Уникальные космические эксперименты

 

Задавшись целью найти ответ на вопрос о том, легко ли исследовать космическое пространство, мы можем познакомиться с уникальными космическими экспериментами. Наверное, возможным путешественникам из дальних миров также приходилось решать вопрос о преодолении гигантских расстояний, изучении космических объектов.

В 1986 году европейский космический зонд «Джотто» пересек центральную часть головы кометы Галлея в 600 км от ядра. Скорость прохождения станции через комету составляла около 70 км/с. Комета Галлея движется навстречу Земле, и ее скорость совпала со скоростью аппарата, запущенного с Земли. Пылинки кометы даже повредили некоторые приборы «Джотто», но в целом станция полностью справилась с поставленной задачей.

Помимо «Джотто» через голову кометы Галлея в это же время прошли американские станции «Вега-1» (в 8900 км от ядра) и «Вега-2» (в 7900 км от ядра), а также японский аппарат «Планета-А» (в 150000 км от ядра). Они двигались дальше от ядра, но зато через менее концентрированное вещество и «видели» комету в целом.

До 1986 года кометные ядра, скрытые толщей газов и пыли кометной головы, не были доступны для наблюдения. «Джотто» впервые сфотографировал ядро кометы Галлея с близкого расстояния.

Ядро оказалось неправильной вытянутой формы размером 16x8 км. Сверху, как и предполагали, находилась корка из темного тугоплавкого вещества. Лед под пылью. Поверхность ядра была холмистой и «усыпанной» метеоритными кратерами. Газы вырывались из кометного ядра струями, пробив в нескольких местах корку. Наблюдались две большие и две малые струи. За сутки расходовалось 100000 тонн льда из головы кометы, состоявшей изо льда.

Удалось определить химический состав кометы. Достоверно выяснено, что в ядре кометы Галлея присутствуют замерзшие вода (Н₂O) и углекислый газ (СO₂). Предположительно есть также синильная кислота (HCN), аммиак (NH₃) и метан (СН₄). Когда эти вещества испаряются, образуются разнообразные вторичные молекулы, известные по наблюдениям спектра комет с Земли. Достоверно обнаружены, в частности, СО, CN, С₂, С₃, СН, NH, NH₂, ОН (химически активные молекулы, радикалы и т. п., образующиеся при взаимодействии кометного вещества с потоком солнечной плазмы и светом).

Интересно обнаружение различных органических веществ: углеводородов (пентан, гексан, бутадиен, бензин, толуол и др.), азотсодержащих (аминокислоты пурин и аденин), кислородсодержащих (метиловый и этиловый спирт), содержащих одновременно кислород и азот (метанолнитрил). Это еще одно подтверждение того, что органические вещества могут возникать и без участия живых организмов.

Когда комета Галлея уже отходила от Солнца и была между Сатурном и Марсом, на ней наблюдалась длительная вспышка, увеличившая яркость кометы в 300 раз. Что это было? Столкновение с астероидом? Но почему долгая вспышка? После столкновения от перегрева пошли какие-то химические реакции? Или сбита корка, и газы устремились наружу из многих трещин?

Кстати, даже «повседневная» активность ядра кометы Галлея, по представлениям ряда исследователей, слишком велика, чтобы объяснить ее воздействием только солнечной энергии. Есть, например, предположение, что углерод и органические вещества кометы воспламеняются в кислороде и горение уходит под кору кометы, в результате чего выбрасывается так много угарного газа и копоти (С, С₂, С₃). Со струями при горении выбрасывается и пыль. При каждом приближении к Солнцу комета Галлея теряет до 250 млн тонн вещества, которого хватит еще на 170000 лет при той же скорости испарения. Но скорость может измениться: корка тугоплавкого вещества может стать толще и замедлить испарение, а внезапный распад кометы — резко ускорить его.

