Если человечеству когда-нибудь вздумается ринуться прочь с Земли, то решений, как это сделать, у него будет наперечет: либо найти подходящую планету и создать на ее поверхности базу, либо построить большие космические станции, значительно превосходящие размерами МКС.
Преимущество новой планеты в том, что она, скорее всего, располагает ресурсами: атмосферой, водой (жидкой или замороженной), сырьем. Кроме того, планета обладает гравитацией. Чтобы надолго поселиться на станции, нужно доставить на нее главные ресурсы жизнеобеспечения и запустить эффективную систему переработки отходов жизнедеятельности, чтобы меньше зависеть от дальнейших затратных поставок. Необходимо также создать искусственную гравитацию, потому что продолжительное пребывание в невесомости вредно для обмена веществ. Она влияет на кровообращение и на токи всех других жидкостей в организме, вредит чувству равновесия и ориентации, приводит к деградации опорно-мышечной системы. Поэтому, во избежание вредного воздействия невесомости на организм, при длительном нахождении на космической станции не обойтись без искусственной гравитации.
В серии комиксов «Посол теней» (1975) о приключениях Валериана и Лорелина (воспроизведенной в 2017 году Люком Бессоном в фильме «Валериан и город тысячи планет») авторы, Пьер Кристен и Жан-Клод Мезьер, изобрели «гравитационный колодец», генерирующий гравитацию на огромной космической станции «Центральный пункт» (в фильме — «Альфа»). В реальности проще будет заставить станцию вращаться вокруг собственной оси симметрии: возникающая от этого центробежная сила создаст в жилом отсеке подобие гравитации. Так происходит во многих фильмах. В «Космической одиссее 2001 года» Стенли Кубрика (1968) показана незабываемая сцена причаливания челнока к вращающейся космической станции V под звуки вальса «На прекрасном голубом Дунае» Иоганна Штрауса. То же самое сделал Льюис Гилберт в «Лунном гонщике» (1979): там злодей Драке замыслил истребить человечество и повторно заселить Землю специально отобранными парами со своей вращающейся орбитальной станции. Большинство станций в прекрасном сериале «Пространство» Марка Фергуса и Хоука Остби (2015), в частности «Тихо», тоже вращаются для создания искусственной силы тяжести. Наконец, в «Элизиуме» (Нил Бломкапм, 2013) богатейшие из землян в XXII веке покидают Землю, задыхающуюся от перенаселенности, загрязнения и насилия, и селятся на огромной вращающейся орбитальной станции.
Итак, поговорим об этих невероятных космических станциях с точки зрения упрощенной физики.
Идею орбитальной станции выдвинул инженер-словенец Герман Поточник (1892–1929), специалист по ракетной технике и пионер космонавтики. В своей книге Das Problem der Befahrung des Weltraums («Проблема космического полета»), изданной в 1928 году, он первым описал орбитальную станцию в форме вращающегося колеса, которую предложил поместить на геостационарной орбите.
В 1950-е Вернер фон Браун (1912–1977) и Вилли Лей (1906–1969) вернулись к этой идее в статье, опубликованной в журнале «Кольер»[28], где говорилось о полете на Марс[29]. Они придумали колесо диаметром 76 м, вращающееся вокруг своей оси со скоростью 3 оборота в минуту для создания на внешнем периметре искусственной гравитации, равной трети земной и эквивалентной той, что существует на поверхности Марса[30]. Вернер фон Браун, проявляя дальновидность, уточняет: «Космическая станция будет также отелем, астронавты смогут жить там месяц-два подряд. Они станут курсировать между Землей и станцией для проведения специальных работ». Следуя этому предложению, комитет НАСА пришел в 1959 году к мнению, что логическим продолжением программы «Меркурий», запущенной вскоре после создания американского космического агентства, станет такая космическая станция. Тем не менее конкретного воплощения эта идея не получила.
В 1975 году небольшой коллектив ученых и студентов под руководством Джерарда О'Нила (1927–1992) из Стэнфордского университета разработал более продвинутую версию концепции фон Брауна. Их станция представляла собой колесо диаметром 1,8 км, вращение которого со скоростью 1 оборот в минуту создавало бы центробежное ускорение, эквивалентное земному тяготению. Такая станция могла бы вмещать до 10 000 постоянных обитателей! Она, без сомнения, послужила прототипом станции «Элизиум» и для объекта в видеоиграх Halo. В дальнейшем О'Нил развил эту концепцию во впечатляющий проект Island Three («Остров Три»), орбитальную колонию из двух вращающихся цилиндров диаметром 3 км и длиной 30 км каждый. Для динамической стабильности всего комплекса цилиндры должны вращаться в противоположные стороны. Стабильность вращения объекта достигается его обращением вокруг свой главной оси инерции, той, у которой самый высокий инерционный момент[31]. В случае цилиндра требуется также, чтобы соотношение между его длиной и радиусом было меньше 1,66. Цилиндр, стабильно вращающийся вокруг своей оси симметрии, имеет форму огромной банки с арахисом, внутренней площади которой недостаточно для размещения значительного населения. С точки зрения увязывания динамической стабильности вращения и большой внутренней площади два цилиндрических модуля, вращающиеся в разные стороны, — это удачное решение.
Принцип цилиндрической станции неоднократно использовался в научной фантастике. В частности, в романе Артура Кларка «Свидание с Рамой» описано обследование землянами огромного пустого межзвездного корабля (цилиндра длиной 50 км с радиусом 10 км), пересекающего Солнечную систему. В кино станция «Купер» из фильма Кристофера Нолана «Интерстеллар» (2014), вращающаяся вокруг Сатурна, — тоже цилиндр вроде о'ниловского. Идея строительства огромной орбитальной станции не умерла: французские инженеры Оливье Буазар и Пьер Маркс предложили в 2009 году проект космического города на 10 тыс. жителей «Апогейос» (в переводе с греческого «далеко от Земли»).
НАСА никогда не пыталось строить ни такую крупную космическую станцию, ни станцию меньших размеров как по техническим причинам (ограниченная возможность запуска, трудности сборки, стоимость), так и из научных соображений, потому что считает, что невесомость позволяет заниматься интересными экспериментами, невозможными на Земле. Тем не менее в 2011 году НАСА опубликовало проект космического корабля «Наутилус X» с вращающимся жилым отсеком, где экипаж будущей экспедиции, к примеру, на Марс имел бы лучшие условия жизни. Прототип этой «центрифуги» можно было бы разместить на МКС для натурных испытаний и для обеспечения космонавтам сна при уменьшенной, но все же не нулевой гравитации. Великолепный космический корабль «Авалон» из фильма «Пассажиры» (Мортен Тилдум, 2016) тоже имеет три вращающихся отсека, три «крыла», образующих «тройной пропеллер» и создающих искусственную гравитацию, полезную для 5000 пассажиров, пребывающих в состоянии заморозки.
Цель вращения — создание внутри станции искусственной гравитации, но ее обитателям все же надо двигаться с осторожностью. Чтобы понять это, начнем с простого и посмотрим на орбитальную станцию в форме уплощенного цилиндра (что-то вроде огромной банки арахиса), вращение которого вокруг собственной оси симметрии является, как мы видели, динамически стабильным. Внутри пассажир может ставить занятные физические эксперименты.
Первоначально станция находится в состоянии покоя или совершает единообразное прямолинейное движение, называемое также инерционным. Еще со времен Галилея (1564–1642) известно, что пассажир не может различать эти состояния[32]. Он пребывает в невесомости и должен хвататься за внутреннюю боковую стенку, то есть за элемент станции-банки. Если он запустит по этой стенке самоходную машинку, то произойдет вот что. Машинка, принуждаемая следовать по кривой, задаваемой формой стенки, под действием центробежной инерции «прилипает» к этой поверхности. То же самое происходит в ярмарочном аттракционе «Стена смерти», где мотоциклисты гоняют на большой скорости по почти вертикальной стене. Но на станции происходит кое-что еще. Вращающиеся колеса прилагают силу к поверхности, и та толкает машинку вперед. На взгляд внешнего наблюдателя, машинка остается на месте, а станция вращается. На взгляд пассажира станции, на месте остается станция, а машинка движется по внутренней стенке. По тому же принципу хомяк бесконечно бегает в колесе. Отношение между угловой скоростью станции и скоростью колес равно частному от деления радиуса колес на радиус диска. Радиус диска колеса очень мал по сравнению с радиусом станции, поэтому угловая скорость последней тоже очень мала. Ввиду вращения станции пассажир должен ощущать центробежную силу, очень слабую из-за медленности вращения. Когда машинка тормозит и останавливается, то же самое происходит с вращением диска, и невесомость возвращается.
