Мир глазами геолога

Глава 1. Земля и Вселенная

Случалось ли тебе, дорогой читатель, в ясную звездную ночь пообщаться с Вселенной? Если ты находишься в удобной городской квартире, то не спеши на балкон. Сквозь смутный свет уличного освещения и шум транспорта ничего не увидишь, ничего не услышишь. Общение с Вселенной требует интимной обстановки. В теплую безлунную ночь выйди в открытое поле или на поляну в лесу, расположись поудобнее на душистой траве и взгляни на небосвод. На фоне черной бездны мерцают звезды. Бесконечная бездна, бесконечная Вселенная. Как трудно человеку представить себе ее бесконечность. Все, что окружает его, имеет начало, имеет конец. А здесь?. Нет начала, нет конца. Мы стараемся всмотреться и вслушаться в Бесконечность и в Вечность. Если отвлечься от земных шорохов, то можно услышать тишину — абсолютную тишину.

Тишина.

Но как обманчива эта тишина. В ней рождаются и погибают миры! Но до нас грохот этих событий не доходит. Он и не может дойти. В космосе отсутствует упругая среда, способная передавать звуки. Поэтому грандиозные звуки во Вселенной происходят в полной тишине без возмущения покоя в других ее частях. Впрочем это не совсем так. Мощные радиотелескопы, расположенные на Земле, улавливают поступление радиосигналов из различных уголков Вселенной. Впервые космическое радиоизлучение было обнаружено американским ученым К. Янским в 1932 г. Высказывалось предположение, что это радиосигналы, посланные другой цивилизацией, быть может, давно исчезнувшей. Однако по расчетам ученых вероятность существования во Вселенной другой цивилизации близка к нулю. Человечество, по-видимому, одиноко, а космические радиосигналы имеют более прозаическое происхождение. В настоящее время исследованы радиоизлучения Солнца, Луны, Венеры, Юпитера и других небесных тел. Кроме того, во Вселенной обнаружено несколько тысяч источников радиоизлучения.

В марте 1987 г. астрономам удалось наблюдать редчайшее явление — рождение новой звезды. На фотопленках был найден слабосветящийся объект в одной из ближайшей к нам галактик «Большое Магелланово Облако». Предполагалось, что свечение принадлежит голубому сверхгиганту с массой, превышающей массу Солнца, по крайней мере, в 20 раз. И вот на месте этого объекта 17 марта зарегистрирована яркая вспышка — взрыв сверхновой звезды. Взрыв произошел не менее 180 тыс. лет тому назад — именно столько лет нес нам свет эту информацию. Ученые зафиксировали мощный поток нейтрино из-за пределов Солнечной системы и нашей Галактики. Одновременно была поймана первая гравитационная волна, пришедшая из глубины Вселенной. Впервые исследователям удалось наблюдать весь процесс: до вспышки — вспышка — после вспышки.

Бесчисленное количество мерцающих звезд открывается нашему взгляду на небесном своде. Сколько же их? Невооруженным глазом одновременно в северном полушарии можно видеть примерно 2500 звезд. Всего же в обоих полушариях видно около 6000 звезд, сосредоточенных, главным образом, в Млечном пути. Звезды группируются в системы — галактики. Одна из них — наша Галактика, в которой насчитывается несколько сотен миллиардов звезд. Уже обнаружены многие миллионы других галактик по размерам как больше, так и меньше нашей.

Трудно себе даже представить размеры Галактики. Если бы в нашем распоряжении оказалась ракета, летающая со скоростью света (300 000 км/с), то для путешествия от края до края нашей Галактики потребовалось бы 80 тыс. лет. А для того, чтобы пересечь только видимую часть Вселенной, необходимо было бы затратить миллиарды лет.

Много веков тому назад, вероятно, так же как и мы сейчас, наблюдая за медленным движением небосвода с востока на запад, Аристотель (IV в. до н. э.) создал свою геоцентрическую систему мира. Земля, по его представлениям, неподвижно покоится в центре мира, а все небесные светила движутся вокруг нее. Около 2 000 лет потребовалось человечеству, чтобы осознать наблюдаемый «факт» вращения всех светил вокруг Земли. В 1543 г. Николай Коперник опубликовал книгу «Об обращениях небесных сфер», в которой доказал, что Земля вращается вокруг своей оси и вместе с другими планетами вокруг Солнца. Учение Н. Коперника явилось первым сокрушительным ударом по идеям «непогрешимой святой» церкви.

О каком центре мира можно говорить, если Вселенная бесконечна? Все звезды и галактики находятся в движении. Но куда они движутся? В 1842 г. австрийский ученый К. Доплер установил изменение частоты волн при движении источника или приемника волн. При их сближении наблюдается повышение частоты, при удалении — понижение. Читатель, наверное, сам наблюдал это явление неоднократно для звуковых волн. Для человека, сидящего в поезде, гудок паровоза (или сигнал электрички) звучит в одном тоне. Для человека, стоящего на платформе, гудок приближающегося паровоза с более высоких тонов переходит на более низкие после прохождения. В световом спектре то же явление отражается в смещении спектральных линий в фиолетовую сторону при сближении наблюдателя и источника света и в красную сторону — при удалении. В 1900 г. русский астроном А. А. Белопольский впервые использовал эффект Доплера для изучения звезд. Оказалось, что спектральные линии звезд смещены в красную сторону. Значит, звезды удаляются. Но тогда можно предположить, что Вселенная расширяется. Так и думают многие ученые, во всяком случае, по отношению к видимой нами части Вселенной. Научное обоснование этой гипотезы приведено в трудах академика Р. З. Сагдеева.