Помимо изучения кометы Галлея в последние годы астрономы имели возможность наблюдать падение кометы Шумейкера — Леви-9 на Юпитер. С 16 июля 1994 года в течение недели эта комета, распавшаяся на части, буквально бомбила планету.

Сначала она прошла близко от Юпитера, и он разорвал ее своими приливными силами на 20 видимых с Земли обломков. Они выстроились в цепочку, а потом один за другим упали на Юпитер со скоростью 60 км/с. Это происходило на скрытой от нас стороне планеты, но когда планета поворачивалась, видны были следы падений (иные цвет и форма облаков).

Первый обломок был размером примерно в 1 км. За горизонтом Юпитера наблюдалась вспышка ярче Ио. Вихрь, родившийся в атмосфере, наблюдался несколько суток. Крупнейший обломок диаметром до 10 км создал выброс раскаленного столба газов, сравнимый по яркости с самим Юпитером. Радиояркость планеты тоже возросла. След был виден много месяцев.

Быстро вращающийся Юпитер подставлял комете свои разные участки, и следы падений образовали цепочку. Это самая большая из наблюдавшихся космических катастроф в Солнечной системе. После нее в США было создано научное подразделение по прогнозу подобных катастроф (наблюдения за подходящими близко к Земле астероидами и кометами).

В связи с этим родилась гипотеза, объясняющая рождение цепочек кратеров (катенов) на Луне и других небесных телах. В частности, на Земле, в Республике Чад, с корабля «Spasce Shuttle Endeavor» при помощи бортового радара обнаружена цепочка из трех метеоритных кратеров. Возраст кратеров — 360 млн лет, предполагаемый диаметр тела — 11–16 км, предполагаемый размер обломков — не менее 1,6 км. Катенов много на спутниках Юпитера, причем все они расположены на стороне, обращенной к Юпитеру.

В 1997 году окрестности Земли посетила крупная комета, открытая американскими астрономами-любителями Хейлом и Боппом в 1995 году. Ее период — 3000 лет, диаметр ядра — примерно 100 км. Она прошла в 200 000 000 км от Земли. У кометы было два хвоста: голубой — газовый и желтоватый — пылевой.

Когда комета уже уходила, был открыт третий хвост — из атомов натрия, прямой и желтый. Такой хвост наблюдался впервые. Диаметр ядра — 50 км, что тоже достаточно много. Уходящая комета достаточно долго сохраняла активность, и кома у нее была видна на большем удалении, чем Сатурн.

В 2001 году американский аппарат «Deep Space-1» подошел к комете Борелли и сфотографировал ее. Ядро имеет удлиненную форму размером в 8 км, но скоро распадется на две части. Уже сейчас в центральной части ядра заметны многочисленные трещины, столбы газа и пыли.

В 2004 году комету Вильда-2 изучали с помощью космического аппарата «Stardust», стартовавшего в 1999 году.

Стоит упомянуть также падение метеорита 26 августа 1992 года в Голландии. 10 человек наблюдали вспышку. Был слышен взрыв. Отмечено сотрясение Земли из-за акустической ударной волны. Метеорит поперечником 1 м взорвался и испарился, как и Тунгусский метеорит, который, скорее всего, тоже был обломком кометного ядра или ядром совсем маленькой кометы.

От исчезнувших комет, как уже говорилось, остаются потоки метеорной пыли. Постепенно пылинки теряют упорядоченность движения и разлетаются по окрестностям Солнца, выпадая на планеты. Каждый год на Землю приносится около 300 тонн органического вещества. Количество такого вещества может достигать 10 000 тонн.

На метеорных остатках и вулканической пыли на высоте 70–90 км вырастают ледяные кристаллы, образуя серебристые облака, которые хорошо видны летними ночами в средних широтах. Под утро метеоров больше, так как Земля движется вперед утренней стороной. Есть годичная вариация из-за наклона земной оси. У экватора метеоров больше.

