История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции - Дональд Голдсмит

То, что происходит с углекислым газом у поверхности Земли, происходит и с водой у поверхности Марса. Жидкость там просто не может существовать, хоть температура в теплые деньки марсианского лета поднимается существенно выше О градусов по шкале Цельсия. Начинает казаться, что все наши надежды на обнаружение на Марсе жизни потихоньку скрываются под медным тазом, пока мы не вспоминаем о том, что жидкая вода может существовать и под поверхностью планеты. Будущие миссии на Марс, связанные с возможностью обнаружить на Красной планете современную существовавшую когда-то жизнь, будут направлены в регионы, где, по предварительным оценкам, будет проще всего пробурить поверхность планеты в поисках драгоценных потоков воды — этого эликсира жизни.

Эликсир эликсиром, но вода, между прочим, представляет собой смертельную угрозу для тех, кто не знаком с химией. В 1997 году Натан Зонер, четырнадцатилетний ученик школы Игл-Рок города Айдахо-Фоллз в штате Айдахо, провел известный сегодня среди популяризаторов науки эксперимент в рамках научной ярмарки своего города. Этим экспериментом он стремился привлечь внимание к беспочвенным антитехнологическим настроениям и связанной с ними нерациональной боязни химикатов. Зонер предложил людям подписать петицию, которая требовала либо строгого контроля, либо полного запрета на использование «дигидрогена монооксида». Он выписал некоторые одиозные свойства этой опасной субстанции без цвета и запаха:

♦ это один из главных компонентов кислотных дождей;

♦ рано или поздно в этом веществе может раствориться все, с чем оно вступает в контакт;

♦ можно умереть, случайно вдохнув это вещество;

♦ принимая газообразную форму, оно может причинить серьезные ожоги;

♦ это вещество обнаружено в опухолевых тканях неизлечимо больных раком пациентов.

Сорок три из пятидесяти респондентов, к которым обратился Зонер, подписали его петицию; шестеро не смогли принять решение; а один оказался большим поклонником этой молекулы и отказался петицию подписывать. Да-да: 86 % респондентов на полном серьезе выразили согласие на запрет на наличие дигидрогена монооксида (H2O) в окружающей среде.

Может быть, с водой на Марсе произошло то же самое.

Венера, Земля и Марс представляют собой наглядную сказку о том, какими могут быть последствия чрезмерной одержимости ролью воды (и, возможно, других растворителей) в образовании жизни. Когда астрономы размышляли над тем, где они могли бы найти жидкую воду, они изначально сосредоточили свое внимание на планетах, которые вращаются на расстояниях от своей звезды, позволяющих поддерживать у себя воду в жидком состоянии, то есть не слишком далеко от этой звезды и не слишком близко к ней. Подошло время рассказать вам историю про Машу[62] и трех медведей.

Давным-давно — примерно 4 миллиарда лет назад — образование Солнечной системы почти подошло к концу. Венера образовалась довольно близко к Солнцу, вследствие чего его мощная энергия испарила всю ту воду, что, возможно, была у нее в запасе. Марс сформировался так далеко, что его водные запасы оказались навсегда замороженными. Лишь одна планета Земля оказалась на расстоянии от Солнца «в самый раз»: оно не позволяло ее запасам воды испариться или замерзнуть, поэтому ее поверхность стала естественным пристанищем для формирования жизни. Тот орбитальный регион на заданном расстоянии от Солнца, в котором вода способна оставаться жидкостью, отныне стал называться обитаемой зоной.

Маша тоже предпочитала, чтобы все было «в самый раз». В одной тарелке в домике трех медведей каша была слишком горячая. В другой — слишком холодная. В третьей — в самый раз, вот ее-то она и съела. Наверху одна кровать была слишком жесткой. Вторая — слишком мягкой. Третья — в самый раз, так что Маша забралась в нее и уснула. Когда три медведя вернулись домой, они обнаружили не только съеденную порцию каши, но и сладко спящую в одной из кроватей Машу. (Не помним, чем точно кончилась эта история, но нас поражает сам факт, что три медведя — плотоядные и занимающие самую верхушку пищевой цепи — просто не слопали Машу вместо каши, особенно не церемонясь.)

Относительная обитаемость Венеры, Земли и Марса заинтриговала бы Машу, хотя фактически история этих планет, безусловно, более замысловата, чем три тарелки с кашей. Четыре миллиарда лет назад кометы с высоким содержанием воды и астероиды с высоким содержанием минералов все еще регулярно атаковали поверхности планет, хотя частота этих неприятностей существенно упала. Во время этой игры в космический бильярд некоторые планеты переместились поближе к внутренним областям Солнечной системы, сдвинувшись со своих орбит, а другие, наоборот, отодвинулись на еще большее расстояние. Среди десятков сформировавшихся планет некоторые обладательницы нестабильных орбит все еще копошились и в конечном итоге врезались в Солнце или Юпитер. Остальные были высланы прочь из Солнечной системы. В итоге у нас осталось лишь несколько планет, занявших орбиты «в самый раз» для того, чтобы спокойно вращаться по ним на протяжении миллиардов лет.

Земля заняла орбиту в среднем в 93 миллионах миль[63] от Солнца. На таком расстоянии Земля перехватывает мизерные две миллиардных доли всей энергии, излучаемой Солнцем. Если предположить, что Земля поглощает всю энергию, получаемую от Солнца, то получится, что средняя температура нашей планеты должна составлять около 280 градусов по шкале Кельвина (или 45 по шкале Фаренгейта), что как раз примерно и есть среднее арифметическое между зимними и летними температурами. В условиях нормального атмосферного давления вода замерзает при температуре 273 градуса по шкале Кельвина и кипит при 373 градусах, так что нам очень даже повезло оказаться на таком расстоянии от Солнца, которое позволяет большей части нашей воды оставаться в жидком состоянии.

Стоп — не так быстро! В науке правильный ответ иногда можно получить неправильным путем. На самом деле Земля поглощает лишь около двух третей той солнечной энергии, что до нее добирается. Остальную энергию поверхность Земли (особенно океаны) и атмосферные облака рассеивают обратно в космос. Если соотнести с этим наши расчеты, то получится, что средняя температура Земли должна составить 255 градусов по шкале Кельвина — а это существенно ниже точки замерзания воды. Значит, что-то работает в нашу пользу, повышая среднюю температуру до более приятного и комфортного для жизни уровня.

И снова стоп. Все теории звездной эволюции говорят нам, что 4 миллиарда лет назад, когда жизнь на Земле начинала формироваться из первичного бульона, Солнце сияло лишь в две трети от своей сегодняшней мощности, из-за чего средняя температура на Земле должна была оказаться еще ниже. Может, в далеком прошлом Земля просто располагалась ближе к Солнцу? Однако, когда закончился период основательной бомбардировки, ни один из известных нам механизмов уже не мог сдвинуть какую-либо планету ближе или дальше от звезды в пределах нашей Солнечной системы. Может быть, парниковый эффект земной атмосферы в прошлом был сильнее. Мы точно не знаем. Но мы знаем наверняка, что концепция обитаемых зон — такая, какой ее придумали изначально, — имеет лишь косвенное отношение к тому, может ли жизнь существовать на планете, находящейся в такой зоне. Это стало понятным тогда, когда мы осознали, что не можем объяснить историю жизни на Земле с помощью простой модели обитаемых зон, и, более того, поняли, что вода и другие возможные растворители не всегда зависят от тепла близлежащей звезды, способной поддерживать ее в жидком состоянии.