К каким последствиям может привести расширение Вселенной? Ответить на этот вопрос строго научно пока трудно, не так уж много мы знаем. Если предположить, что возраст видимой нами расширяющейся Вселенной порядка 10–15 млрд лет (для такого предположения есть основания) и что Вселенная расширяется неограниченно, то можно прийти к несколько неожиданным довольно пессимистическим выводам. Видимо, все наблюдаемые солнца погаснут. Наше Солнце закончит свою активную эволюцию через несколько миллиардов лет и превратится в белый карлик размером с Землю, который будет постепенно остывать. Звезды массивнее Солнца проживут еще меньше и в зависимости от массы в конце концов превратятся либо в нейтронные звезды, либо в черные дыры — плотные образования во Вселенной, у которых гравитационное поле настолько сильное, что даже лучи света, попав в него, не могут уже отразиться. Вследствие отсутствия отражения черная дыра наблюдателю так и представляется черным пятном. Спустя 10³² лет все ядерное вещество полностью распадется, звезды и планеты превратятся в фотоны и нейтрино. К возрасту Вселенной 10¹⁰⁰ лет в мире останутся практически только электроны и позитроны, рассеянные в пространстве с ничтожной плотностью. Все это возможно, если… и еще раз если. Но могут быть и другие если, которые по расчету приведут уже к сжимающейся Вселенной.

Наше Солнце движется вокруг центра Галактики со скоростью примерно 250 км/с, совершая полный оборот за 200 млн лет. Земля мчится по своей орбите вокруг Солнца со скоростью 30 км/с. Находясь в лесу, на поляне, мы лишь догадываемся о вращении Земли вокруг своей оси с запада на восток, наблюдая за медленным движением небосвода в обратном направлении. Мы совершенно не замечаем ни скорости движения Земли вокруг Солнца, ни стремительного бега вместе с Солнцем вокруг центра Галактики. Смена времени суток определяется обращением Земли вокруг своей оси, а смена времени года — вращением Земли вокруг Солнца. Но если мы не замечаем этих движений непосредственно, то нельзя ли наблюдать какие-либо следствия этих движений на Земле?

Французский ученый Г. Кориолис в 1835 г. установил воздействие на движущиеся тела дополнительной силы, возникающей вследствие центробежной силы вращения Земли. Эти силы, названные именем ученого (силы Кориолиса), искривляют траекторию движущихся тел. Максимально они проявляются на экваторе, а на полюсах равны нулю. Под действием сил Кориолиса реки северного полушария подмывают правые берега и стремятся обойти встречаемые препятствия с правой стороны. Реки южного полушария отклоняются влево. Это же правило распространяется на морские течения. Точно так же ведут себя воздушные массы: в северном полушарии ветры отклоняются вправо, в южном — влево. Движущиеся массы воды и воздуха служат основными факторами, видоизменяющими поверхность Земли. Они в значительной степени влияют на рельеф, стремясь его сгладить, определяют характер и скорость накопления осадков. Таким образом, вращение Земли вокруг своей оси лежит в основе многих геологических явлений.

Смена времен года также существенно сказывается на действии геологических факторов на поверхности Земли. Иногда смена времен года отчетливо фиксируется в молодых осадках озер и болот. Особенно заметны сезонные колебания в ленточных глинах, образующихся в предледниковых озерах. В таких осадках темные глинистые прослойки (ленты) чередуются со светлыми прослойками песчанистых глин. Летом при интенсивном таянии ледника в озеро сносится более грубообломочный материал — образуются светлые прослойки. Зимой, когда таяние ледника прекращается или сильно сокращается, на дне озера оседают тонко отмученные частицы и органическое вещество — возникают темные ленты. В сумме получается некоторое подобие годовых колец на срезе ствола дерева. Так же, как по годовым кольцам на дереве, здесь можно сосчитать время накопления толщи и даже высказать суждение о климате по характеру и толщине прослоев.

К сожалению, в горных породах, образовавшихся из осадков, проследить сезонную или годовую ритмичность чаще всего не представляется возможным. Основная масса осадочных пород сформировалась из отложений, накопившихся на дне морей и океанов. Прежде чем тот или иной слой оказывался погребенным под другими, более молодыми отложениями, он неоднократно перемывался и переоткладывался. В результате скорость накопления осадков очень мала. Подсчитано, что в среднем она составляет всего единицы — первые сотни миллиметров за тысячу лет. Обычно в осадочных породах фиксируются лишь более длительные по времени и обширные по площади геологические явления, приводящие иногда к накоплению мощных многокилометровых осадочных толщ.

Внешний облик нашей планеты непрерывно меняется. В геологическом времени возникают и исчезают горы, целые континенты то поднимаются, то погружаются под воды океана, непрерывно изменяются глубины и очертания морей и океанов, климат и т. д. Все эти явления находят свое отражение в осадочной толще. Крупнейший советский ученый академик Н. М. Страхов показал стадийность образования осадочных пород на общем фоне направленности и необратимости этого процесса. В геологической истории Земли установлена разного порядка цикличность изменения климата, движений земной коры (тектонических движений), магнитного поля Земли и т. п. Не могут ли быть связаны некоторые из этих повторяющихся явлений с движением Солнечной системы в Галактике — с галактическим годом?

Некоторые ученые отвечают на этот вопрос утвердительно: С. П. Максимов, Н. Я. Кунин, Н. М. Сардонников цикличность изменений обстановки в Солнечной системе в первую очередь связывают с галактическим годом. По их мнению, периодичность внешних по отношению к Земле систем должна оказывать воздействие на внешние оболочки Земли, условия их существования и развития. Влияние галактического года и контролируемая им цикличность наиболее отчетливо проявляются в колебаниях планетарного климата, в режиме геомагнитного поля, а также в развитии органического мира. Большинство ученых образование угля, нефти и природного газа связывают с органическим миром, поэтому и циклическое их распространение в земной коре также может быть обусловлено движением Солнца вокруг центра Галактики.

