Книга Эволюция Вселенной и происхождение жизни - Пекка Теерикорпи

Таблица 31.2. Свойства атмосфер и поверхностей внутренних планет.

Взгляд на Землю.

Жизнь на Земле заполнила почти все исследованные ниши. Щелочные и кислотные озера, горячие источники, подповерхностные щели, дно глубоких морей — все это заселено. И все же, похоже, есть некоторые ограничения для земной жизни. Верхний предел температуры составляет около 122 °C. Жизнь искали, но не нашли, в вулканических источниках при 250 °C. Предел холода определить сложнее. Многие формы жизни могут выжить при глубоком замораживании жидким азотом. Жизненная активность обычно уменьшается, когда температура опускается ниже точки замерзания воды, но в некоторых случаях определенная активность, например процесс восстановления ДНК, отмечается при температуре -40 °C. Для жизни, основанной на воде, полное отсутствие воды, очевидно, неприемлемо. Для жизни, основанной на ДНК и РНК, ультрафиолетовое излучение смертельно, так как оно разрушает ДНК и РНК. Похоже, что жизнь способна адаптироваться ко многим другим неприятным явлениям, таким как длительное похолодание или засуха, а также появление кислородной атмосферы.

В будущем астрономы надеются изучить спектры планет, принадлежащих иным звездам. Как можно было бы найти жизнь на далекой планете типа Земли? Мы можем реально провести такой эксперимент, направив телескоп в небо и посмотрев, на что похожа наша Земля из космоса. Сразу после новолуния, когда светится лишь тонкий серп Луны, можно заметить слабое свечение остальной части ее диска — так называемый пепельный свет. Эта часть Луны освещена солнечным светом, отразившимся от Земли (см. рис. 4.2). Спектр пепельного света в ближнем ИК-диапазоне показывает, что в нашей атмосфере содержится двуокись углерода, вода, кислород и озон. Это и есть признаки планеты, на которой присутствует основанная на воде жизнь и происходит фотосинтез. Мощные линии воды, кислорода и озона отличают спектр Земли от спектров Марса и Венеры. Если фотосинтез на Земле остановится, кислород в атмосфере будет сохраняться не более 6000 лет; так что, когда жизнь на Земле погибнет, кислород исчезнет почти мгновенно. Его наличие служит верным признаком жизни.

Юпитер — газовый гигант.

Когда Галилео Галилей наблюдал в свой телескоп яркий Юпитер, он заметил четыре «звезды», обращающихся вокруг него. Тогда эти наблюдения имели особое значение, поскольку впервые во Все-ленной обнаружилось иное тело, вокруг которого что-то обращается: это был вызов утверждению о том, что Земля — центр Вселенной. Используя третий закон Кеплера, можно вычислить расстояние Юпитера от Солнца, а затем и от Земли. Тогда, измерив видимый размер планеты, можно определить ее истинный размер; это можно сделать для любой планеты. Диаметр Юпитера превышает диаметр Земли примерно в и раз.

В 1687 году Ньютон в своих «Началах» дал основы вычисления других физических характеристик Юпитера. Из орбитальных периодов спутников и известных размеров их орбит можно найти массу Юпитера. Эти простые вычисления показывают, что у Юпитера масса в 330 раз больше, чем у Земли. При этом его средняя плотность лишь в 1,34 раза выше плотности воды. Ясно, что эта планета содержит очень много легкого вещества: это оказались водород и гелий.

Юпитер — очень активная планета со сложными потоками в атмосфере. У него мощное и протяженное магнитное поле, и он источник сильного радиоизлучения. Период его вращения менее 10 часов. Погружаясь в недра планеты, мы заметим, что молекулярный газообразный водород постепенно превращается в жидкий молекулярный водород, а затем в жидкий металлический водород. Недра Юпитера нагреты до температуры десятки тысяч градусов. Вероятно, в центре находится расплавленное железо-каменное ядро с массой около 20 масс Земли. Генерация магнитного поля, по-видимому, происходит в электропроводящих внутренних слоях, конвективные движения вещества в которых приобретают некоторый порядок в результате быстрого вращения планеты. Некоторые теории даже связывают поверхностные ветры с движениями вещества глубоко в ядре.

У Юпитера богатая система спутников. Четыре внутренних, так называемых галилеевых спутника — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — сферические. Судя по их размеру и яркости, даже до космических экспедиций было ясно, что у Европы высокое альбедо (отражательная способность), а у Каллисто — низкое.

К Юпитеру было послано шесть космических зондов. «Пионер-10» стартовал в 1972 году и прошел мимо Юпитера в декабре 1973 года. «Пионер-11», запущенный в 1973 году, пролетел мимо Юпитера в 1974 году, передал на Землю много отличных фотографий и ушел к Сатурну и дальше. «Вояджер-1», отправленный в 1977 году, встретился с Юпитером в 1980 году и продолжил свой путь к Сатурну. Он передал на Землю фотографии Юпитера и его галилеевых спутников. «Вояджер-2», запуск которого состоялся на несколько дней раньше, прошел мимо Юпитера в 1981 году. После длительного периода затишья в 1989 году ЕКА и НАСА отправили аппарат «Галилео», который прибыл к Юпитеру 7 декабря 1995 года, и в тот же день его зонд проник в атмосферу Юпитера. Сам аппарат «Галилео» перешел на орбиту вокруг Юпитера и совершил около 10 пролетов мимо каждого из галилеевых спутников. Когда ресурсы «Галилео» истощились, он был направлен на Юпитер и 21 сентября 2003 года врезался в его атмосферу, чтобы избежать столкновения со спутниками, которое могло стать причиной их заражения земными бактериями. В 2000 году мимо Юпитера пролетел зонд «Кассини-Гюйгенс», передавший 26 000 фотографий Юпитера и его спутников. В результате этих космических экспедиций мы знаем состав и условия в верхних слоях атмосферы Юпитера. В отличие от Венеры, там, по-видимому, нет зон, где может существовать жизнь. Даже если в верхних слоях атмосферы «комнатная температура» и облака из капель жидкой воды, то все равно атмосферная циркуляция постоянно перемешивает эти области с гораздо более глубокими и горячими слоями. Одним словом, сам Юпитер не выглядит пригодным для жизни местом. А теперь обратимся к его спутникам.

У четырех галилеевых спутников приблизительно такие же радиусы, как у Луны. Температура поверхности у всех них около -160 °C. Их очень разреженные атмосферы обладают давлением у поверхности менее 1 микробара. В таких холодных и почти вакуумных условиях на поверхности может не быть жидкой воды. Эти спутники не защищены от ультрафиолетового излучения Солнца. Кроме того, внутренние спутники — Ио и Европа — постоянно бомбардируются высокоэнергичными частицами, ускоренными в магнитосфере Юпитера.

Активная Ио.

Ио — самый близкий к Юпитеру из галилеевых спутников и самое геологически активное тело в Солнечной системе. На нем несколько активных вулканов с выбросами, поднимающимися на 300 км. Выделение тепла под действием приливных сил Юпитера поддерживает нижние слои коры Ио в расплавленном состоянии. Приливы на твердой поверхности Ио достигают высоты 100 м. Похоже, что поверхность покрыта серой и ее соединениями или силикатными породами. Хотя маловероятно, что Ио может быть пригодной для жизни, на ней все же есть места, заслуживающие дальнейшего исследования: это горячие источники и их окружение. Там может быть температурный режим, пригодный для жизни, хотя прочие условия могут быть слишком жестокими, за исключением пористого подпочвенного пространства, где жизнь могла бы найти убежище. Впрочем, отсутствие воды и там может обернуться большой проблемой (рис. 31.6).