Перейдем ко второму эксперименту. Двигатели, обычно установленные в периферийных частях станции, тангенциально действуют на ее окружность и приводят к вращению[33]. Работа двигателей ускоряет это движение. Ввиду отсутствия в космическом вакууме трения скорость вращения остается постоянной даже после выключения двигателей. Перед началом вращения станции пассажир находится в инерционном движении. После ее запуска он должен следовать вращательному движению опоры, на которой стоит, — неподвижному по отношению к нему полу. Поэтому пассажир испытывает на себе действие со стороны опоры и, реагируя, оказывает воздействие такой же интенсивности, но в противоположную сторону: это центробежная сила, которую он ощущает как силу тяготения[34] (рис. 1). Эквивалентность между ускорением и тяготением есть выражение принципа эквивалентности, согласно которому тела падают в гравитационном поле одинаково. Этот принцип основан на экспериментальной констатации, что инерционная и гравитационная[35] массы равны[36], и представляет собой краеугольный камень эйнштейновской теории гравитации, она же общая теория относительности. Так как значение центробежного ускорения фиксировано по отношению к радиусу и к угловой скорости станции, два эти параметра можно выбирать так, чтобы они были равны, например, ускорению земного тяготения. Отметим, что центробежное ускорение пропорционально расстоянию до оси вращения. Это означает, что голова и ноги будут испытывать разное ускорение и, значит, по-разному ощущаемое тяготение[37]. Во избежание неприятных желудочных ощущений нужно добиться, чтобы радиус станции сильно превышал рост пассажира. С этой точки зрения цилиндры О'Нила с радиусом 3 км вполне подходят. Вращение цилиндра вокруг своей оси создает искусственную гравитацию, позволяющую преспокойно прогуливаться по боковой поверхности (рис. 2). Правда, в отличие от поверхности Земли, на станции опора изогнута не «вниз», а «вверх».
Рис. 1
Рис. 2
Положение усложняется, если пассажир начинает двигаться или бросает какой-то предмет. В этом случае в игру вступает другое инерционное ускорение, так называемое ускорение Кориолиса. Оно направлено перпендикулярно направлению движения и оси вращения и имеет на Земле явное проявление: в Южном и Северном полушариях циклоны закручиваются в разные стороны[38]. С ним связано медленное вращение плоскости качания маятника, продемонстрированное в 1851 году в знаменитом эксперименте Леона Фуко (1819–1868) в Пантеоне[39].
Что происходит, если пассажир, стоя на «полу», подбросит мячик вертикально, то есть вдоль радиуса цилиндрической станции? Мячик не упадет ему в руку, как на Земле. Чтобы понять это явление, представим, что мы наблюдаем происходящее, находясь вне станции. Принцип инерции требует, чтобы мячик летел по прямой со скоростью, равной векторной сумме скорости вращения станции и вертикальной скорости, сообщаемой пассажиром (рис. 3). Мячик проследует по сегменту прямой, начиная с исходной точки, и опишет более короткую траекторию, чем пассажир — который, находясь на боковой стенке, описывает дугу круга вращения, — причем на более высокой скорости. Он вернется на свою первоначальную высоту в точке, которой рука бросавшего еще не достигла. С точки зрения пассажира мячик не совершит вертикального перемещения туда-обратно (то есть вдоль направления ощущаемого тяготения, ошибочно принимаемого за радиус цилиндра), а опишет искривленную траекторию. В этом случае ускорение Кориолиса ориентировано в сторону движения станции, и мячик упадет перед рукой пассажира. Этот маленький эксперимент позволяет пассажиру определить неощутимое для него направление вращения станции.
А что произойдет, если пассажир подпрыгнет вверх, как баскетболист? Как и мячик, он, возвращаясь, коснется ногами не того места, с которого прыгнул: он вернется на опору скорее, чем при планетной гравитации. Кстати, на протяжении всего прыжка его тело будет оставаться параллельным себе. Он достигнет опоры под углом к вертикали точки прибытия (рис. 4), определяемым локальным центробежным ускорением и ошибочно принимаемым за радиус цилиндра в том месте. Этот угол будет тем больше, чем больше первоначальная скорость прыжка относительно скорости вращения станции. Поэтому мы не рекомендуем играть в баскетбол и прыгать в высоту на космической станции[40].
Рис. 3
Рис. 4
А вот побегать можно. При пробежке в плоскости, перпендикулярной оси вращения, ускорение Кориолиса будет изменять кажущийся вес бегуна. Если пассажир будет перемещаться в направлении вращения станции, то у него будет впечатление, что он тяжелеет, а если в противоположную сторону (рис. 5), то он почувствует себя легче. Когда его скорость относительно опоры достигнет скорости вращения станции, возникнет квазиневесомость (рис. 6).
Рис. 5
Рис. 6
Таким образом, движение на орбитальной станции приводит к любопытным последствиям, так как сопряжено не только с центробежным ускорением, но и с ускорением Кориолиса. В связи с этим разные части вашего тела будут чувствовать при движении ускорение разной интенсивности и направления, а это сопряжено с неприятностями. Полезно запастись пакетом: вдруг затошнит? Чтобы ограничить воздействие ускорения Кориолиса, скорость вращения станции (произведение ее радиуса и угловой скорости) должна быть достаточно высокой по отношению к скоростям, которых вы обычно достигаете при беге в закрытом помещении. Так, чтобы достигнуть скорости вращения 100 м/с (обычно вы бежите гораздо медленнее) при центробежном ускорении в 1g станция должна совершать один оборот примерно за 63 секунды. Тогда ее радиус будет равен 1 км, а это как раз порядок цифр, предложенный О'Нилом для его знаменитых цилиндров. Он все предусмотрел! Вращающееся колесо при корабле для полета на Марс будет гораздо меньше и пригодится разве что для отдыха астронавтов, а никак не для пробежек (как показано в «Миссии на Марс»), поскольку при таких пробежках как раз понадобились бы гигиенические пакеты.
Будут ли когда-нибудь построены эти космические станции? Это совершенно неизвестно, настолько многочисленны и сложны встающие в связи с этим вопросы. Некоторые из вопросов научные (можно ли создать длительные стойкие экосистемы?), некоторые — чисто технологические (как все это обслуживать и отлаживать?), некоторые — экономические (в какую экономическую модель встраиваются подобные внеземные города?), некоторые — социальные и этические (как управлялись бы такие города и с какой целью?). Поэтому, прежде чем обосновываться в космосе, нам предстоит еще долго размышлять и искать ответы…
• Этот текст представляет собой развернутую версию статьи в бюллетене ассоциации Remparts (IV квартал 2015), написанной в качестве ответа на вопрос одного из членов этой организации.
• O'Neil G. К. Colonization of Space («Заселение космоса»), Physics Today 27(9), 32–40,1974; эта статья доступна по адресу: https://space.nss.org/the-colonization-of-space-gerard-k-o-neill-physics-today-1974.
• O'Neil G. К. The High Frontier: Human Colonies in Space («Высокая граница: поселения людей в космосе»). New York, William Morrow & Company, 1977.
• Apogeios, a Space City for 10.000 Inhabitants («Космический город на 10 000 жителей). Статья доступна по адресу: http://www.planete-a-roulettes.net/PARMEDIA/DOCUMENTATION/IAC-12-E5.2.1-APOGEIOS.pdf.
Он красный, холодный и пустынный. Тем не менее ни одна планета не будоражила так сильно наше воображение, не вызывала столько грез, ни на одну не отправляли столько научных миссий. Роботы землян разъезжают по Марсу, а тем временем фильм «Марсианин» (Ридли Скотт, 2015), снятый по одноименной книге (Энди Вейер, 2011), демонстрирует, как астронавт МаркУотни выживает в одиночестве на Красной планете благодаря своим научным познаниям.
Эта эпопея вызывает в памяти приключения потерпевших кораблекрушение в романе Жюля Верна «Таинственный остров». Те оказываются на острове совершенно без всего и вынуждены возрождать там подобие цивилизации. В «Марсианине», как и в романе Жюля Верна, наука оказывается необходимым средством выживания и воплощается скорее в практическом применении, а не в теоретических изысканиях.
Подобные примеры мы находим в фильмах «Парни что надо» (Филип Кауфман, 1983), «Аполлон-13» (Рон Ховард, 1995), «Космические ковбои» (Клинт Иствуд, 2000), «Гравитация» (Альфонсо Куарон, 2013). В них человек остается один на один с враждебным космосом и может положиться только на свои способности, чтобы остаться в живых.
«Марсианин», воспевающий человеческий разум и адаптационные способности, говорит также о важности универсальных знаний: в критической ситуации чрезмерная специализация может оказаться вредной и даже опасной. В этом смысле фильм отличается от «Миссии на Марс» (Брайан де Пальма, 2000) и «Красной планеты» (Энтони Хоффман, 2000), повествующих о неудаче первых высадок людей на Марсе. В противовес их открытым финалам (картина Брайана де Пальмы завершается загадочным контактом с инопланетянами, картина Хоффмана — неконтролируемой мутацией, вызванной нарушениями условий среды) «Марсианин» делает упор на научности и реалистичности происходящего. Тем не менее реализм всех перипетий — это именно то, в чем позволительно усомниться…
Начнем с корабля «Гермес», доставляющего астронавтов на Марс в 2035 году. Первое наблюдение: он велик — гораздо больше «Аполлонов», на которых люди летали на Луну. Он выглядит даже шикарным: чего стоит огромное колесо, как в «Космической одиссее 2001 года», где создается искусственная гравитация[41]. Создание тяготения во время полугодового полета на Марс представляет интерес, но если без этого не обойтись, то это должна быть скорее гантель, а не колесо, — она лучше управляется и не такая дорогая. Так или иначе, общая длина «Гермеса» достигает 200 м, если учитывать заданный колесом масштаб.