Солнце состоит в основном (более 90 % массы) из водорода и гелия, широко распространенных на Земле. В космических телах не всегда обнаруживают элементы уже известные на нашей планете. Бывает и наоборот: элемент, обнаруженный в космическом теле, затем находят на Земле. В 1868 г. астрономы Ж. Жансен (Франция) и Н. Локьер (Англия) обнаружили в солнечном спектре ярко-желтую линию неизвестного элемента. Элемент был назван гелием — солнечным, от греческого слова «гелиос» — солнце. Лишь в 1895 г. У. Рамзай (Англия) выделил гелий из минерала клевеита. В центральной части Солнце имеет температуру около 20 млн градусов. Таких температур на Земле пока не удалось получить даже при ядерных взрывах. Солнце излучает в пространство огромное количество энергии. Менее чем две миллиардных доли этой энергии попадает на Землю, оказывая на нее огромное влияние. Сама жизнь на планете, в частности многие геологические процессы, наблюдаемые на поверхности Земли, обязана своим существованием энергии Солнца. Солнечная активность во времени не одинакова. Существует цикличность в ее проявлении, составляющая в среднем 11 лет.

Периодическая активность — «вспышки» — сопровождаются развитием протуберанцев. На солнечном диске они проявляются в виде черных пятен. Как мы видим, «и на Солнце есть пятна». Только эти пятна — протуберанцы — состоят из облаков раскаленного газа, по размерам во много раз превосходящим нашу планету. Солнечные вспышки на Земле проявляются магнитными бурями, полярными сияниями, приводят к перебоям работы радио- и электронной аппаратуры и, наконец, заметно влияют на человеческий организм. С этой цикличностью связаны также временные изменения климата. Отмечаются и более длительные циклы изменения солнечной активности — в среднем около 80 лет. На климат Земли, возможно, оказывает влияние и галактический год (250–300 млн лет).

Какое оно, наше Солнце, большое или маленькое? Трудно ответить на этот вопрос. Диаметр Солнца приблизительно равен 1400 тыс. км, примерно в 110 раз больше диаметра Земли (по экватору). Это выглядит, очевидно, как футбольный мяч на фоне десятиэтажного здания. Масса же Солнца в 332 тыс. раз больше массы Земли. Великан и букашка. С другой стороны, если бы к нам в руки попала фотография нашей Галактики, снятая с другой галактики, то мы вряд ли бы отыскали на ней среди миллиардов других звезд крошечное светлое пятнышко, соответствующее звезде желтого карлика, которым является наше Солнце.

Любуясь ночным небом, можно заметить, что размеры звезд и яркость их свечения неодинаковы. Мир звезд очень разнообразен. Есть звезды в миллиарды раз по объему больше Солнца (звезды-гиганты) и в десятки миллионов раз меньше Солнца (звезды-карлики), Одни излучают света в десятки тысяч раз больше Солнца, другие — в десятки тысяч раз меньше. Причиной свечения звезд является ядерная энергия превращения водорода в гелий. Таким образом, по современным представлениям, водород служит основным энергетическим источником во Вселенной.

У нас на Земле мы привыкли сравнивать плотность веществ (отношение массы тела к его объему) с плотностью воды. Плотность некоторых звезд-гигантов в сотни тысяч раз меньше плотности воды, а некоторых белых карликов — в сотни тысяч раз больше. Для сравнения напомним, что плотность воздуха примерно в тысячу раз меньше, а плотность золота всего в 20 раз больше плотности воды.

В межзвездном пространстве находится рассеянная пыль и очень разреженные газы. Размер пылинок невелик, порядка стотысячных долей сантиметра. Плотность газов также очень мала, на 1 см³ приходится всего несколько атомов. В галактических туманностях плотность возрастает до 10–20 атомов на 1 см³. Среди газов первое место занимает водород, затем гелий. Кроме того, в ничтожных количествах встречены некоторые простейшие химические соединения в виде заряженных частиц — ионов. Прежде всего были открыты CN, СН, ОН, затем NH₃, Н₂СО, HC₂N, далее найдены обрывки линейных молекул с шестью, семью и девятью атомами углерода, а также молекулы воды п сероводорода. К 1980 г. было обнаружено более 50 видов различных молекул.

В космосе существуют и другие частицы из микромира. Они настолько малы, что познать их чрезвычайно трудно. Так, еще 50 лет тому назад было предсказано существование нейтрино. Эту электрически нейтральную элементарную частицу поймать и исследовать кажется просто невозможно. Нейтрино мчатся в космосе со скоростью, близкой к скорости света. Благодаря большой скорости и огромной энергии эти частицы обладают удивительной проникающей способностью и буквально пронизывают всю Вселенную. Предполагалось, что масса их равна нулю. Однако советские ученые В. Любимов, Е. Новиков, В. Нозик и Е. Третьяков установили возможность движения этих частиц с различной скоростью. Соответственно нейтрино имеют некоторую, хотя и весьма незначительную массу. Возможно существование во Вселенной и других элементарных частиц, о которых нам пока ничего не известно.

Если во Вселенной основным источником энергии является водород, то на Земле в качестве источника энергии человечество использует главным образом углерод и различные его соединения. Несмотря на стремление во всех странах развивать использование других источников энергии (атомной, гидро (реки), солнечной, ветра, приливов и т. д.), доля угля, нефти и природного газа вместе взятых все еще превышает 85 % в общем энергетическом балансе.

Растительное происхождение торфа и угля сейчас вряд ли у кого вызывает сомнение. А вот в происхождении нефти и природного газа ученые все еще сомневаются. Большинство считает, что нефть и природный газ органического происхождения. Но все же, если соединения углерода встречаются в космосе, не могут ли углеводороды (основной компонент нефти и природного газа) иметь космическое происхождение?

Именно такую гипотезу высказал в 1958 г. академик АН УССР, профессор В. Б. Порфирьев со ссылкой на американского астронома Ф. Хойля. Согласно с этими представлениями, нефть является такой же первозданной космической субстанцией, как железо, силикаты, вода, водород, металл и др. По мнению В. Б. Порфирьева, первоначально частицы космической пыли должны были создать первичные агрегаты, склеивающим веществом которых могли оказаться углеводороды, их, по мнению этого автора, в космосе Солнечной системы имеется колоссальное количество.