Один из самых мощных метеорных дождей наблюдался в 1966 году при прохождении Земли через поток Леонид. Над Северной Америкой было зарегистрировано до 150000 метеоров в час. Мощный дождь ожидали и в 1998 году, когда Земля сближалась с кометой Темпе-ла — Туттля, которая за этот поток ответственна. Но наблюдалось только 200–300 метеоров в час, хотя и это в 20 раз больше, чем средняя интенсивность Леонид.

В разных местах земного шара находят тектиты — стекла черного и темно-зеленого цвета, имеющие сферическую или каплевидную форму. Загадка тектитов до сих пор не разгадана. Есть гипотеза об их происхождении, связанная с вулканической деятельностью на планете. Но так же активно рассматривается гипотеза о том, что они имеют прямое отношение к тугоплавкой составляющей короткопериодических комет, врезавшихся в Землю.

 

ЖИЗНЬ, РОЖДЕННАЯ КОСМОСОМ

 

Результаты новых экспериментов свидетельствуют о том, что первые «кирпичики» жизни могли попасть на Землю из космоса. Выяснилось, что поляризованное космическое излучение разрушает одни виды аминокислот, оставляя неизменными другие. Это означает, что молекулярные строительные блоки, из которых складываются составляющие основу жизни на Земле «левосторонние» белки, могут формироваться в открытом космосе. Тем самым находит подтверждение гипотеза, что именно молекулы космического происхождения являются источником жизни как на Земле, так и на других планетах.

Молекулы аминокислот теоретически могут существовать в двух «зеркальных» формах — левосторонней и правосторонней. Тем не менее во всех естественных белках земных организмов имеются только левосторонние формы аминокислот — загадка, известная как проблема отсутствия зеркальной симметрии, или проблема хиральности.

«Ключевым вопросом является выяснение причины, приводящей к асимметрии, — говорит Уве Майергенрих из Университета Ниццы в София-Антиполисе (Франция). — Согласно одной из теорий, белки изначально состояли из двух типов аминокислот, существовавших на ранней Земле, но почему-то выжили только левосторонние». Доктор Майергенрих и его коллеги предложили иную гипотезу. «Мы утверждаем, что молекулярные строительные блоки живой природы всегда формировались в межзвездном пространстве», — полагают они.

Ученые считают, что определенным образом «ориентированное» космическое излучение разрушило большую часть правосторонних аминокислот, входивших в состав ледяной пыли, из которой образовалась Солнечная система. Попав на планеты в составе комет и метеоритов, эта пыль обеспечила их избытком левосторонних аминокислот, которые сейчас являются основой белков живой природы на Земле.

 

Без физики не обойтись

Известно, что электромагнитное излучение может быть поляризованным или неполяризованным. Основным механизмом возникновения поляризации является рассеяние излучения на мелких частицах — атомах, пылинках, молекулах. Поляризация может быть линейной или круговой. В первом случае существует определенная плоскость, в которой происходит колебание вектора напряженности электрического поля. В случае круговой поляризации направление колебания электрического вектора находится в плоскости, перпендикулярной лучу зрения. В зависимости от направления вращения электрического вектора круговая поляризация может быть либо правосторонней, либо левосторонней.

Считается, что излучение приобретает круговую поляризацию, когда оно проходит через области пространства, заполненные определенным образом ориентированными пылинками. Их ориентация определяется магнитными полями, существующими в областях Вселенной, намного превышающих по размеру Солнечную систему. По современным оценкам, 17 % всего излучения в любой точке пространства имеет круговую поляризацию.

В 2000 году был проведен эксперимент, в котором равное количество левосторонних и правосторонних аминокислот облучалось ультрафиолетовыми лучами с определенным направлением круговой поляризации. В результате облучения пропорция была нарушена приблизительно на 2,5 %, т. е. поляризованное излучение привело к преимущественному распаду одного из видов аминокислот. Следует учесть, что в данном эксперименте аминокислоты находились в жидкой среде, где они реагируют на внешнее воздействие несколько иначе, чем обледеневшая пыль в открытом космосе. С другой стороны, чтобы избежать поглощения излучения молекулами воды, в этом эксперименте длина волны облучающего излучения была 210 нм, в то время как максимум интенсивности космического излучения приходится на 120 нм.

