Норман Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе

• Название: Поиски жизни в Солнечной системе
• Автор: Норман Хоровиц
• Издательство: Мир
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1988
• ISBN: 5-03-001356-3

Как зародилась жизнь на Земле? Существует ли она на других планетах Солнечной системы или еще где-нибудь во Вселенной? Этим вопросам, издавна волновавшим человека, посвящена книга известного американского ученого Нормана Хоровица, крупного экзобиолога, одного из научных руководителей программы "Викинг", целью которой был поиск следов жизни на Марсе.

Адресована читателям, интересующимся достижениями современной науки, желающим глубже понять окружающий нас мир.

---

Пока спускаемые аппараты приближались к поверхности Марса, приборы, вмонтированные в лобовые экраны, проводили измерения давления, температуры и состава атмосферы. Аналогичные измерения осуществлялись затем на поверхности с помощью дополнительных приборов, доставленных спускаемыми аппаратами. С биологической точки зрения самым важным был вопрос о составе атмосферы и особенно о наличии в ней азота. По общему мнению, этот элемент, входящий в состав нуклеиновых кислот и белков, совершенно необходим для жизни. Ранее с помощью космических аппаратов было установлено, что содержание азота в атмосфере Марса не превышает 5 % (в атмосфере Земли он составляет 77 %), а возможно, его вообще там нет.

Приборы "Викингов" зарегистрировали, что в атмосфере Марса присутствует 2,7 % азота, 95 % диоксида углерода, 1,6 % аргона, 0,13 % кислорода, а также (в еще меньших количествах) монооксид углерода, неон, криптон, ксенон, озон и пары воды. Вероятно, когда-то атмосфера Марса была гораздо богаче азотом, но со временем он улетучился в космическое пространство. Азот — достаточно тяжелый элемент, и сам по себе он не мог бы улетучиться, но Майкл Мак-Элрой в свое время показал, что атомы азота могут приобрести такую способность благодаря некоторым химическим процессам в верхних слоях атмосферы Марса. Как и предсказывает теория, "Викинги" обнаружили, что соотношение тяжелого N-15 и обычного N-14 изотопов азота в марсианской атмосфере выше, чем в земной, т. е. из атмосферы Марса в первую очередь улетучивался более легкий изотоп.

Поиски жизни
Приборы

Для поиска следов жизни на Марсе каждый спускаемый аппарат был снабжен одинаковым набором из шести приборов: две фотокамеры, газовый хроматограф с масс-спектрометром для идентификации органических соединений в грунте и три прибора, предназначенные для выявления метаболитической активности микроорганизмов в грунте. За работу каждого из приборов и интерпретацию его показаний отвечала определенная группа ученых, хорошо знакомых с его конструкцией и возможностями. Этот принцип распространялся на все приборы, установленные на спускаемых и орбитальных аппаратах "Викинг". Подобные группы специалистов вместе с инженерами, управлявшими космическими аппаратами, и руководителями полетов, координировавшими все действия, и составили коллектив участников программы "Викинг".

Фотокамеры

Среди прочих приборов, установленных на борту "Викингов" и предназначенных для поиска жизни, фотокамеры обладали двумя особенностями. Во-первых, их работа не зависела от того, какова химическая природа марсианской жизни. Наблюдатели на Земле должны были решать, свидетельствует ли тот или иной объект о наличии на планете жизни, основываясь лишь на его внешнем виде, а не на физиологии или химическом составе. Ведь марсианин из кремния мог с тем же успехом попасть в поле зрения фотокамеры, как и марсианин из углерода. Фотокамеры могли обнаружить не только сами живые существа, но и их следы, останки, сделанные ими предметы и, наконец, их движение. Однако разрешающая способность фотокамер не позволяла различать объекты размером менее нескольких миллиметров, что ограничивало возможность обнаружения жизни. Как мы знаем, целые царства живых организмов имею) меньшие размеры, но фотокамеры "Викингов" были не в состоянии заметить их.

Второе отличие фотокамер от других приборов, использовавшихся при поиске жизни, заключалось в том, что всего одного фотоснимка могло оказаться достаточно для завершения работы. Каждая фотография несла такую богатую информацию (в техническом смысле этого слова), что в принципе наличие жизни на Марсе можно было доказать одним-единственным снимком. Никакой другой прибор на основании единственного наблюдения не мог дать убедительного свидетельства существования марсианской жизни.

Фотокамеры с помощью специальных электронных устройств записывали наблюдаемую картину на магнитофонную ленту. Полученные изображения затем либо передавались непосредственно на Землю, либо ретранслировались через орбитальные аппараты. Возможны были и прямые передачи без магнитофонной записи. Эти изображения, цветные и черно-белые, получали как с высоким, так и с низким разрешением, а в некоторых случаях — даже стереоскопические.