При достижении определенного объема начинается разогрев планеты под действием радиоактивного распада и тепловой энергии раздавливания. Образуется система, похожая на губку. Скелетная часть ее сложена силикатными породами, а поровое пространство занято расплавленным железом и легкими флюидами. В этой системе идет перераспределение вещества. Железо, находящееся в расплавленном состоянии, опускается в центр и образует ядро. Легкие жидкости, в том числе вода и нефть, выжимаются на поверхность. Для внутренних планет — Меркурий, Венера, Земля и Марс — количество первозданных нефтяных углеводородов, а попросту говоря, жидкой нефти, вошедших в состав планет, соизмеримо с количеством воды. Судьба нефтяных углеводородов на поверхностях упомянутых планет была различной. Флюиды разложились на горячей поверхности близкого к Солнцу Меркурия и рассеялись в мировом пространстве. На Земле крайне неустойчивая к окислению и действию ультрафиолетового излучения Солнца в присутствии воды нефтяная субстанция также разложилась и исчезла бесследно. Только жалкие остатки ее уцелели в породах современных нефтяных месторождений. Иная судьба постигла нефть на поверхности Венеры. Здесь ее было больше, чем воды, и в извечной борьбе между водой и нефтью победила последняя. Теперь на поверхности Венеры бушует океан жидкой нефти, а густые облака, окутывающие планету сплошным покровом, состоят из мельчайших капелек жидких углеводородов, дисперсированных в углеводородных газах и СО₂.

Не правда ли, увлекательно? Только вот с доказательствами слабовато. В наш космический век химический состав межпланетного пространства изучен неплохо. Как упоминалось, обнаружено более 50 различных химических соединений в невероятно низких концентрациях, вот только жидких углеводородов нет и следа. Но уж если на Венере «бушует океан жидкой нефти», то отправимся туда.

Мы увлеклись беседой о Вселенной. Между тем небосвод продолжает свой бесконечный круговорот. Близится рассвет. Поверни голову, читатель, и посмотри на восток. Там, невысоко над горизонтом, ровным сиянием горит яркая звезда. Нет, это не звезда, это планета Венера сверкает отраженным солнечным светом. После Солнца и Луны это самое яркое светило на небосводе. Что же мы знаем о ней, об этой красавице?

В 1761 г. Солнце, Венера и Земля оказались на одной прямой линии. Для земного наблюдателя Венера проходила через диск Солнца. Сотни ученых наблюдали это явление в изобретенные к тому времени зрительные трубы. Наблюдал его и русский академик Михайло Ломоносов. Зрительной трубы у него не было, и, задрав голову, смотрел он на Солнце через простое закоптелое стеклышко. Но именно он увидел то, что не дано было увидеть другим: обнаружил у Венеры весьма протяженную атмосферу. Диаметр Венеры — 12 100 км, чуть меньше земного (0,97 от земного), масса — 0,95 массы Земли, средняя плотность — 4,86 г/см³. Венера вращается вокруг Солнца почти по круговой орбите, делая полный оборот примерно за 225 суток. Продолжительность суток близка к 24-часовым земным суткам. Вращение Венеры вокруг своей оси происходит в сторону, противоположную вращению остальных планет.

С помощью космических аппаратов человеку удалось не только изучить атмосферу Венеры, но и получить фотографии ее поверхности. До высоты 90–100 км атмосфера представлена углекислотой (97 %), азотом (2,5 %), ничтожными количествами Н₂О, SO₂, СО и некоторых других соединений. В атмосфере Венеры также обнаружен инертный газ аргон (Аr). Вот только углеводороды до сих пор не найдены. Облака Венеры, образующие сплошной покров на высоте 68–48 км, состоят из жидких аэрозолей. Размер капелек в 5 раз меньше, чем в земных кучевых облаках. Советские ученые Л. В. Ксанфомалити, М. Я. Марков, А. Д. Кузьмин предполагают наличие капелек серной кислоты в верхних слоях облаков и солей соляной кислоты в средних и нижних слоях.

Станции «Венера-9, -10, -13, -14» передали на Землю панорамное изображение поверхности планеты. В районе посадки станций поверхность сложена почти горизонтальными слоями пород в виде многочисленных ступеней-уступов высотой от 1–2 до 5–10 см. Обнаружены обширные впадины глубиной 2–3 км и горные гряды высотой 3–8 км.

Горные районы, которые обычно именуют «материками», занимают примерно 8 % исследованной площади. Самый высокий горный массив высотой 8 км и более называется горами Максвелла и находится в северном полушарии. На равнинах обнаружены многочисленные кольцевые структуры-кратеры (диаметром до 600 км), окруженные по периферии асимметричным валом. Внутренний склон вала обычно круче внешнего. Днище кратера плоское, иногда холмистое, осложненное трещинами и изредка центральными горками. Возможно двоякое происхождение структур — метеоритное и вулканическое. Кольцевые структуры, образовавшиеся вследствие бомбардировки поверхности планеты, называют ударными или астроблемами (в переводе с греческого — звездная рана). Действующих вулканов на Венере пока не установлено, хотя по составу атмосферы их существование весьма вероятно.

В горах зарегистрирована наивысшая отметка в 11,8 км над средним уровнем планеты. Обнаружена система трещин, протягивающаяся в широтном направлении на расстояние свыше 20 тыс. км. Система трещин очень напоминает земные рифты. Рифты — это щелевидная или ровообразная структура, образованная системой разрывов земной коры. Их ширина колеблется от 5 до 400 км и более, протяжение часто более 1 тыс. км. К одному из таких рифтов приурочено Красное море.