Кроме того, корабль оснащен очень большими солнечными батареями, похожими на те, что стоят на МКС. На первый взгляд, это вполне логично, так как световой поток от Солнца уменьшается с расстоянием: до Марса доходит только 43 % света, если принять земную «дозу» за 100 %. Но было бы гораздо эффективнее предусмотреть на корабле небольшой ядерный реактор, менее массивный, но дающий столько же электроэнергии. Тем более что потребность корабля в энергии очень велика, ведь ему нужна постоянная тяга: обычных химических двигателей хватает для того, чтобы стартовать с Земли, но срок их службы не превышает нескольких минут. Если на «Гермесе» работает двигательная установка (мы несколько раз видим синий выброс из его сопла), то ее тяга вряд ли сильна. Такое возможно при электрической установке[42], принцип действия которой основан на разгоне ионизированных атомов. В романе Энди Вейера уточняется, что итоговое ускорение очень слабо — всего 2 мм/с2, но его достаточно для постоянной коррекции траектории и прибытия на Марс быстрее, чем обычным способом. Постоянная работа двигателя обеспечивает кораблю спасительную маневренность, когда экипаж решает вернуться на Марс за Марком Уотни.
Характер миссии «Арес III» напрямую восходит к сценарию «Прямо на Марс», предложенному аэрокосмическим инженером Робертом Зубриным и утвержденному НАСА для своей марсианской программы. Согласно ему, для такой экспедиции потребуется три корабля. Первый — главный, необходимый для того, чтобы долететь до Марса. Два других — это возвращаемый модуль (ERV) и марсианский спускаемый модуль (MAV). ERV останется на марсианской орбите и, как следует из его названия, послужит для возвращения астронавтов на Землю. MAV опустится на поверхность, а потом, после завершения миссии, доставит астронавтов на ERV.
Ключевое значение имеет MAV: он слишком тяжел, чтобы опуститься на Марс с полными топливными баками, поэтому опускается туда автономно, с пустыми баками, и вырабатывает топливо на основе местных ресурсов до прибытия астронавтов. Маленький робот собирает воду из марсианского реголита (считается, что в нем содержится 40–80 г воды на 1 кг породы в зависимости от региона[43], не считая полюсов) и забирает из атмосферы углекислый газ. Электролиз воды дает молекулярные кислород и водород. Кислород накапливается, водород вступает в реакцию с углекислым газом, дающую метан и воду. Эта реакция — процесс Сабатье — происходит при высокой температуре, близкой к 330 °C, в присутствии катализатора на основе рутения и алюминия[44]. Необходимое для этого тепло без труда предоставляется радиоизотопным генератором[45]. Получаемый метан, будущее горючее, накапливается, а вода подвергается повторному электролизу. Предусмотрено, конечно, и развертывание на поверхности Марса станции, предшествующее прибытию астронавтов. Это может быть, например, надувное жилище, как в фильме: оно легкое и при этом обеспечивает эффективную защиту от враждебных марсианских условий.
Фильм начинается с драматической сцены, послужившей причиной всего дальнейшего: астронавтам приходится взлетать на MAV в разгар марсианского урагана, не дожидаясь, пока ветер опрокинет модуль. Экстренная ситуация вынуждает их оставить на поверхности планеты одного из членов экипажа, жертву несчастного случая.
Достоверна ли эта сцена? На Марсе действительно регулярно свирепствуют ураганы, это из-за поднимаемых ими мельчайших частиц почвы марсианское небо приобретает характерный оранжевый оттенок. Бывают и пылевые тайфуны (dust devils) — это явление впервые удалось понаблюдать напрямую в 1997 году благодаря марсоходу «Патфайндер». Несколько раз эти завихрения фотографировались орбитальным зондом Mars Reconnaissance Orbiter, вращающимся вокруг Красной планеты с марта 2006 года[46].
Но может ли марсианская буря натворить таких бед, как в фильме? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо прежде всего уяснить, что на Марсе очень слабое атмосферное давление. Оно аналогично земному на высоте 38 км, то есть в 160 раз слабее давления на уровне земного моря. При таком давлении, средней температуре -60 °C и насыщенности углекислым газом плотность марсианской атмосферы примерно в 60 раз ниже земной[47]. Кстати, давление, оказываемое на предмет движущейся жидкостью, пропорционально произведению плотности жидкости на квадрат скорости ее движения. При марсианской плотности атмосферы давление ветра, дующего с некоей скоростью, в 60 раз ниже земного эквивалента. В этих условиях порыв ветра ощущался бы астронавтами как легкий бриз. Какой же должна быть тогда скорость ветра, способного опрокинуть корабль?
В фильме предоставлена ключевая для ответа на этот вопрос информация: миссию необходимо прервать, когда сила ветра, которой подвергается MAV, достигает 7500 ньютонов. Эта сила равна произведению давления ветра и площади, которая его испытывает. Размеры MAV можно прикинуть, сопоставляя его с ростом действующих лиц: в высоту модуль составляет примерно 20 м, его диаметр — где-то 10 м; площадь, испытывающая напор ветра, равна, следовательно, 200 м2. Чтобы напор ветра на эту площадь достиг предела безопасности, он должен дуть со скоростью 70 м/с, что несколько превосходит скорость реальных марсианских ветров, составляющую 30–50 м/с.
В бурю MAV накренится на угол, определяемый как частное от деления силы ветра на вес модуля. Зная, что максимальный допустимый крен составляет 12,3°, можно рассчитать вес MAV: порядка 34 400 ньютонов. При марсианской гравитации, равной 38 % земной, это соответствует массе 9,3 т. Это представляется недостаточным, учитывая приведенные выше размеры MAV, при которых модуль должен бы иметь массу не менее 200 т. Недостаточна она и при сравнении с 15 т лунного посадочного модуля (LEM), на котором спускались на Луну и покидали ее американские астронавты. Оценочная масса MAV для миссии «Прямо на Марс» близка скорее к 40 т. Короче говоря, ураган в фильме вряд ли мог бы опрокинуть MAV, как там показано.
Итак, марсианская буря не так разрушительна, как земная, при одинаковой скорости ветра. Ветер на Красной планете может поднимать только мелкую пыль с диаметром частиц 50-100 микрон. В фильме же мы видим летящие уже в начале урагана стрелы кремнезема и гальку! Для астронавтов это должно было бы представлять страшную опасность: могли разбиться их шлемы.
Столь же маловероятно, чтобы Марк Уотни отыскал погребенный под песком зонд «Патфайндер» и начал доставать его содержимое[48]. При малой силе марсианского ветра предметы заметаются песком очень медленно. Чтобы «Патфайндер», находящийся на Марсе только с июля 1997 года, так сильно замело, на него должна была бы наползти целая дюна. На Земле такое случается, но вряд ли это могло произойти на Марсе. Зато слабый марсианский ветерок был полезен для марсохода «Оппортьюнити», чьи солнечные батареи, покрывавшиеся в ходе миссии песком, неоднократно вполне эффективно «очищались» ветром.
Чтобы дожить до прилета спасательной миссии, Уотни должен обеспечить себя пропитанием на месте. Ботаник по образованию, он первым делом добывает со станции человеческие экскременты, чтобы обогатить марсианскую почву.
Как будто разумно, но вспомним, что миссия НАСА «Феникс» выяснила в 2008 году, что в почве Марса много перхлората. На Земле перхлорат аммония применяется как окислитель в боеприпасах для огнестрельного оружия, как твердое ракетное топливо, а также для производства газа — наполнителя автомобильных мешков безопасности. Ясно, что это соединение трудно назвать приятным… Перхлоратами богата почва Долины Смерти и пустыни Атакама, самой бесплодной на всей планете; свойства обоих мест схожи со свойствами марсианской поверхности. Проблема с высококорродирующим перхлоратным ионом состоит в том, что он легко разлагает углеродные элементы. Из-за этого марсианское земледелие весьма проблематично…
Чтобы выращивать картофель, Уотни также нужна вода. Добыть ее легко: достаточно сжигать водород в двуокиси кислорода воздуха и конденсировать выделяющийся при этом пар. При этом требуется соблюдать осторожность: реакция сопровождается большим выделением тепла. Пожар дирижабля-гиганта «Гинденбург» в 1937 году — самое крупное и трагическое последствие огромного выделения энергии при разложении молекулярного водорода.
При получении воды Уотни сталкивается с проблемой источника водорода: в атмосфере Марса его нет. В фильме герой получает ее из гидразина — топлива для двигателей со слабой тягой, обеспечивающих маневрирование спутников и космических зондов на орбите[49]. Гидразин может использоваться самостоятельно, так как в присутствии катализатора спонтанно распадается на азот и водород. Эта реакция обладает сильной экзотермичностью и происходит за несколько миллисекунд, что и обеспечивает точность движений зонда. На Марсе Уотни прибегает к этой каталитической реакции для получения водорода, сжигание которого вместе с кислородом из жилого отсека и обеспечивает ему воду.
Кстати, расходование своего запаса кислорода — неудачная идея: так и задохнуться недолго. Разве что располагать постоянным источником его поступления… В проектах марсианских миссий предусматривается добыча кислорода путем электролиза воды, получаемой посредством вышеупомянутой реакции Сабатье[50]. Поэтому Уотни было бы проще брать воду из запасов и добывать из нее кислород электролизом. Другое решение — растапливать лед при помощи удачно оказавшегося в его распоряжении маленького ядерного реактора (см. примечание о радиоизотопном генераторе). В связи с этим возникает трудность: где брать лед? Поскольку база расположена вблизи экватора, Уотни пришлось бы добраться до 25-й широты и там искать лед на обращенных к полюсу склонах, под слоем марсианского песка толщиной в несколько сантиметров.
Отметим, наконец, что даже при наличии воды для полива длительное питание одной картошкой рано или поздно привело бы к нехватке жиров и к витаминному голоданию — что, конечно, все-таки лучше, чем просто лечь и умереть.
