Возможность жизни на других телах Солнечной системы
Нам остается обсудить вопрос о возможности жизни на Венере, а также на некоторых других планетах Солнечной системы. Долгое время Венера, рассматривалась астрономами, а больше — литераторами как идеальная обитель жизни. Казалось бы, все необходимые условия для развития жизни на этой планете имеются. Ее размеры, масса, сила тяжести почти такие же, как и на Земле. Она покрыта пеленой облаков (из-за которых никогда не видна ее поверхность) и окружена мощной (по выражению М. В. Ломоносова, «знатной») атмосферой. Венера купается в лучах Солнца. Ведь поток солнечного излучения через единицу ее поверхности почти в два раза больше, чем на Земле. Увы, чем больше мы изучаем нашу космическую соседку, тем менее вероятны предположения о наличии там каких бы то ни было форм жизни. Как это ни покажется парадоксальным, исключительно суровые природные условия на поверхности Марса значительно более благоприятствуют развитию там жизни, чем на заведомо теплой (к сожалению, слишком теплой) Венере. Прежде всего, в последние годы было показано, что Венера вращается вокруг своей оси значительно медленнее Земли и Марса. Проблемой определения периода вращения Венеры астрономы занимаются уже много десятилетий. Вращение планеты должно вследствие эффекта Доплера приводить к смещению фраунгоферовых линий в спектре отраженного солнечного света. Его величина соответствует периоду вращения около 4 суток. Другой способ сводится к определению скорости перемещения слабых деталей, видимых на ультрафиолетовых фотографиях планеты. Он также дает период около 4 суток. Однако все эти наблюдения относятся к довольно высоким областям атмосферы, около 70 км над поверхностью, и на самом деле дают не скорость вращения твердого тела планеты, а просто среднюю скорость ветра, перемещающего венерианские облака по линиям, приблизительно параллельным экватору. Картина этих движений была довольно детально изучена в результате фотографирования Венеры с близкого расстояния, проведенного на американском космическом аппарате «Маринер-10». Истинную скорость вращения планеты позволяет определить только радиолокационный метод. Общеизвестно, что таким методом по времени запаздывания отраженного от планеты радиоимпульса можно с большой точностью определить расстояние до нее. Изучая, однако, характер отраженного сигнала, можно получить еще дополнительную информацию о свойствах планеты. Если посылаемый на Венеру радиоимпульс сосредоточен в очень узком интервале частот (или, как говорят в радиотехнике, является «узкополосным»), то у отраженного сигнала интервал частот, вообще говоря, увеличивается. В самом деле, благодаря вращению планеты примерно половина излучения будет отражаться от той ее стороны, которая в данный момент движется от наблюдателя, а половина — от той стороны, которая движется к наблюдателю. Из-за явления Доплера это приведет к соответствующему уменьшению и увеличению частот отраженного сигнала. Так как мы можем анализировать только полный импульс, отраженный от всей поверхности планеты (а не, скажем, от ее правой части), то, очевидно, интервал частот, в котором сосредоточено отраженное излучение, будет больше, чем у посылаемого радиоимпульса. Он будет тем больше, чем больше скорость вращения планеты. Именно такие эксперименты были поставлены, начиная с 1961 г., в СССР и США, но первая попытка не привела к однозначным результатам. Было установлено, однако, что период вращения Венеры не менее 10 дней и есть большая вероятность, что этот нижний предел следует поднять до 190 дней. Так как период обращения этой планеты вокруг Солнца равен 225 дням, то можно было ожидать, что периоды вращения вокруг ее оси и обращения вокруг Солнца одинаковы. Именно это наблюдается, например, у Луны. Однако действительность оказалась более «богатой». Тщательные американские и советские радиолокационные наблюдения привели к удивительному результату: направление вращения Венеры обратное (по сравнению с направлением вращения других планет, в частности Земли), а период вращения — 243 дня, причем ось вращения перпендикулярна к плоскости ее орбиты. По этой причине воображаемый наблюдатель, находящийся в каком-нибудь пункте поверхности Венеры, видел бы восход и заход Солнца всего лишь два раза в году (разумеется, венерианском). Ясно, что это не благоприятствует развитию жизни на планете, хотя, конечно, не исключает полностью такую возможность. Любопытно, что во время нижнего соединения (т. е. когда расстояние между Венерой и Землей минимально) Венера повернута к Земле всегда одной и той же стороной. Любопытно также, что, как сравнительно недавно выяснилось, такой же особенностью обладает и Меркурий. Радиолокационным методом был определен период вращения этой планеты, оказавшийся в точности равным 2/3 периода его обращения вокруг Солнца. По-видимому, факт медленного вращения обеих