Станции «Венера-8, -9, -10, -13, -14» определили химический состав горных пород. Горные районы, по данным К. П. Флоренского, по содержанию естественных радиоактивных элементов соответствуют земным базальтам (базальты — темная вулканическая порода). Холмистые равнины сложены вулканическими породами щелочной серии. Сейсмодатчик станции «Венера-14» зарегистрировал два землетрясения (может быть, правильней сказать — венеротрясения), связанных, по-видимому, с сейсмической активностью этих областей. Давление на поверхности планеты порядка 100 атмосфер, а температура 475 °C, что намного выше критических температур многих углеводородов и воды (375 °C). Никаких океанов и морей не только нефти, но и воды на Венере нет.

Ближайшая к Солнцу планета Меркурий. Она названа так в честь древнеримского бога, покровителя купцов и путешественников. В принятой в древности схеме отождествления некоторых небесных светил с днями недели Меркурий означает среду. Соответствие других светил дням недели следующее:

Солнце — воскресенье

Луна — понедельник

Марс — вторник

Меркурий — среда

Юпитер — четверг

Венера — пятница

Сатурн — суббота.

Вряд ли нам удастся с тобой, дорогой читатель, увидеть на ночном небе Меркурий. Его расстояние от Солнца по орбите изменяется от 46 до 70 млн км, поэтому на небе он всегда близок к Солнцу и скрывается в его ослепительных лучах. Меркурий можно видеть лишь иногда на утренней или вечерней заре в виде маленькой, но довольно яркой желтоватой звездочки. Диаметр планеты 4865 км (0,38 диаметра Земли), масса составляет всего 0,055 массы Земли. Меркурийский год равен без малого 88 земным суткам, а сутки равны 58 земных суток. Вопрос о существовании атмосферы у Меркурия долгое время оставался спорным. Лишь в 1973 г. советским исследователем Н. А. Козыревым было доказано ее наличие.

29 марта 1974 г. американский аппарат «Маринер-10» пролетел вблизи Меркурия и передал на Землю информацию об атмосфере планеты. Атмосфера планеты очень разреженная и состоит из аргона, неона и гелия с примесью водорода. Температура на дневной поверхности +510 °C, а на ночной –185 °C. На полученных фотоснимках отчетливо видны особенности строения поверхности, которая удивительно напоминает поверхность нашей ближайшей соседки Луны. Видны обширные темные области, похожие на «лунные моря», многочисленные кратеры диаметром от 800 м до 120 км. На Меркурии нет условий, благоприятных для сохранения воды и тем более жидких углеводородов. Но если нет таких благоприятных условий на планетах, расположенных от Земли ближе к Солнцу, то, может быть, они существуют на планетах, находящихся от Солнца дальше, чем Земля? Ближайшая к нам в этом направлении планета — Марс.

Всмотритесь в ночное небо. Большинство звезд имеет голубоватое или белесое мерцание. Но вот среди них заметна светящаяся ровным красноватым цветом немерцающая звездочка средних размеров. Это и есть Марс. Видимо, красноватый оттенок свечения планеты позволил древним римлянам отождествлять ее с грозным богом войны — Марсом. По диаметру эта планета в 2 раза, а по площади в 10 раз меньше Земли. Марсианский год длится около двух земных лет (1,88 года), а марсианские сутки почти равны земным (23 ч 31 мин). Марс относительно хорошо изучен. Первый полет совершила в 1962 г. советская межпланетная научная станция «Марс-1». Затем были запущены еще многочисленные станции, некоторые из них со спускаемыми на поверхность планеты аппаратами (например, «Марс-6»). На полюсах планеты наблюдаются белые пятна — «полярные шапки». Размер шапок меняется по временам года. «Полярные шапки» состоят из льда и пыли. В отличие от Венеры и Меркурия температуры на поверхности Марса низкие — в среднем –60 °C. В полярных областях зимой температура опускается до –140 °C, а на экваторе в полдень поднимается до + 15– +30 °C. Атмосферное давление у поверхности Марса близко к земному. Атмосфера планеты состоит в основном из углекислого газа до 96 % и аргона. Кроме того, обнаружены следы водяного пара и кислорода. Содержание кислорода всего 0,3 % (в земной атмосфере — 21 %). Но наличие кислорода имеет принципиальное значение. Основным поставщиком кислорода в атмосферу Земли является растительность. Так, может быть, на Марсе есть жизнь хотя бы в виде растительности? Спускаемые на поверхность Марса научные аппараты никаких признаков жизни, даже бактериальной, не обнаружили. Поэтому наличие кислорода в атмосфере планеты пока остается загадкой.

Изображения поверхности Марса оказались удивительно похожими на изображения поверхности Луны и Меркурия. Поверхность Марса неровная, гористая. Обнаружены горные цепи высотой в несколько километров, обилие кратеров, похожих на лунные. Судя по полученным фотографиям, одни кратеры имеют вулканическое происхождение, другие — метеорное (ударные структуры). Зафиксированы и небольшие пустынные сравнительно ровные районы. Есть все основания предполагать, что формирование рельефа Марса происходило при активных подвижках его коры — у нас на Земле мы сказали бы о тектонических движениях, сопровождавшихся весьма интенсивным вулканизмом. Прямолинейные борозды длиной до 200–300 и шириной 3–5 км, вероятно, представляют собой следы разрывных нарушений в коре планеты, столь обычные при активных тектонических подвижках.

Марсу принадлежат два крошечных спутника — Фобос («Страх») и Деймос («Ужас»), имеющих вид глыб неправильной формы поперечником всего около 20 км. Их поверхность примечательна тем, что на ней развиты многочисленные кратеры метеоритного происхождения. Марсом заканчивается земная группа планет, небольших по размеру и сходных с Землей.

Путешествуя по просторам Вселенной, мы забыли о нашей ближайшей соседке Луне. Луна (Селена — в греческой мифологии) — одна из самых «вежливых» планет на свете. Она всегда обращена «лицом» к Земле (богине Гее), «стыдясь» показать ей свою обратную сторону. Происходит это вследствие того, что вращение Луны вокруг оси точно равно звездному месяцу. А сколько раз мы любовались изменением лика Луны — ее превращениями от круглого светящегося диска до тонкого серпа. Как часто поэты всех времен обращали свои взгляды к Луне. Помните у А. С. Пушкина?