Группа ученых под руководством д-ра Майергенриха провела похожий эксперимент. Облучению подвергалось равное количество правосторонних и левосторонних молекул одного из видов аминокислот лейцина, нанесенных на твердую пленку. Излучение с левосторонней поляризацией и несколько меньшей длиной волны — 180 нм — производило избыток левосторонних аминокислот на 2,6 %.

«Приближение к реальным условиям космического пространства за счет использования разных длин волн и твердотельных образцов является логичным шагом вперед, — считает Макс Бернстайн из Научно-исследовательского центра НАСА им. Эймса в Калифорнии, работавший независимо от группы д-ра Майергенриха. — Это исследование согласуется с предыдущими измерениями избытка левосторонних аминокислот в двух метеоритах. Если обследованные метеориты не являются исключением из правила, это означает, что аналогичный избыток должен наблюдаться во всей Солнечной системе».

Что касается других планетных систем, то, поскольку каждая из них образуется в различных космических условиях, где поляризация излучения может быть и правосторонней, вполне возможно, что они содержат избыток правосторонних аминокислот. Образовавшиеся в космических условиях аминокислоты с одной преимущественной поляризацией могут быть занесены в различные планетные системы, а значит, вероятность найти жизнь вне Земли растет.

Однако подлинная проверка этой теории станет возможной, когда в руки ученых попадут образцы материала кометы Чурюмова — Герасименко. Они будут собраны зондом «Rosetta» Европейского космического агентства, который в 2014 году совершит мягкую посадку на поверхность кометы. Майергенрих сконструировал инструмент для посадочного модуля, который произведет измерение «ориентации» аминокислот вещества кометы, если они будут там найдены. «Если нам удастся обнаружить левосторонние аминокислоты в веществе поверхности кометы, — полагает ученый, — это подтвердит гипотезу о том, что строительные блоки белков образовались в космическом пространстве и были занесены на Землю посредством упавших на ее поверхность комет и микрометеоритов».

Гипотезой о внеземном происхождении жизни является теория панспермии — занесения «зародышей жизни» из космоса. Предполагается, что в мировом пространстве имеются частицы вещества, пылинки, на которых могут быть живые споры микроорганизмов. Попадая на планету с подходящими для микроорганизмов условиями, они и порождают жизнь на этой планете.

При изучении вещества метеоритов (главным образом хондритов) и комет были обнаружены спирты, карбониловые соединения, вода, синильная кислота, формальдегиды и т. д. Большая часть молекул, обнаруженных в межзвездных облаках, относится к простейшим соединениям углерода, в том числе к аминокислотам. Предшественники аминокислот в 1975 году были найдены и в лунном грунте. Поскольку метеориты типа углистого хондрита довольно часто падают на Землю из космоса, можно предположить, что образование органических соединений в космосе — событие, скорее, типичное и довольно распространенное.

Несмотря на то что о существовании жизни вне Солнечной системы сказать однозначно и определенно пока достаточно сложно, существует гипотеза о возникновении жизни на Земле практически одновременно с моментом образования самой Земли — около 4,6 млрд лет тому назад. И тогда условно можно считать, что жизнь зародилась в момент создания Солнечной системы, в том числе и Земли, т. е. в космосе.

Любители экстравагантных доказательств этой теории черпают свои аргументы в подтверждениях прилетов инопланетян на Землю, НЛО, в наскальных, топологических рисунках на поверхности Земли и т. д. Следует заметить, что подобная гипотеза не дает ответа на вопрос о механизме изначального возникновения жизни, а просто переносит эту проблему в другое место во Вселенной.