Кроме трудностей с марсианским овощеводством, создатели фильма упустили из виду тот факт, что поверхность Красной планеты никак не защищена от космической радиации — рентгеновских лучей и высокоэнергетических частиц, испускаемых в основном Солнцем при возмущениях на нем.
На Земле радиацию гасит толстый атмосферный щит. Важную роль играет также магнитное поле, притягивающее заряженные частицы солнечного ветра к магнитным полюсам. Марс, увы, слишком мал, чтобы удержать атмосферу, а его магнитное поле близко к нулю. Защиту, аналогичную земной, на Марсе обеспечил бы и двухметровый слой камней… Да и во время полета на Красную планету этой защиты тоже нет. Проведя 5000 солов[51] на Марсе почти без защиты, Уотни получил бы летальную дозу облучения. Так что проблема его выживания далеко не сводится к решению вопроса питания…
На Марсе, как известно, преобладает красный цвет. Но так ли это на самом деле? Нет. В отличие от заката в фильме, марсианский закат… голубой[52]. Почему?
Для начала разберемся, что происходит на Земле, где цвет неба — результат рассеяния в атмосфере солнечного света. Небо голубое, потому что диффузия этого цвета молекулами атмосферы гораздо больше, чем красного. Когда Солнце расположено близко к горизонту, его свет преодолевает гораздо более толстый атмосферный слой и значительная его часть рассеивается вне зрительной оси. В результате усиленного рассеивания синего цвета бедный им пучок света получается краснее, чем был первоначально. Солнце кажется красно-оранжевым.
Марсианская атмосфера сильно уступает по плотности земной и имеет другой состав. Рассеивание солнечного света в ней происходит из-за взвеси мельчайших пылинок, а они гораздо больше молекул атмосферы. Механизмы диффузии и абсорбции света этими аэрозолями, сильно зависящие от их размера и состава, отличаются от земных. Отсюда густая синева марсианского заката.
При всех своих несовершенствах «Марсианин» позволяет как минимум поставить вопрос о полетах людей на Красную планету. Исследование Марса как попытка выяснить, мог ли там происходить процесс пребиотической эволюции и зарождалась ли там в прошлом жизнь, — величайший научный соблазн. Но в отправке туда людей нет никакой срочности: много чего еще могут сделать роботы. Кроме всего прочего, будет очень трудно — а значит, дорого — опустить на поверхность Марса тяжелые грузы, необходимые для сооружения даже скромной базы. В его разреженной атмосфере затруднительно добиться правильного торможения парашютом, но она слишком плотна для того, чтобы тормозить в ней до самой поверхности при помощи простых ракетных замедлителей, как на Луне.
Гораздо перспективнее было бы отправить людей на марсианскую орбиту. Это дало бы экономию на поверхностной инфраструктуре и позволило бы управлять в реальном времени спущенными туда совершенными роботами (на прохождение радиосигнала от Земли до Марса требуется 5-22 минуты). Не будем забывать, что астронавты могли бы без труда высадиться на спутниках Марса, Фобосе или Деймосе, доступных благодаря слабой гравитации.
Наконец, «Марсианин» показывает, что пилотируемые полеты на Луну и на орбитальные станции стали реальностью только благодаря воле политической власти. Гигантские затраты нельзя оправдать никакими другими причинами, в том числе стремлением к научному исследованию Марса.
• Конференция Р. Леука на Utopiales в 2016 г.: https://www.youtube.com/watch?v=OQ7Hy-ALMP4.
• Ehlers К., Chakrabarty R„Moosmuller H. Blue moons and Martian sunsets («Синие луны и марсианские восходы») // Applied Optics, 2014. 53 (9). P. 1808–1819.
Хот в «Звездных войнах», Дельта Вега в «Звездном пути», E.D.N. III в игре «Потерянная планета»… Все эти разные и загадочные названия планет объединяет одно: температуры на их поверхности такие низкие, что вода там постоянно находится в твердом состоянии. В научной фантастике масса удивительных ледяных планет, порой населенных поразительными существами.
Неподалеку от Земли, вокруг планет Солнечной системы, вращаются реальные ледяные тела. Маленький спутник Сатурна Энцелад с температурой на поверхности минус 190 °C полностью покрыт льдом. Такова же и Европа — естественный спутник Юпитера с температурой на поверхности минус 150 °C и с ледяной коркой толщиной 90 км. На эти ледяные тела еще не садился ни один рукотворный зонд. Это не мешает кинематографистам воображать их населенными; так, в «Европе» режиссера-эквадорца Себастьяна Кордеро (2013) астронавты, обследующие Европу, делают страшное открытие. Фильм, конечно, вымысел, но, как мы увидим, внеземная жизнь, если она вообще существует, может оказаться гораздо ближе к нам, чем мы воображаем… Так что натягивайте скафандры с подогревом — и вперед, навстречу приключениям!
В фильме «Звездные войны. Эпизод V: Империя наносит ответный удар» (Кершнер и Лукас, 1980) восставший Альянс находит убежище на планете Хот, на Внешней Границе. На ледяной поверхности этой враждебной планеты, где беспрерывно бушуют жестокие метели, повстанцы построили секретную базу, в конце концов взятую штурмом Дартом Вейдером.
Геологам планета Хот, хоть она и вымышленная, напоминает Землю более 650 млн лет назад. Согласно знаменитой модели «Земля-снежок» (правильнее было бы назвать ее «Земля-ледышка»), наша планета пережила в период от 850 от 635 млн лет назад несколько периодов оледенения разной интенсивности; этот период носит название криогенного. Идея о всемирном оледенении была выдвинута в 1949 году австралийским геологом и исследователем Антарктики Дугласом Моусоном, а модель «Земля-снежок» была развернута и уточнена американскими геологами Джозефом Киршвинком и Полом Хоффманом в 1990-е. Она объясняла наличие осадочных пород ледникового происхождения (диамиктитов) на широтах, располагавшихся тогда вблизи экватора. В 2017 году геофизики пришли к выводу, что начало и конец этого всемирного оледенения вызывались значительными колебаниями содержания в атмосфере углекислого газа, связанными с силикатными альтерациями и с извержениями вулканов. Другие вопросы пока не имеют ответов, например, полностью ли замерзали океаны или на экваторе оставалась узкая незамерзшая полоса.
Отметим, что в криогенный период в океанах Земли обитали водоросли и бактерии и могли быть рифы, но на тогдашнем суперконтиненте Родинии, начинавшем дробиться, никакой жизни еще не было. Другое дело — планета Хот, где по очевидным кинематографическим причинам живут сложные и наблюдаемые глазом животные вроде вамп, этаких йети с белой шерстью, один из которых обижает Люка Скайуокера. Согласно фильму, эти плотоядные хищники питаются другими животными, двуногими рогатыми таунтаунами — наполовину баранами, наполовину динозаврами, прирученными повстанцами, использующими их в своих космических патрулях. Иными словами, экосистема Хота сложнее, чем на Земле в криогенный период, там водятся сухопутные существа. На нашей планете пришлось ждать конца силурийского периода (420 млн лет назад), только тогда появились континентальные трофические популяции: растения и артроподы (тысяченожки, протоскорпионы, и др.), к которым следует добавить знаменитых стегоцефалов (ископаемых амфибий) начала каменноугольного периода (примерно 360 млн лет назад).
Установлено, что на планете Хот вампы питаются таунтаунами. Но те-то что едят? Вероятно, травку, а это предполагает наличие более-менее обширных степей, то есть не тотальный характер обледенения Хота. Так ли было с нашей Землей в состоянии ледышки? Кроме всего прочего, эти плотоядные теплокровны: помнится, во избежание гипотермии у Люка Скайуокера, ведущей к смерти от холода, Хан Соло, угодивший в снежный буран, жертвует своим скакуном и в ожидании помощи помещает друга внутрь теплой туши. Подобные чудища, смахивающие на млекопитающих, делают фауну Хота похожей скорее на фауну последнего ледникового периода на Земле (110-10 тыс. лет назад). Тогда шерстистые носороги соседствовали с мамонтами, а охотники-собиратели могли пешком переходить из Евразии в Америку благодаря ледовому панцирю, сковывавшему часть Северного полушария.
Итак, зверье планеты Хот — теплокровное, с обильным волосяным покровом — неплохо приспособлено к экстремально низким температурам. Но живность на других обледенелых планетах в научной фантастике необязательно такова: например, в «Звездном пути» Дж. Дж. Абрамса (2009) Джеймса Кирка ссылают на холодную-прехолодную планету Дельта Вега. Там на него сразу начинает охотиться огромная хищная амфибия, вылезающая из-подо льда и тянущая к нему длинные лапищи. Непонятно, как это агрессивное чудовище с голой кожей переносит такие низкие температуры — как в воде, так и на льдинах. Его обмен веществ выделяет тепло, производимое всем объемом тела и выводимое по всей его площади. Так как объем растет вместе с размером быстрее, чем площадь, внутренняя температура крупного существа может превосходить внешнюю, и его организм производит тепло быстрее, чем удаляет. Это явление, инерциальная гомойотермия, было, возможно, присуще некоторым крупным динозаврам (в частности, крупным растительноядным зауроподам), но никак не чудищу с Дельты Беги с его длинными подвижными конечностями.
В «Европе» рассказывается о приключениях шести астронавтов на одноименном спутнике Юпитера[53], одном из самых крупных, где они ищут следы внеземной жизни. После серии неприятностей и катастроф (закон Мерфи никто не отменял!) единственная выжившая участница экспедиции жертвует собой, чтобы доказать существование сложных форм жизни за пределами Земли.