Луна светит лишь отраженным светом. В зависимости от расположения Луны по отношению к Земле и Солнцу меняются очертания ее видимой части — фазы Луны. Фазы повторяются в строгой очередности с периодом 29,53 сут — лунный или синодический месяц. Во многих древних культурах именно лунный месяц использовали для деления года на месяцы. Продолжительность лунного года равна 12 месяцам — в среднем 354,347 сут, в то время как продолжительность календарного года (григорианского — ныне наиболее широко употребляемого) в среднем 365,2425 сут. С этим обстоятельством и связано появление високосных годов с лишним днем в феврале. Луна достаточно хорошо изучена, составлен детальный атлас как видимой, так и невидимой поверхностей Луны. Наконец, Луна — это пока единственная планета, где в июле 1969 г. побывали земляне — американские космонавты Н. Армстронг и Э. Олдрин. По Луне путешествовали, детально ее изучали и передавали на Землю ценнейшие научные сведения советские луноходы.

По своей массе Луна в 81 раз меньше Земли. Поверхность Луны покрыта многочисленными кратерами как метеоритного (ударное), так и вулканического происхождения. Предполагалось, что вулканическая деятельность на Луне давно закончилась, однако 23 октября 1959 г. советский астроном Н. А. Козырев в кратере Альфонс отметил вспышки, которые могут рассматриваться как слабое проявление вулканической деятельности.

В 1963 г. американские астрономы зафиксировали три лунных извержения. Сеть сейсмических станций, установленных на Луне, показала ее сейсмическую активность. Геологически Луна не мертва, в ее недрах еще сохранилась энергия. Темные пятна, хорошо видимые невооруженным глазом, — «лунные моря» — оказались равнинами, заполненными базальтом. Светлые поля — «континенты» — сложены более легкими полевошпатовыми породами.

Внутреннее строение планет

Все планеты земной группы сходны между собой. Прежде всего следует отметить общность их глубинного строения: в центре присутствует тяжелое, в основном железистое, ядро, наружная твердая оболочка — кора — сложена более легкими силикатными породами. Средний радиус ядра Земли составляет 3470 км, а мощность коры — 5–75 км. Между ядром и корой располагается промежуточная пластичная оболочка — мантия, толщина которой на Земле достигает 2950 км. В ее верхней части выделяется относительно более пластичный слой — астеносфера. По своему строению астеносфера не однородна, местами отсутствует полностью, а иногда достигает 200–250 км. Разумеется, кора, мантия и ядро на разных планетах имеют неодинаковые размеры. Очень любопытно, что у всех планет земной группы кора бывает двух типов — материковая и океаническая. Конечно, эти названия земные. Кроме Земли, моря и океаны нигде не установлены. Но на других планетах, как и на Земле, «моря» подстилаются корой океанического типа, состоящей из базальтов, «континенты» (светлые поля) подстилаются более легкой корой, включающей большие количества полевого шпата.

Одной из примечательных особенностей планет является широкое распространение кольцевых структур. Посмотрите на географические карты земных полушарий. Вы здесь увидите и приподнятые континенты, и огромные океанические впадины. Легко прослеживаются горные сооружения — в основном широтные в западном полушарии и меридиональные — в восточном. Но где же кольцевые структуры? Неужели их нет на Земле?

Если вам приходилось летать на самолете над Камчаткой или над другими районами вулканической деятельности, то в окно самолета вы, конечно, видели что-то отдаленно напоминающее ландшафт Луны или Меркурия. На Земле насчитывается более тысячи потухших и действующих вулканов. Но какие они маленькие, эти кольцевые структуры вулканов, разве их можно сравнить с тысячекилометровыми кольцами нашей крошечной соседки Луны. Да и количество их весьма скромное. На других планетах кольцевые структуры — основная примета ландшафта, а у нас они встречаются лишь спорадически и только в горных областях.

Вначале отсутствие на Земле кольцевых структур метеоритного происхождения попытались объяснить наличием плотной атмосферы. Метеориты, с большой скоростью влетающие в атмосферу Земли, в большинстве случаев сгорают в ней. Но они легко достигают поверхности планет, лишенных атмосферы (Луна) или имеющих весьма разреженную атмосферу (Меркурий, Марс), и образуют там ударные структуры. Тогда кольцевые ударные структуры должны отсутствовать на Венере, но они там обнаружены. Кроме того, атмосфера и на Земле, и на Венере возникла на довольно поздней стадии их развития. До появления атмосферы обе эти планеты в течение сотен миллионов лет должны были подвергаться бомбардировке метеоритов. Где же следы этих бомбардировок на Земле?

Земная поверхность хорошо изучена. Тысячи научных экспедиций исколесили нашу планету вдоль и поперек, и кольцевым ударным структурам укрыться от глаз человека, казалось бы, невозможно. Более того, вся поверхность Земли многократно покрывалась аэрофотосъемкой. Пропущенное человеческим глазом должен был зафиксировать объектив фотоаппарата. И все же кольцевые (ударные) структуры не были обнаружены.

На первых же снимках из космоса неожиданно обнаружили большое количество кольцевых образований. Иногда они расположены достаточно густо и пересекаются друг с другом, иногда еле заметны и только опытный глаз дешифровальщика космических снимков может их наметить. Кольцевых образований больше в областях развития древних пород на континентах (так называемых щитах) и меньше в областях, перекрытых молодыми породами.