планет имеет глубокое космогоническое значение, т. е. его причина связана с условиями образования и последующей эволюции планет земной группы. Среди прочих гипотез, пытающихся объяснить это необычное явление, обращает на себя внимание одна, высказанная разными авторами. Эта гипотеза частично подкреплена математическими расчетами и, на наш взгляд, заслуживает самого серьезного внимания. Прежде всего требует объяснения чрезвычайно малый период осевого вращения Венеры. Если медленное вращение Меркурия еще можно объяснить действием солнечных приливов, то такое же объяснение для Венеры сталкивается со значительными трудностями. И тут выдвигается гипотеза, что Венеру затормозил... Меркурий, некогда бывший ее спутником! Наша Земля обладает относительно очень крупным спутником — Луной. По существу, в этом случае можно даже говорить о двойной планете. За миллиарды лет система «Земля — Луна» под влиянием приливов претерпела значительную эволюцию. Было, например, время, когда обе планеты были весьма близки и период вращения Земли исчислялся немногими часами. (Любопытно, что анализ срезов кораллов приводит к выводу, что в Девонском периоде в году было ~ 450 суток.) Можно полагать, что еще более значительную эволюцию претерпела двойная система «Венера — Меркурий». Так же, как и в случае системы «Земля — Луна» вначале нынешние две внутренние планеты образовали очень тесную пару с быстрым осевым вращением. Из-за приливов расстояние между планетами увеличивалось, а осевое вращение замедлялось. Когда большая полуось орбиты достигла ~ 500 тыс. км, эта пара «разорвалась», т. е. планеты перестали быть гравитационно-связанными. Заметим, что разрыв пары «Земля — Луна» не произошел по причине сравнительно малой массы Луны и большего расстояния до Солнца. Как след этих давно минувших событий, остался значительный эксцентриситет орбиты Меркурия и общность ориентации Венеры и Меркурия в нижнем соединении. Эта гипотеза также объясняет отсутствие спутников у Венеры и Меркурия и сложный рельеф поверхности Венеры, который можно объяснить деформацией ее коры мощными приливными силами от довольно массивного Меркурия. Недавно с помощью наземных оптических наблюдений было обнаружено, что самая удаленная от Солнца планета Плутон является двойной. Его спутник в пять раз меньше Плутона в поперечнике и удален, от него на 35000 км, причем период обращения равен семи часам. Не является ли двойственность общим свойством небольших планет, обусловленным условиями их образования? Как же тогда быть с Марсом? И не был ли его спутником гипотетический Фаэтон, якобы оставивший после себя пояс астероидов? Впрочем, мы увлеклись и нам пора вернуться к планете Венере. Большое значение для проблемы обитаемости Венеры имеет вопрос о температуре ее поверхности. До последнего времени астрономическими методами можно было определить температуру только, вершины облачного слоя, сплошной пеленой окутывающего поверхность планеты. Эта температура оказалась довольно низкой: около – 40 °C. Однако очевидно, что никаких выводов о температуре поверхности Венеры отсюда нельзя сделать. Даже высота облачного слоя над поверхностью планеты была неизвестна. Крупнейшим достижением радиоастрономии было измерение температуры поверхности Венеры. Такое измерение оказалось возможным потому, что для радиоволн облака этой планеты почти прозрачны. Поверхность планеты, как всякое нагретое тело, излучает электромагнитные волны, в частности радиоволны. Из физики известно, что мощность теплового излучения нагретого тела совершенно определенным образом зависит от его температуры. Поэтому, измерив поток радиоизлучения от планеты, можно в принципе путем простых вычислений найти температуру ее излучающей поверхности. Правда, на практике задача оказывается значительно более сложной. Ведь существуют и другие физические процессы, которые могут привести к довольно мощному радиоизлучению, например грозовые разряды в атмосфере планеты. Но, производя наблюдения на разных волнах радиодиапазона, можно доказать, что радиоизлучение действительно является тепловым. Это будет верно в том случае, если на всех волнах эквивалентная температура (определяемая по потоку радиоизлучения на соответствующей волне) окажется одинаковой. На рис. 67 приведены результаты измерений эквивалентной радиотемпературы Венеры на разных волнах. Вертикальные черточки, как обычно, указывают на вероятные погрешности измерений. Кроме того, измерялась зависимость эквивалентной температуры от фазы планеты. Выводы из радиоастрономических наблюдений Венеры можно сформулировать следующим образом: l) в очень широком диапазоне длин волн от 1,3 до 20 см эквивалентная радиотемпература Венеры находится в пределах 550-600К; 2) на миллиметровых волнах эквивалентная температура значительно ниже и близка к 400 К. Переход от одной температуры к другой происходит где-то около длины волны 1,3 см.