Несомненно, фильм предложил зрителям одну из самых волнующих и реалистичных картин исследования космоса. В этом смысле его можно сравнить с «Гравитацией», «Луной», «Космической одиссеей 2001 года» и «Интерстелларом». Реалистичность подчеркнута съемкой любительской камерой внутри космического корабля и на его поверхности, а также со шлема скафандра. Астронавты ведут себя разумно и ответственно (не то что склонный к ребячеству экипаж в никуда не годном «Прометее»), а сама их миссия выглядит во многом достоверной. Скажем, они регулярно замеряют ионизирующее излучение. Это высокозаряженные частицы, выделяемые, например, при ядерном распаде. Европа находится в сильном магнитном поле Юпитера, притягивающего заряженные частицы — электроны, протоны и ионы — к своей поверхности. Спутник подобен спортсмену, бегущему трусцой под проливным дождем: ветер (магнитное поле в этой аналогии) бьет его (Европу) в спину и бомбардирует дождевыми каплями (частицами). Как и наша Луна, Европа постоянно обращена к Юпитеру одной стороной, поэтому обстрелу частицами энергии подвергается только одно ее полушарие. Другое полушарие защищено лучше, хотя уровень облучения там такой же, как в высоких слоях земной атмосферы во время вспышки на Солнце. По этой причине прогулки по поверхности Европы представляют опасность, что учтено в фильме. Удачны кадры поверхности обледенелого спутника (они воспроизводят подлинные фотографии и прочие научные данные) и величественного Юпитера, хотя сцена спуска на поверхность Европы вышла спорной. С другой стороны, никто еще не пытался опуститься на ее поверхность на деле…
Прибыв на место, экипаж приступает к методическому поиску признаков жизни. Непонятно, правда, почему вместо Кати Петровны (ею, единственным ученым в экипаже, сценаристы быстро жертвуют — не сердитесь за спойлер) на лед не послали автомат. Что ж, в научно-фантастических фильмах исследователи всегда идут на необязательные риски… Петровна все же находит в куске цветного льда следы жизни — что-то вроде зеленоватой водоросли. Вдохновленная находкой, она говорит: «Похоже на докембрийский организм. Это первое приходящее на ум сравнение с земной флорой». Увы, обладательница неуклюжей фамилии запамятовала азы биологии и палеонтологии: первые растения на Земле появились не в докембрийском (4570-572 млн лет назад), а в ордовикском периоде, примерно 450 млн лет назад[54]. К тому же холод (от -150 до -200 °C) и повышенный уровень радиации на поверхности Европы делают обнаружение на ней какой-либо жизни (во всяком случае, таких ее форм, которые известны нам на Земле) крайне маловероятным. А вот поиск организмов подо льдами Европы, чем также занимаются герои фильма, весьма воодушевляет экзобиологов Земли.
Данные, переданные аппаратурой на зондах, посещавших пространство вокруг Юпитера[55], свидетельствуют, что под покрывающей Европу ледовой коркой скрывается огромный океан жидкой соленой воды. На то, что эта вода соленая, указывает слабое магнитное поле Европы, наведенное мощным полем Юпитера. Его наличие доказывает, что под поверхностью Европы присутствует некий слой, способный проводить электрический ток, — например, океан соленой воды.
Объемная масса спутника составляет примерно 3 г/см3. Если предположить, что по составу он близок к Земле, то на глубине 600 км должно располагаться железо, на глубине 900 км — камень, на глубине 100 км — вода (жидкая или твердая). Бороздчатый, весь в трещинах лед на поверхности покрыт продольными складками, «линиями», похожими на овраги. Они свидетельствуют, возможно, о значительной «тектонической» активности во льдах, как в вечных льдах на Земле. Измерения показывают, что его поверхностный слой имеет толщину 500-3000 м. Применяя закон Архимеда[56], можно подсчитать толщину погруженной в воду части льда: она составляет 4-25 км. В фильме термический зонд, бурящий лед, достигает подледного океана на глубине 2800 м, что опять-таки может соответствовать действительности. Что касается этого океана, то, поскольку общая толщина воды на Европе равна порядка 100 км, жидкая вода находится на глубине 75–96 км. То, что Европа покрыта жидкой водой, невзирая на лютый мороз (-200 °C), указывает на наличие подводного источника тепла — вулканической деятельности.
Каково ее происхождение? Приливные силы Юпитера! Они порождены неоднородностью гравитационного поля любого тела: поле уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Поэтому диаметрально противоположные части любого спутника притягиваются планетой с разной силой и в разные стороны. У спутника эти расхождения в гравитационном притяжении приводят к подобию четвертования — растяжению по оси «планета — спутник». Такое же воздействие испытывают земные океаны, деформируемые силами лунных и солнечных приливов. То же самое происходит на Луне, где силы земных приливов приводят к многометровым деформациям поверхности (вспомним, что мы говорили о планете Миллер из фильма «Интерстеллар»), Ио, другой спутник Юпитера, имеет слегка эллиптическую орбиту. Различия юпитерианских приливных сил приподнимают его поверхность в «прилив» на несколько сотен метров! Сдвиги оси Ио под воздействием юпитерианских приливных сил приводят к трению в его недрах. Это трение разогревает породу, приводит к растрескиванию поверхности и к гигантским вулканическим извержениям, наблюдаемым на поверхности этого спутника. Могучие силы юпитерианских приливов воздействуют и на Европу, поддерживая ее внутренний нагрев, способный частично растопить поверхностный ледовый панцирь. Европа находится дальше от Юпитера, чем Ио, поэтому приливы там слабее и вызываемое ими рассеивание тепла не способно растопить лед полностью. Вода остается важным элементом для жизни, но для ее развития требуется также источник тепла.
На Земле главный источник энергии — Солнце. Растения поглощают его свет и строят органические молекулы в основном из атмосферного углекислого газа (СO2) и воды (Н2O). Это называется фотосинтезом. Но также существуют и бактерии, пользующиеся энергией химических реакций. Первый пример такого хемосинтеза — окисление солей железа бактериями при посредстве кислорода из воздуха. Второй пример — окисление сероводорода из подводных вулканов бактериями, использующими растворенный в воде кислород. Получаемая энергия позволяет им производить органику из воды и растворенного углекислого газа. Эти бактерии составляют основу сложной экосистемы, открытие которой в конце 1970-х годов в океанских впадинах Атлантики положило конец парадигме, согласно которой любая пищевая цепочка должна начинаться с фотосинтеза[57].
На Европе океанское дно соприкасается с мантией, поэтому там весьма вероятен подводный вулканизм. Чтобы на океанском дне развился тот же самый окислительный процесс, недостает только кислорода. Откуда он там возьмется, если на поверхности отсутствует какая-либо жизнь, способная его производить? На Земле при бурении на глубину 5 км, где температура достигает 120 °C, ученые нашли археи — одноклеточные микроорганизмы-прокариоты (то есть лишенные ядра). Велико же было удивление ученых, когда они убедились, что эти живые организмы размножаются без света и без кислорода! Стало ясно, что источником жизни могут служить минералы, содержащие железо: археи используют энергию, возникающую при абиотическом воздействии воды на эти минералы. Так образуются молекулы водорода, взаимодействующие потом с углекислым газом двумя способами: либо с образованием воды и сложных углеродистых молекул (абиотический синтез органических веществ), либо с образованием воды, метана и энергии. Наши археи используют эту энергию для превращения углекислого газа и воды в углеродистые органические молекулы.
На Европе собраны, кажется, все условия, необходимые для появления жизни, знакомой нам на Земле: жидкая вода в контакте с породой запускает абиотический синтез органических веществ и дальше биологический хемосинтез, приводящий к зарождению одноклеточной жизни. У Сатурна есть спутник, аналогичный спутнику Юпитера, Европе, — Энцелад. Зонд «Кассини-Гюйгенс», находившийся на орбите Сатурна с 2004 по 2017 год, наблюдал на Энцеладе огромные гейзеры жидкой воды. Их анализ показал, что на этом спутнике есть органические молекулы. Раз на Энцеладе есть органический синтез, то почему бы ему не быть на Европе? Чтобы ответить на этот вопрос, надо первым делом отправиться на Европу, что, учитывая отделяющее ее от Земли расстояние, очень нелегко. В идеале следовало бы опуститься на ее поверхность (что тоже непросто!) и пробурить по меньшей мере 10 км льда, чтобы взять пробу воды из подледного океана. Даже на Земле эта последняя манипуляция весьма трудна: рекорд бурения в Антарктиде — 3,7 км: этой отметки достигли русские на границе подледного озера Восток. Анализ полученной из скважины воды показал наличие ДНК термофильных бактерий. Есть подозрение, что на дне озера существуют гидротермальные источники с археями. Почему бы им не быть на Европе?