Полученные с Марса фотографии внимательно исследовались различными специалистами — участниками программы "Викинг", что давало возможность одновременно решать широкий круг вопросов. Их также тщательно изучала с целью обнаружения признаков жизни особая группа специалистов по анализу изображений. Скрупулезно исследовались обычные, стереоскопические и цветные изображения. Их анализировали на ЭВМ, пытаясь выявить малейшие перемещения или изменения в пейзаже; на них искали объекты, светящиеся в ночное время. Тем не менее не было замечено ничего указывающего на существование на Марсе жизни, что не находило бы более правдоподобного небиологического объяснения. Сошлемся на отчет специальной исследовательской группы: "Не было получено ни прямых, ни косвенных доказательств присутствия на Марсе макроскопических биологических объектов" [12].

Хотя фотокамеры и не обнаружили следов жизни, полученные фотографии бесценны не только тем, что расширили наши представления о природных условиях Марса. Эти желтоватые пейзажи марсианских равнин останутся вечным свидетельством исторической "встречи" легенды и современной техники, состоявшейся летом 1976 г.

Газовый хроматограф с масс-спектрометром (ГХМС)

Строго говоря, ГХМС не предназначался специально для поисков следов жизни. Его задача скорее заключалась в поиске и анализе органических соединений на поверхности Марса. Хотя, как мы видели в гл. 3, на Земле все органические вещества фактически имеют биологическое происхождение, во Вселенной широко распространено абиогенное по своей природе органическое вещество. До полета "Викингов" предполагалось, что если на Марсе и отсутствует жизнь, то по крайней мере там должно встречаться органическое вещество, занесенное метеоритами. Поводом для такого предположения была близость Марса к поясу астероидов (он расположен между орбитами Марса и Юпитера), который и является "поставщиком" метеоритов. Считается, что метеориты сталкиваются с Марсом значительно чаще, чем с Землей, и, согласно расчетам, вследствие этого за геологический период на Марсе должно было накопиться достаточно органического вещества, чтобы обнаружить его с помощью ГХМС. Кроме того, если Марс обитаем, то там должно также присутствовать органическое вещество биологического происхождения. Перед запуском "Викингов" ученые часто обсуждали вопрос, как с помощью имеющихся в их распоряжении приборов установить, биологическое или небиологическое происхождение имеют найденные органические соединения, а в том, что они — хотя бы в следовых количествах — обнаружатся на Марсе, большинство ученых не сомневались. Однако после посадки аппаратов на планету этот вопрос больше не возникал.

Рис. 14. Панорама (снятая при апертуре 100°) места посадки спускаемого аппарата "Викинга-1". Изображение как бы разделено на две части метеорологической мачтой космического аппарата. Большой камень слева, в ходе исследований получивший название Большой Джо, имеет примерно 3 м в длину. (НАСА, Лаборатория реактивного движения.)

Рис. 15. Две фотографии Большого Джо (см. рис. 14) и окружающей местности, сделанные с интервалом в 25 месяцев при одинаковых условиях. На второй фотографии заметно изменение в пейзаже (помечено буквой В), возникшее в результате оползания слоя пыли; вероятно, оно вызвано нагреванием и последующим охлаждением поверхности. Похожее изменение (А) видно на большом камне, получившем название Китовая скала, лежащем на заднем плане. (Национальный центр данных по исследованию космического пространства.)

Работа ГХМС производилась в несколько этапов. Устройство для взятия образцов грунта — ковш, укрепленный на конце раздвижной стрелы, — захватывало небольшую порцию марсианского грунта, которая затем измельчалась, просеивалась через сито и поступала в нагреватель вместимостью всего около 200 мг. Здесь происходило ступенчатое нагревание образца до температуры 50 °C, в результате чего органическое вещество превращалось в летучие продукты. При низких температурах в летучее состояние переходят небольшие нейтральные органические молекулы, а при высоких — разрушаются (пиролизуются) крупные, или полярные молекулы, образуя небольшие летучие фрагменты. Эти газы поступали затем на колонку газового хроматографа — длинную трубку, заполненную гранулами синтетического органического материала, через которую они двигались с различными скоростями в зависимости от массы молекул. По мере разделения смеси ее компоненты выходили через другой конец колонки, один за другим попадая в масс-спектрометр. Там под действием пучка электронов происходило дальнейшее разделение каждого компонента на заряженные осколки, массы которых измерялись по величине их ускорения в электростатическом и электромагнитном полях. Изучая полученный таким образом спектр молекулярных масс, опытный масс-спектроскопист может установить структуру молекулы, из которой образовались осколки. На следующем этапе определялось строение исходной молекулы, из которой возникли продукты, идентифицированные в ходе масс-спектрометрии. Это также можно сделать, хотя не всегда с полной достоверностью.