Наиболее вероятное объяснение радиоастрономических данных состоит в следующем. На волнах более 1,3 см атмосфера Венеры прозрачна. Поэтому измеренная радиотемпература есть температура поверхности планеты, которая, как оказывается, необыкновенно высока. Уменьшение эквивалентной температуры Венеры на волнах миллиметрового диапазона объясняется поглощением углекислого газа CO2. Изучение зависимости эквивалентной температуры Венеры от фазы планеты позволило сделать вывод, что разница ночных и дневных температур сравнительно невелика. Эти результаты оказались для астрономов довольно неожиданными. Однако ничего сверхъестественного в столь высокой температуре Венеры нет. Представим себе, что в атмосфере Венеры содержится газ, сравнительно прозрачный для видимого излучения Солнца и почти непрозрачный для инфракрасною теплового излучения планеты. В этом случае отвод тепла от поверхности планеты будет сильно затрудняться, и даже та относительно небольшая доля солнечных лучей, которая проникает сквозь облачный слой, сможет нагреть поверхность до высокой температуры. Это явление часто называют «парниковым эффектом», хотя этот термин не совсем точно отражает суть дела. Парниковый эффект создается в результате поглощения в полосах углекислого газа и некоторых других молекул, таких как H2O, которые в атмосфере Венеры присутствуют в сравнительно небольшом количестве, но сильно поглощают инфракрасное излучение. Выдающиеся результаты были получены на советских автоматических станциях «Венера-4» (рис. 68, не сканировался), «Венера-5» и «Венера-6». Историческое значение имеет мягкая посадка спускаемого аппарата на поверхность Венеры, выполненная во время полета автоматических станций «Венера-7» и «Венера-8». Учитывая очень трудные условия, при которых был осуществлен этот блестящий эксперимент (огромная величина атмосферного давления на Венере, высокая температура), его следует отнести к числу крупнейших достижений современной космонавтики. В процессе мягкой посадки производились прямые измерения основных характеристик венерианской атмосферы — температуры и давления, которые по телеметрическому каналу передавались на Землю. Таким образом удалось получить «разрез» атмосферы этой планеты, что имеет выдающееся научное значение. Американцы также продолжали исследования Венеры с помощью автоматических станций. В результате мы сейчас достаточно хорошо знаем физические условия в атмосфере и на поверхности этой планеты, бывшей до сравнительно недавнего времени едва ли не самым загадочным членом Солнечной системы. Кратко изложим теперь основные результаты этих исследований. Атмосфера Венеры на 97 % состоит из молекул углекислого газа CO2. Обнаружено некоторое количество водяных паров (около 0,05% по атмосфере в среднем). Кроме того, как это следует из последних наземных наблюдений, в атмосфере Венеры обнаружены сравнительно незначительные примеси газов CO (0,01 %), HCl (6 • 10-5 %), NF (5 •10-7 %). (Вообще существуют соединения HF и NF3, но нет NF. Прим. OCR.) Очень важным является результат, полученный на советских автоматических станциях: количество молекулярного азота плюс благородные газы не превышает 5 %. Таким образом, эти компоненты атмосферы, столь существенные на Земле, в атмосфере Венеры играют заведомо второстепенную роль. Давление у поверхности планеты достигает гигантского значения около 100 атмосфер! Измерения на станции «Венера-7» показали, что температура атмосферы у поверхности Венеры около 480 °С. Интересно, что высота тропопаузы и верхней границы облачного слоя Венеры составляет около 70 км. Фотометр, установленный на «Венере-8», показал, что облачный слой хорошо пропускает рассеянное солнечное излучение — освещенность на поверхности всего лишь в несколько десятков раз меньше, чем над облаками. По-прежнему большой интерес представляет вопрос о составе частиц облачного слоя Венеры. Следует заметить, что, несмотря на все успехи в исследованиях этой планеты, нам пока еще не известно, из чего состоят ее облака. Соблазнительная возможность считать, что частицами, образующими облака Венеры, являются льдинки (так же, как в случае земных облаков), не проходит. Этому противоречат спектральные и поляризационные наблюдения. Было отмечено, что этим наблюдениям удовлетворяет предположение, по которому венерианские облака состоят из сферических частиц, образуемых водным раствором серной кислоты. 1975 год ознаменовался новым выдающимся достижением советской космонавтики. Автоматические межпланетные станции «Венера-9» и «Венера-10» были выведены на орбиту вокруг Венеры и стали искусственными спутниками этой планеты. Спускаемые аппараты этих станций совершили мягкую посадку на поверхность Венеры. Пожалуй, самым впечатляющим результатом этих экспериментов является получение панорамных фотографий поверхности Венеры, отличающихся удивительной отчетливостью. Впоследствии были запущены к Венере и другие советские космические аппараты. # В марте 1986 г. завершился проект «Вега» («Венера — Галлей») — самый сложный и результативный в истории советских исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Он состоял из трех частей: изучение атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов; изучение динамики атмосферы Венеры посредством аэростатных зондов (аэростаты были впервые в мире запущены в атмосферу другой планеты); пролет через газопылевую атмосферу (кому) кометы Галлея и детальное изучение ее ядра. Научный руководитель проекта «Вега» — академик Р. 3. Сагдеев. Станция «Вега-1» совершила пролет через кому 6 марта 1986 г., а станция «Вега-2» — 9 марта. Научные организации многих стран (СССР, Австралии, НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, Франции, ФРГ) участвовали в разработке научных приборов для «Вега», а также систем обеспечения научных экспериментов на борту и на Земле. Впервые в наших космических проектах возможности международной кооперации были использованы столь широко.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Возможность жизни на других телах Солнечной системы» з дисципліни «Всесвіт, життя, розум»