Фильм «Европа» отвечает на вопрос о жизни на Европе утвердительно, добавляя к ответу немного ужаса. В конце картины мы видим довольно-таки достоверное существо: крупного биолюминесцентного хищника со щупальцами, как у головоногого моллюска. На концах этих гибких сильных щупалец находятся синеватые крючки, а беловатые кружки, тянущиеся рядами на щупальцах, похожи на присоски. Щупальца отходят от раздутого туловища с восемью светящимися гребнями и мутным черным кругом посередине, похожим на ротовое отверстие. Между гребнями находятся четыре крупных светящихся шара — это глаза, а внутри полупрозрачного туловища имеется красноватая зона — скорее всего, это некий жизненно важный орган, мозг или сердце. Кем бы ни было это инопланетное чудище, уровень его организации и воинственное (возможно, это защита своей территории) поведение производят сильное впечатление. Мысль авторов фильма понятна: не исключено, что в подледном океане Европы водятся многоклеточные организмы. Их существование совместимо с возрастом Европы, потому что в океанах Земли первые головоногие появились 500 млн лет назад. Маленькая оговорка: было бы логичнее, если бы герои фильма сначала наткнулись на водные микроорганизмы (называемые в экологии первичными производителями), из которых на Европе состоял бы планктон, а уж потом — на крупного хищника, находящегося, скорее всего, в конце пищевой цепочки.
В Солнечной системе спутник Юпитера Европа — второе после Марса место назначения, предусматриваемое в крупных программах космических исследований. К тому же в конце 2013 года космический телескоп «Хаббл» обнаружил на одном участке ледяного спутника водяной пар. Это прекрасная новость, так как анализ выбрасываемой гейзерами воды дал бы представление о ее составе на глубине. Ныне многие экобиологи считают Европу лучшей во всей Солнечной системе кандидаткой на наличие жизни, что ставит под сомнение традиционное представление о ширине возможной обитаемой зоны. Понимая этот колоссальный потенциал. Европейское космическое агентство опубликовало в мае 2012-го план экспедиции JUICE (Автоматическая межпланетная станция для изучения ледяных лун Юпитера), начало которой намечается на 2022 год. НАСА готовит полет станции Europa Clipper, которая должна 32 раза облететь Европу в 2028-м. На орбите Юпитера с июля 2016 года находится зонд «Джуно», запущенный в августе 2011-го. Будущее даст ответ, обитаема ли Европа, подобно тому как это сделали герои фильма «Европа». В научной фантастике много говорилось о марсианах; а что, если первыми встреченными нами инопланетянами окажутся не они, а «европейцы»?
Выражаем признательность за ценные сведения Пьеру Тома, геологу из Высшей нормальной школы (Лион).
• Новый «портрет» Европы авторства НАСА: http://www.nasa.gov/jpl/europas-stunning-surface.
• Европа в видеоролике НАСА: https://www.youtube.com/watch?v=kz9VhCQbPAk.
• Выступление геолога Пьера Тома (ВНШ, Лион) о возможности жизни в Солнечной системе: http://tinyurl.com/k8n6ya2.
Своим «Чужим», вышедшим на экраны в 1979 году, Ридли Скотт породил целый киномиф, воплощенный Чужим — без сомнения, самым страшным инопланетянином в научной фантастике. Успех этого фильма был так велик, что «Чужой» быстро стал франшизой; монстр проник в мультипликацию, в видеоигры, в ролевые игры, в литературу. В кино было снято три продолжения («Чужие», Джеймс Кэмерон, 1986; «Чужой-3», Дэвид Финчер, 1992; «Чужой. Воскрешение», Жан-Пьер Жёне, 1997), два «гибрида» с «Хищником» («Чужой против Хищника», Пол Андерсон, 2004; «Чужой против Хищника. Реквием», Колин и Грег Штраусы, 2007) и два приквела («Прометей», 2012, и «Чужой. Завет», 2017). Два последних фильма снял сам отец-основатель мифа Ридли Скотт.
Мы сосредоточимся на «Прометее», действие которого разворачивается до первого «Чужого»: при великолепной эстетике фильма, верной оригиналу (над визуальными эффектами снова работал швейцарский художник X. Р. Гигер, создатель изначального чудовища и всего «биомеханического» дизайна декораций), сценарий грешит несвязностью, персонажи — ходульностью, предлагаемые ответы на загадки «Чужого» не удовлетворяют. Обращение с физикой и с естественными науками в фильме тоже вызывает немало возражений…
Действие начинается в 2089 году. Археологи Элизабет Шоу и Чарли Холлоуэй попадают в пещеру на северошотландском острове Скай, где находят доисторические, давностью в 35 тыс. лет, то есть из времен палеолита, настенные рисунки. Эта живопись — невероятная смесь изображений животных (носорогов, лошадей, крупного рогатого скота и хищников), сцен охоты, племенных ритуалов, отпечатков ладоней. Огромное, даже избыточное изобилие! Однако пещеру никто не раскапывает, никого не интересуют покоящиеся на ее дне орудия и скелеты. Сильно удивляет изображенный на стене мускулистый гуманоид, указывающий пальцем на шесть полных дисков. Астрономическое толкование сюжета как будто очевидно. Один он должен был бы сразить ученых наповал, ведь найдено крайне мало древних изображений неба, да и древность их относительна. Вот что имеется на самом деле:
• бронзовый диск из Небры (Германия, 1600 лет до нашей эры] с изображениями Солнца, Луны и не поддающихся опознанию звезд;
• антикитерский механизм (Греция, 87 год до нашей эры) для расчета астрономических координат;
• дендерский зодиак (Египет, 50 год до нашей эры), возраст которого определен как раз по положению изображенных звезд;
• древнейшая полная и точная карта звездного неба (Даньхуан, Китай, VII век нашей эры).
Позднее зритель узнает, что это открытие — последнее звено головоломки, собираемой Шоу и Холлоуэем. К этому мы еще вернемся.
Возраст, приписываемый этим наскальным рисункам, вызывает недоумение, потому что 35 тыс. лет назад климатические условия Шотландии сильно отличались от теперешних. Тогда было в разгаре Вюрмское оледенение, распространившееся почти на всю планету. Следствием этого похолодания стало понижение уровня Мирового океана на 100 м и сильные холода в Европе. Ирландия и весь север Великобритании, включая Шотландию, находились под огромным ледяным щитом (или ледовой шапкой), слабое подобие которого сохранилось в нынешней Гренландии. Люди тех времен вряд ли смогли бы оставить в шотландской пещере свои художества, тем более что первые следы человеческого пребывания в тех краях относятся только к мезолиту (10 000-5000 лет до нашей эры).
21 декабря 2093 года межзвездный корабль «Прометей» компании «Вейленд» с экипажем из 17 человек достигает цели своего путешествия. Преодоленное расстояние не составляет секрета: это 3,27 х 1014 км (то есть 327 тыс. млрд км). В такую даль даже свет доберется только за 34,56 года (иначе говоря, расстояние равно 34,56 светового года). Каким образом речь может идти о 2093, а не о 2124 годе? Тем не менее дата прибытия вроде бы соответствует продолжительности полета, о чем андроид Дэвид сообщает командиру корабля Мередиту Викерсу вскоре после его пробуждения: 2 года 4 месяца 18 дней 36 часов (кстати, почему не 19 дней 12 часов?) и 15 минут. Учитывая подготовительный период, между открытием настенных рисунков в Шотландии и прибытием корабля прошло 4 года. Около 35 лет на скорости света и чуть более 2 лет для корабля, который обязан лететь медленнее света, занятно, не правда ли? Как такое может быть?
Перед нами — следствие общей теории относительности, обнародованной в 1905 году Эйнштейном (1879–1955). Предположив, что скорость света одинакова для всех наблюдателей, он показал, что продолжительность, разделяющая два события, зависит от состояния того, кто производит измерение. Чем ближе скорость к скорости света, тем слабее соотношение между длительностями, измеряемыми движущимся и неподвижным наблюдателями. Это явление «растяжения длительности» помогает понять, почему для пассажиров полет длится меньше времени, чем для землян. Согласно вычислениям, это явление ощущается тем отчетливее, чем выше скорость. При 10 % скорости света время, измеряемое путешественниками, почти не отличается от земного: разница составляет всего 0,5 %. Но если набрать 90 % скорости света, то для путешественников пройдет в 2,3 раза меньше времени, а при 99 % — в 7,1 раза меньше!
Предположим, что для достижения своей цели «Прометей» половину времени ускоряется, а другую половину тормозит. Зная, что он преодолел 34,56 световых года за 2,39 года для путешественников, мы можем подсчитать, что ускорение торможения происходило с 4g, то есть с четырехкратным земным тяготением! При таком ускорении то, что пассажиров в буквальном смысле не размазало по стенкам корабля, — чудо из чудес! Вычисления показывают также, что максимальная скорость «Прометея», набранная в середине пути, достигла 99,991 % скорости света. Для земного наблюдателя полет продолжался 35 лет с маленьким хвостиком. На практике это значит, что если бы Шоу не отправилась в конце фильма исследовать планету Инженеров (создавших чудовище, Чужого), то она вернулась бы на Землю лет этак через 70 после своего отлета!
Завершая это рассуждение, отметим, что корабль выглядит легоньким для межзвездного вояжа с такой скоростью. Его размер можно прикинуть, сравнивая с размерами находящихся в нем машин. Высотой не более 30–40 м, он явно маловат для таких задач. Его затмевает Venture Star, корабль из «Аватара» Джеймса Кэмерона (2009), имеющий длину никак не меньше 2000 м. Зато по скорости «Прометей» недосягаем: Venture Star развивает скорость, достигающую «всего» 70 % от скорости света. Оговоримся, что «Прометей» развивает смертельное для экипажа ускорение, a Venture Star достигает своей скорости всего при 1g, что вполне терпимо: это та сила тяжести, при которой мы живем на Земле.