Так в чем же дело? Почему, изучая непосредственно поверхность Земли или аэрофотоснимки, не удалось обнаружить кольцевые структуры? Здесь следует сказать несколько слов об особенностях космических снимков. При аэрофотосъемке большие территории Земли отснимаются путем частичного наложения друг на друга серии последовательных снимков. В результате каждый снимок производится при несколько ином освещении. Читатель, конечно, знает о решающем влиянии на фотографии «игры света и тени». В отличие от этого космический снимок практически любой по размерам площади происходит мгновенно при одном и том же освещении. Существенное значение приобретает эффект генерализации наблюдаемых объектов на земной поверхности, это явление иногда необоснованно называют «эффектом просвечивания». При мелкомасштабных съемках отдельные мелкие объекты становятся почти невидимыми. В то же время серии расположенных в определенном порядке объектов (иногда различных по своему облику для глаза человека на Земле) сливаются в линии, полосы, пятна — так называемые линеаменты. Благодаря эффекту генерализации на космических снимках отчетливо просматриваются многие геологические структуры, в частности разломы и связанные с ними рифтовые системы. Многие линеаменты имеют кольцевую форму, некоторые, вероятно, являются ударными структурами. Значит, Земля, как и все другие планеты, подверглась метеоритной бомбардировке. Только в отличие от других планет деятельность атмосферы и гидросферы разрушила пли скрыла от наших взглядов под наносами осадков кольцевые ударные структуры. Вместе с тем для объяснения образования кольцевых структур на Земле появилась и новая гипотеза, по которой возникновение наиболее крупных кольцевых структур обязано процессам перемещения вещества в мантии. Но все же метеоритное происхождение некоторых из кольцевых структур не вызывает сомнения. Один из наиболее наглядных примеров — котловина в бассейне р. Попигай на севере Среднесибирского плоскогорья. Эта структура, по данным В. Л. Масайтеса, размером в диаметре около 100 км отчетливо видна на космических снимках и изучена на поверхности.

Если кольцевые структуры связаны с глубинными явлениями в мантии и получили отражение в земной коре (видны на снимках), то к ним могут быть приурочены рудные месторождения. Кольцевые структуры в этом случае отражают подъем в верхние части земной коры магматических расплавов и рудоносных растворов.

Кольцевые структуры ударного происхождения (а их уже установлено несколько тысяч) могут оказаться полезными для поисков некоторых других полезных ископаемых. Внешний кратерный вал ударной структуры сложен рыхлыми породами, внутренняя впадина обычно заполнена брекчией. Если эти формы окажутся перекрытыми непроницаемыми породами, то в рыхлых породах, как в хороших емкостях, могут образоваться залежи нефти и газа. По мнению Р. Донофрио, месторождение нефти Вьюфилд, открытое в Северной Америке в 1969 г., приурочено к ударной структуре.

За планетами земной группы расположены планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, а за ними небольшая планета Плутон.

Юпитер — у древних римлян верховный бог. Планета Юпитер по диаметру в 11,3 раза, а по массе в 318,4 раза больше Земли. В атмосфере планеты обнаружены водород, метан, аммиак и гелий. Длина года на Юпитере равна 11,86 земных лет, а сутки — около 10 часов. Температура на поверхности ниже 100 °C. Несмотря на это, как подсчитано, Юпитер излучает тепла в 1,7 раза больше, чем получает его от Солнца. Вокруг планеты вращается 14 спутников. Юпитер со своими спутниками похож в миниатюре на Солнечную систему. Одним из наиболее интересных и ярких спутников Юпитера является Ио. Это один из четырех спутников планеты, открытых Г. Галилеем в 1610 г. с помощью зрительной трубы. По размеру Ио почти такая же, как и Луна — диаметр всего 3500 км. Но как она не похожа на Луну. У Ио есть атмосфера — явление совершенно необычное для малых планет. На снимках спутника, переданных на Землю с американской станции «Вояджер-1», обнаружено семь активных вулканов, в выбросах которых присутствует сернистый газ.

Сатурн у древних римлян покровительствовал земледелию. Планета Сатурн по составу схожа с Юпитером, но по размерам несколько меньше. Экваториальный диаметр равен 9,45 диаметра Земли, а масса — 95,2 массы Земли. Время обращения вокруг Солнца — 29,4 лет, длительность суток — более 10 часов. Атмосфера Сатурна состоит в основном из водорода (89 %) и гелия (приблизительно 10 %), обнаружены следы аммиака, метана, этана, ацетилена.

Наибольшей достопримечательностью Сатурна является наличие в плоскости экватора трех тонких концентрических колец. Снимки со станции «Вояджер-1» показали, что каждое кольцо состоит из множества более узких колец. При прохождении научной станции «Пионер-2» через плоскость колец его приборы зарегистрировали столкновение всего с пятью частицами диаметром менее 10 микрон. Сатурн имеет 10 более менее крупных спутников и множество мелких. Наиболее любопытен из них Титан, где предполагались условия, близкие к земным в эпоху зарождения жизни. Высказывалось мнение, что атмосфера спутника состоит из метана. После неудачи с Венерой сторонники неорганической гипотезы происхождения нефти стали уверять, что вот здесь на Титане наконец-то будут найдены моря и океаны нефти. Но, увы! После полетов «Вояджеров» рассыпалась и эта легенда — в атмосфере Титана преобладает азот.

Температура на поверхности Сатурна ниже –150 °C. В то же время он излучает в 2,5 раза больше тепла, чем получает его от Солнца. Избыток излучения тепла Сатурном и Юпитером дает основание полагать наличие у них собственной энергии.

Уран (у древних греков бог неба) и Нептун (бог моря) — последние две крупные планеты Солнечной системы. По своим размерам они значительно меньше Юпитера и Сатурна, хотя и близки к ним по составу. Уран по диаметру в 4,2, а Нептун всего в 3,9 раза больше Земли. Уран виден на ночном небе как очень слабая звездочка. Нептун вообще не виден невооруженным глазом. Он был открыт в 1846 г. по координатам, указанным французским астрономом У. Леверье, который вычислил координаты, исходя из предположения, что наблюдаемые неправильности в движении Урана вызываются притяжением неизвестной планеты.

Наконец, последней известной планетой в Солнечной системе является Плутон (бог подземного мира у древних греков). Также был открыт по расчетам в 1930 г. Изучен пока очень слабо. По размерам он почти в 3 раза меньше Земли.

