, и вот к чему сводится их точка зрения. Все наши эксперименты на Земле по абиогенным синтезам органических соединений в условиях, моделирующих природные условия на ранней Земле, ограничены временем жизни человечества. Никому еще не удалось создать в лаборатории цепочку нуклеиновой кислоты. Как сказал Оуэн, «лабораторная трубка мала, да и времени немного». А у природы и времени достаточно, и места хватает.

И вот именно Титан можно рассматривать как огромную природную лабораторию планетарного масштаба для экспериментов по предбиологическим синтезам. Состав атмосферы для этого исключительно благоприятен.

О каких абиогенных синтезах может идти речь, если на Титане нет кислорода? Дело в том, что средняя плотность Титана (1,9 грамма на квадратный сантиметр) указывает нам на присутствие большого количества водяных льдов на этом спутнике Сатурна, — вот и источник кислорода. И по оценкам Сагана, поверхность Титана покрыта километровым слоем органических соединений. Так что нет никаких сомнений в том, что Титан представляет собой первостепенный интерес для будущих космических экспериментов.

Теперь буквально несколько слов о самых дальних планетах — Уране, Нептуне, Плутоне.

Уран и Нептун имеют мощные атмосферы, которые, однако, отличаются от атмосфер Юпитера и Сатурна по двум причинам. Во-первых, тела Урана и Нептуна состоят из льдов с примесью горных пород, и эти тела весьма значительны. Во-вторых, на самой окраине Солнечной системы, где они формировались, температуры еще ниже, чем в зоне Юпитера и Сатурна. Теоретики предполагают, что Уран, например, на ³/₄ своего радиуса состоит из твердого вещества. В центре планеты находится ядро из горных пород, далее идет ледяная мантия, состоящая из льдов метана и аммиака, а потом газожидкая оболочка, в которую входят водород, гелий, метан и аммиак. Содержание метана на Уране и Нептуне гораздо больше, чем на Юпитере.

Это очень большие планеты: Уран почти в 15 раз тяжелее Земли, а Нептун — в 17. Не только масса, но и размеры их достаточно внушительны. Радиус этих планет примерно в четыре раза больше земного. А вот плотность невелика — 1,27 грамма в кубическом сантиметре у Урана и чуть больше у Нептуна — 1,62. Обе планеты имеют горячие недра. Температуры в центре достигают 10–14 тысяч градусов Кельвина, а давления — нескольких миллионов атмосфер.

Уран так же, как и Венера, вращается в обратном направлении вокруг своей оси. Причем Уран вращается как бы лежа на боку. У Урана обнаружены кольца.

На самой окраине Солнечной системы почти в 40 астрономических единицах от Солнца расположена девятая, последняя из известных человеку планет — Плутон. Эта планета самая маленькая в семействе Солнца. Радиус ее всего 1400 километров. При низкой плотности — 1,5 грамма в кубическом сантиметре — и вес ее совсем незначителен: Плутон почти в тысячу раз легче Земли. Не совсем ясно даже сегодня, имеет ли он хоть какую-нибудь атмосферу. Эта планета меньше, чем Луна и многие спутники планет-гигантов.

Наше короткое путешествие по «планетной галерее» закончено. Мы увидели с вами, как велико разнообразие условий на планетах. Как они непохожи друг на друга. Быть может, за Плутоном есть еще и другие планеты? На этот вопрос мы сегодня ответить не можем. Поиски этих планет очень трудное дело.