Планета, к которой устремляется «Прометей», называется LV-223. Это не LV-426, на которую сел «Ностромо» в первом «Чужом» (1979). Начнем с того, что обе они, в сущности, не планеты: они вращаются вокруг газового гиганта. LV-426 — один из четырех спутников большой красной планеты, LV-223 — один из двух спутников синего гиганта. В первом «Чужом» LV-426 находится в системе звезды Дзета II Сетки. Звезда Дзета в созвездии Сетки существует: это, в сущности, двойная звезда, астрономы называют ее Дзета I и Дзета II. Обе похожи на наше Солнце, расстояние между ними — 560 млрд км, то есть где-то 21 световой день. Звездный час Дзеты Сетки настал в 1960-х годах, когда супруги-американцы из Нью-Гемпшира, Бетти (1920–2004) и Берни (1922–1969) Хиллы, стали утверждать, что были похищены инопланетянами. Бетти начертила под гипнозом звездную карту, которую некоторые интерпретировали как звездное небо, наблюдаемое с Дзеты Сетки.
В «Прометее» главная звезда системы, в которую пожаловала экспедиция, к сожалению, не названа. Если поверить в цифру преодоленного расстояния — 34,56 световых года, то вряд ли действие может разворачиваться в системе Дзета Сетки, расположенной в 39,4 световых года от нас. Любители предложили любопытную альтернативу: дескать, LV-223 находится в звездной системе Глизе 86, находящейся в 35 световых годах, в направлении созвездия Эридан. Популярности этой гипотезе придало наличие планеты, вращающейся вокруг Глизе 86. Но эту великолепную гипотезу торпедировал сам Ридли Скотт, заявивший в интервью, что действие в «Прометее» разворачивается именно в системе Дзета II Сетки. Вот и разберись во всем этом…
Когда цель совсем близка, ученых корабля созывают на инструктаж, где они наконец-то — давно пора! — узнают о цели путешествия. Питер Вейленд, супербогач, владеющий одноименной компанией, делает шоу, записываемое, оказывается, 22 июня 2091 года, то есть за 42 дня до старта «Прометея», если придерживаться системы временных координат, предложенной андроидом Дэвидом командиру Викерсу. После обычных метафизических вопросов (откуда мы взялись? какова наша цель? что происходит после смерти?) Вейленд передает слово Холлоуэю. Тот прибегает к голографическому проектору, подобию кубика Рубика, демонстрируя египетские, центральноамериканские, шумерские, вавилонские, гавайские, месопотамские развалины, а также те самые рисунки с острова Скай. Всюду изображено одно и то же — небесная структура из шести дисков. Невероятно! Затем Холлоуэй показывает 3D-реконструкцию, которую вставляет в нашу Галактику, к северо-востоку от узнаваемого созвездия Ориона. Как ко всему этому относиться?
Начнем с невероятного: со сходства рисунков, сделанных людьми в разные тысячелетия на разных континентах. Вряд ли наши древние предки сумели бы изобразить созвездия настолько четко, чтобы они были узнаваемыми в разные тысячелетия! Другое дело, если кто-то водил их рукой… Координаты планеты крайне сомнительны: звезды нашей Галактики движутся относительно друг друга, и их положение, наблюдаемое с Земли, меняется, хоть и медленно. Поэтому во времена кроманьонцев созвездия имели далекие от сегодняшних конфигурации. Например, перемещение Дзеты Сетки и Глизе 86 составляет две дуговые секунды в год, или один градус за 1800 лет. Иначе говоря, со времени первых египетских династий эти звезды должны были сдвинуться не менее чем на два градуса, что вчетверо превосходит видимый диаметр Луны. Немало! При таких колебаниях сложно определить расположение звезды, якобы точно указанное древними… Наконец, созвездие Сетки и область созвездия Эридан, где расположена Глизе 86, находятся на огромном угловом расстоянии от созвездия Ориона, служащего ориентиром в реконструкции Холлоуэя. Иными словами, ориентация в пространстве сопряжена, мягко говоря, с трудностями.
Планета, к которой приближается «Прометей», — это газовый гигант с кольцами, сильно напоминающими кольца Сатурна. Цель корабля — LV-223, один из двух спутников планеты. Это ничего вам не напоминает? Смахивает на пару Полифем — Пандора из «Аватара», кольца прилагаются. В обоих случаях планета, наблюдаемая с ее спутника, имеет колоссальные видимые размеры — по меньшей мере в 20 градусов. Получается, спутник обращается довольно близко от своей планеты. Как мы писали в главе о жизни на ледяных планетах, в нашей Солнечной системе юпитерианские приливные силы, воздействующие на Ио, тоже спутник газового гиганта, так его деформируют, что на нем отмечается бурная вулканическая деятельность! Спрашивается, почему ничего похожего не происходит в «Прометее», как, кстати, и в «Аватаре»?
«Прометей» — многофункциональный корабль: после 34 с лишним световых лет полета в космосе на почти что световой скорости он тащится в атмосфере LV-223 со скоростью 100 узлов, или 185 км в час. Во время спуска видны вспышки, плотные облака и высокие горы, одна из которых вздымается на 52 тыс. футов, или на 15,8 км. Такая высота — максимальная, какой в принципе может достигнуть гора на Земле. Этот факт, очень плотная атмосфера и свободное перемещение людей по поверхности планеты наталкивают на вывод, что гравитация, а значит, и размер LV-223 близки к земным. Это подтверждается атмосферным давлением, как будто «нормальным» (эквивалентным земному). Состав атмосферы вроде бы тоже: 71 % азота и 21 % кислорода (против 78 и 21 % на Земле), а также следы аргона. Проблема в том, что при содержании углекислого газа выше 3 % эта атмосфера непригодна для дыхания человека. Смехотворна заявленная температура, 2,724 кельвина (-270 °C). При столь низкой температуре атмосфера должна твердеть и у поверхности превращаться в лед, как на Плутоне! Любопытно, что это значение температуры совпадает с температурой космического высокочастотного фонового излучения — равномерно заполняющего Вселенную реликтового теплового излучения, возникшего в эпоху первичной рекомбинации водорода, примерно 13,7 млрд лет назад, когда материя Вселенной стала проницаемой для света. Люди, отвечавшие в кинематографической команде Ридли Скотта за фактологию, явно схалтурили.
Итак, экипаж высаживается на этой немыслимой планете — к слову, разумнее было бы сперва обследовать ее автоматическими зондами… Люди направляются к темному куполу — он, похоже, искусственного происхождения: под ним температура -12 °C, прохладно, конечно, но уже терпимо, не то что снаружи. При виде текущей жидкости темпераментный геолог по фамилии Файфилд проницательно подмечает, что это не вода, ибо вода при такой температуре замерзла бы. Что же это? Спирт? Сомнительно. Скорее все же вода, только очень соленая, точка замерзания которой гораздо ниже нуля по Цельсию. Как показывают приборы, атмосфера под куполом пригодна для дыхания, а значит, там происходит поглощение избыточного углекислого газа. Холлоуэй, не заботясь о предварительном микробиологическом анализе (никакой уважающий себя ученый и вообще никто из тех, кому дорога жизнь, так не поступил бы], снимает шлем. Это, впрочем, не удивляет, поскольку с самого момента высадки ученые ведут себя как некомпетентные и безответственные шалопаи: ничего заранее не проверяют и рискуют почем зря. И это — элита всех отраслей науки?
На инструктаже по прибытии Холлоуэй и Шоу пускаются в сомнительные объяснения невероятного совпадения — присутствия шести дисков на археологических находках: это, дескать, адресованные людям приглашения (надо же!), оставленные Инженерами, представителями некоего внеземного вида. Мысль, что божества из древних мифов — на самом деле инопланетяне, далеко не нова. Она родилась в XIX веке в богатом воображении Елены Блаватской (1831–1891), основательницы эзотерического течения, теософии. «Теорию древних астронавтов» широко и успешно пропагандировал в 1960-х годах швейцарский писатель Эрих фон Дэникен (род. 1935). Эти сумасбродные воззрения не находят поддержки у серьезных археологов и историков, так как необъяснимые на первый взгляд археологические находки на самом деле имеют совершенно рациональное объяснение. Тем не менее они вызвали к жизни массу фантастики с участием инопланетян-«творцов», стоявших-де за многими ключевыми событиями в истории человечества: у ольмеков в мультипликационном сериале «Загадочные золотые города», в Средние века в комиксах «Торгал», в Египте в кинофильме «Пятый элемент» (Люк Бессон, 1997) и в Перу в «Индиане Джонсе и Королевстве хрустального черепа» (Стивен Спилберг, 2008).
В «Прометее» Ридли Скотт переплетает теорию древних астронавтов с теорией панспермии, вполне научной и серьезной, предполагающей, что первые «кирпичики» жизни (например, аминокислоты) имеют космическое происхождение. Вскоре после появления Земля подверглась астероидной и кометной бомбежке, благо вокруг хватало этих небесных тел, на которых и образовались молекулы. В фильме это «осеменение» — вроде бы дело «рук» древних астронавтов, Инженеров, один из которых жертвует собой ради распространения своих генов. Отметим, что подобный генезис жизни, показанный в самом начале картины, не вполне ясен: Ридли Скотт демонстрирует грандиозные исландские пейзажи, символизирующие «начало времен». Но эта новорожденная Земля вовсе не лишена жизни: на ней видна растительность! Получается, Инженеры посеяли не жизнь вообще, а скорее жизнь животную, даже конкретно человеческую. Собственно, с точки зрения эволюции видов было бы интереснее, если бы Инженеры вмешались в жизнь на Земле на более поздней стадии, где-нибудь в Африке, поработав, например, над австралопитеками.