В известном хороводе звезд на небосводе иногда вдруг промелькнет яркой черточкой «падающая звезда». Это мелкие метеориты, на большой скорости влетающие в атмосферу, сгорают в ней. Существует поверье, что если успеть в момент «падения звезды» задумать желание, то оно обязательно исполнится. Ну, что же, читатель, запасись мешком желаний и приходи на нашу поляну в августе, желательно 11-го числа. Расположись поудобнее, найди на небе созвездие Малой Медведицы, соедини мысленно две самые яркие звезды этого созвездия прямой линией от звезды (3 у края ковша до звезды а (Полярная звезда). На продолжении этой линии по небосводу будет сверкать яркая звезда Алголь в созвездии Персей. Именно отсюда, из этого созвездия, посыпется звездный дождь, так что успевай только доставать желания из мешка. Если желания хорошие, то почему бы им и не сбыться? Есть и другие «счастливые» дни в году: 3 января, несколько дней в апреле (12, 22, 24), октябре (10, 11, 19, 30), 16 и 27 ноября и 12 декабря. В эти дни Земля встречается с роями метеорных тел и на ночном небе наблюдаются обильные «звездные дожди».

Находки метеоритов достаточно редки, хотя к настоящему времени тысячи их собраны в музеях, общим весом во много тонн. Один из первых метеоритов, попавших в руки ученых, был привезен с берегов Енисея академиком П. Палласом. Минерал, из которого состоял метеорит, содержал в основном железо и был назван палласитом. На территории СССР зарегистрировано падение двух крупных метеоритов и множества мелких. Первый крупный метеорит упал 17 июня 1908 г. в районе Подкаменной Тунгуски. Его падение было крайне эффектно и сопровождалось не только яркой вспышкой, но и мощным взрывом. В месте падения никаких крупных обломков не было найдено, хотя их поиски продолжались в течение нескольких десятилетий. По-видимому, сила взрыва была столь велика, что вещество метеорита превратилось лишь в газы и пыль.

На Сихоте-Алине выпал дождь метеоритов 12 февраля 1947 г. Хотя время падения было дневное, ярко светило Солнце, многие жители видели летящий, ослепительно сверкающий болид. На месте падения обнаружены многочисленные мелкие ударные структуры размером до 3 метров в диаметре, собрано около 5 тонн осколков.

До наступления космической эры метеориты были единственными вещественными посланцами Вселенной, которые могли непосредственно изучаться. Выделяются три типа метеоритов: железистые, железокаменные и каменные (хондриты).

Железистые метеориты, состоящие из палласита, имеют существенное отличие от земного железа — они не ржавеют. Такие метеориты содержат до 90 % железа и до 10 % никеля. Небесное происхождение метеоритов, их хорошая ковкость и способность не ржаветь часто превращала их в предмет преклонения в различных религиозных культах. Недалеко от столицы Индии города Дели в средние века была построена высокая башня Кутаб-Минар. Вблизи башни установлен выкованный из палласита железный столб высотой около 7 м. Сюда стекаются потоки туристов из многих стран. Существует поверие, что если встать спиной к железному столбу и скрестить пальцы рук за столбом, то будешь счастлив всегда и будешь иметь много детей.

Столб из палласита (из книги М. Хюрлимана «Индия»)

Каменные метеориты (хондриты — от греческого — зерно, крупинка) обнаружены в наибольшем количестве. Они представлены в основном силикатами, т. е. соединениями, наиболее типичными для земной коры и, по-видимому, кор других планет земной группы. Среди каменных метеоритов встречаются мелкие (диаметром несколько миллиметров) стекловидные шарики — хондры. Хондры, вероятно, образовались из расплавленных силикатов при очень быстром застывании. Особый интерес вызывают углистые хондриты. Они содержат довольно много различных соединений углерода, в том числе, хотя и в очень незначительных количествах, соединения углерода, похожие на битумоиды, обычно встречающиеся в осадочных породах Земли. Ученые почти единодушно считают битумоиды продуктом разрушения органики. Откуда же они появились в метеоритах? Загадка. Может быть, метеориты и астероиды являются обломками некогда существовавшей планеты, похожей на Землю, с океанами воды и живой органикой?

Ну, что же? Это предположение не так уж фантастично. Оно было выдвинуто еще в начале прошлого столетия немецким астрономом Г. В. Ольберсом. Предполагаемую планету позже назвали Фаэтон. Фаэтон — по древнегреческой мифологии — беспутный сын бога Солнца Гелиоса. Однажды Фаэтон, самовольно взяв солнечную колесницу отца, не смог справиться с огнедышащими конями, приблизился к Земле и едва не спалил ее. На месте приближения колесницы к Земле образовалась огромная безжизненная пустыня Сахара.

В пользу существования в далеком прошлом планеты Фаэтон указывают круговые орбиты астероидов, их расположение в Солнечной системе как раз там, где по расчетам должна была бы находиться еще одна планета. А состав и структура метеоритов? Разве нельзя принять железные метеориты за осколки ядра, а каменные метеориты за осколки коры такой планеты? Существовавшая когда-то планета по своей массе и свойствам могла быть похожа на Землю. На ней могли существовать атмосфера, гидросфера и, может быть, жизнь. Если такая планета существовала, то почему же она погибла? Отчего произошел взрыв, расколовший ее на мелкие осколки? На этот вопрос ответить трудно. Взрыв, вероятно, имел термоядерную природу, но пока мы еще так мало знаем о звездной энергии, заключенной в недрах планет.

Вот и подходит к концу наша ночь общения с Вселенной. Светает. Все ярче разгораются краски на востоке. Померкли звезды. Лишь красавица Венера еще некоторое время дарила нам свой мягкий свет. Но вот погасла и она. Солнечные лучи озарили поляну. Тысячи радужных капелек росы засверкали на нежной зелени травы. Почти на середине поляны четко выступил силуэт большого серого камня, темного от росы. Что это за камень? Подойдем к нему поближе.