Кстати, на протяжении всего фильма Ридли Скотт придерживается того взгляда, что эволюция видов — естественный, но подконтрольный Богу процесс. Самопожертвование Инженера, медальон Шоу (больше подходящий монахине, чем ученой), торжество суеверия над разумом, непрерывные духовные искания — все эти религиозные моменты, без сомнения, привлекают верующего американского зрителя, но сопряжены с совершенно ложными представлениями об эволюции (см. главу 9).
Напомним, эволюция видов — не прямая линия, проведенная рукой Бога от бактерий к человеку. Это биологический процесс, состоящий из случайностей и необходимостей, как гласит название знаменитой книги Жака Моно (1910–1976), то есть произвольные мутации, сохранившиеся или нет ввиду их физических, химических, биологических и экологических особенностей. Представление об управляемой Богом эволюции, ведущей к появлению человека, увы, до сих пор весьма распространено под названием «разумного замысла» в США. Это такой же ложный обскурантизм, как и креационизм, только еще более радикальный, отвергающий даже реальность биологической эволюции.
Один лишь биолог Миллберн осмеливается ясно высказаться против гипотезы Шоу и Холлоуэя, коренным образом противоречащей дарвиновской теории эволюции. Ответ Шоу («это вера, которую я выбрала») ярко выражает противоречивость этого персонажа — ученой и верующей, причем вторая слишком часто преобладает над первой, сводя на нет все усилия убедить нас, что Шоу — настоящий ученый (включая и проводимый ею анализ ДНК).
Теперь займемся биологией многочисленных инопланетян из фильма. Раздадим всем сестрам по серьгам: начнем с Инженеров. Они слишком похожи на людей. Тенденция к антропоцентризму остается характерной для научной фантастики, хоть и предпринимаются попытки от него отойти, как, например, в «Прибытии» Дени Вильнёва (2016) (см. главу 10). «Прометея» Ридли Скотта извиняет то, что, как показывает Шоу, у нас с этими белыми лысыми здоровяками одна ДНК. Но тогда позволительно спросить, почему мы, «братский» вид, не вполне им идентичны? В первой экскурсии под купол Шоу добыла череп Инженера, умершего более 2000 лет назад. За это время голова не высохла, не мумифицировалась, не разложилась — она в прекрасной сохранности. Шоу приступает к ее сканированию. Почему-то ее изумляет, что она не видит даже следа мозга. Шоу не только биолог, но, оказывается, еще и археолог; она и ее коллега Форд вводят зонд в область, называющуюся у нас locus coeruleus, — участок, отвечающий за эмоции, сны и мышечную деятельность. Зритель должен поверить в сохранность нервной системы Инженера! От сильного удара током голова взрывается, и что же мы видим? Неаппетитную зеленую жижу. Возникает желание подарить Ридли Скотту на день рождения учебник анатомии.
Второй инопланетянин, встречающийся в фильме, остается почти незамеченным. Это тысяченожка, пробегающая под ногами у андроида Дэвида, когда тот копает каменистую почву под куполом, там, где лежат кувшины. Об этой твари мало что можно сказать, кроме того, что она наводит на мысль о малоприятных существах, начав нагонять на зрителя страх.
Третье внеземное существо похоже на миногу, оно живет в стоячей воде, в том же самом зале с кувшинами. Встреча с ним Файфилда и Миллберна совершенно сюрреалистична. Во-первых, непонятно, что эти два клоуна вообще там делают. Они дожидаются, пока утихнет буря, ровно в том месте, откуда в панике сбежали полчаса назад. Похоже, они заблудились, хотя Файфилд ведет картографическую съемку в формате 3D внутри купола. Потом, когда тварь угрожающе появляется перед Миллберном, тот проявляет намерение с ней подружиться! Он сообщает о ней по рации нечто немыслимое: «Перед нами создание удлиненной формы, с виду рептилия, сантиметров восьмидесяти, кожа прозрачная (…) Это самка. Это личинка». Во-первых, почему ученый использует ненаучное слово «создание»? Во-вторых, с чего он взял, что перед ним самка, при отсутствии каких-либо половых признаков? Наконец, как он сумел распознать стадию развития существа?
Приглядимся к объекту: его обращенная к жертве головная часть состоит из двух половинок, разделенных вертикальной щелью в обрамлении «губ». Если здесь есть что-то сексуальное, то очень человеческое и вульгарное: в наличии и эрегированный фаллос, и вульва. Угадывается рука художника Ханса Руди Гигера (1940–2014), первым придумавшего монстра «Чужого» с головой в форме фаллоса. Опасная «минога» кидается на Миллберна и обвивается вокруг его руки. На стоп-кадре под прозрачной кожей видны продольные прерывистые борозды и поры, как у миног и угрей, бесчелюстных рыб. Подкожные борозды наводят на мысль о нервном волокне позвоночных (имеется у рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих). Что касается линий пор, то они похожи на боковую линию — систему обнаружения движений в воде, развитую у рыб и амфибий. Далее чудище делает то же, что его прототип в «Чужом», — насильно проникает жертве в рот. Снова-здорово? Здравствуй, лицехват? Не похоже, потому что тварь покидает труп Миллберна попросту по желудочно-кишечному тракту, вместо того чтобы пробить ему грудину, как поступал до боли знакомый нам лицехват. Есть из-за чего огорчиться, тем более что тварь даже не удосуживается броситься в лицо следующей жертве…
Что представляет собой эта «псевдоминога»: совершенно отдельный вид или просто ответвление в развитии Чужого? Ксенобиологи на эту тему помалкивают. Последняя странность: кровь твари оказывает корродирующее действие — это классика «Чужих», — а также мутагенна. Как только у Файфилда растворяется шлем, беднягу орошает этой кровью, отчего он сам превращается в злокозненного агрессивного мутанта (при этом не меняясь внешне).
Но вернемся, собственно, к Чужому. Все начинается с черной жижи, сочащейся из кувшинов в зале под куполом. При ее попадании в человеческий организм там заводится подобие шистосомы (червяк, вылезающий из глаза Холлоуэя, сознательно зараженного Дэвидом), а также опасный вирус, передающийся половым путем! Шоу убеждается в этом, когда выясняет, что беременна (хотя и бесплодна) «нестандартным плодом», как холодно сообщает ей все тот же Дэвид. Скоростью развития этот плод может состязаться с уже знакомой нам «миногой»; Шоу вынуждена прервать процесс вынашивания в душераздирающей сцене аборта способом кесарева сечения. Наружу вырывается вторая стадия — что-то вроде осьминога с четырьмя щупальцами, быстро вырастающего без всякой пищи, попросту чудом, в мегаспрута, исполинского Ктулху уже с шестью щупальцами (два отросли сами по себе). Интересна сцена, когда спрут-ктулхоид ловит Инженера и залезает в него через рот: на его брюхе имеются шесть ромбовидных клапанов, раскрывающихся, как цветы, и превращающихся в круглые отверстия — похоже, ороговевшие, как ротовые отверстия кораллов. Эти дыры оказываются преддверием зубастой овальной пасти с двумя челюстями, приблизительно как у плотоядного растения под названием венерина мухоловка. Из периферийных клапанов выбрасываются тонкие гибкие щупальца, зажимающие голову жертвы и позволяющие толстому центральному щупальцу проникнуть ей в рот. Псевдо-Ктулху оказывается все же гигантским лицехватом, новой стадией развития Чужого. Можно облегченно перевести дух. Правда, эти многочисленные промежуточные стадии делают размеры Чужого, раньше казавшиеся логичными, чем-то слишком сложным и несвязным. Лучше бы Ридли Скотт остался верен первоначальному «членистоногому» лицехвату, а не превращал его в невероятного мегаспрута.
Финальная сцена, призванная перебросить мостик к зарождению Чужого, тоже, как и весь фильм, удручает: из зараженного и продырявленного гигантским лицехватом трупа Инженера вылезает дряблый и липкий «пробиватель грудины», что-то вроде синюшного Чужого, но почему-то одного размера с «хозяином»… Не нелепость ли? К тому же у этого псевдо-Чужого не шесть пальцев, как у оригинала, а только четыре. Где его голова? Она отсутствует. Ужасное разочарование! Как будто опомнившись, Ридли Скотт все же демонстрирует тварь во всей красе (куда делись спинные сопла?), с разинутой пастью, с сильно выдвинутой челюстью, как будто кричащую: «Я — Чужой!» Поздно, не верим! Этот «Чужой», со скрипом возрожденный своим создателем-режиссером, получился самым неказистым существом во всем фильме. Излишне говорить, что фанаты, которых мы представляем, так и не дождались объяснения генезиса этого чудовища… Подобно Инженерам, вздумавшим расправиться со своими игрушками-людьми, Ридли Скотт погубил собственный миф, Чужого. К счастью, во втором своем приквеле, «Чужой. Завет» (2017), режиссер исправил ошибку, но это уже другая история…
• Видеоролик о компьютерной технике создания LV-223 и корабля: www.youtube.com/watch?v=CLOWVYRe96o и https://www.youtube.com/watch?v=BumNl-a449g (видео не доступно).
• Пародия на «Прометея»: http://www.youtube.com/watch?v=yFYmv6t_Xyg.
• Археолог ясно и четко доказывает беспочвенность теории о древних астронавтах: Quellec J.-L. Des martiens au Sahara: Chroniques d'archeologie romantique («Марсиане в Сахаре: хроники романтической археологии»), Actes Sud, 2009.