В одном из наших прошлых номеров мы уже писали о программе посадочного аппарата "Бигль-2" Европейского Космического Агенства, которая включает в себя задачу поисков жизни на Марсе. В этом номере мы решили вновь остановиться на проблеме марсианской жизни и, прежде всего, обратимся к истокам данного вопроса. Итак - откуда, помимо мистических прозрений древних первооткрывателей и классификаторов "марсианских каналов", проистекает предположение о возможности наличия жизни на Красной Планете?

В августе 1996 учеными НАСА было сделано заявление, что они нашли свидетельство существования жизни на Марсе, если и не в данное время, то в некоем отдаленном прошлом, в виде следов окаменелых бактерий в метеорите ALH 84001, который предположительно имеет марсианское происхождение. Лабораторные исследования метеорита ALH 84001 позволили обнаружить в нем структуру около 100нм в длину, которая могла бы быть объяснена как окаменелость органического происхождения.

Окаменелость в метеорите ALH 84001

Это заявление породило беспрецедентный научный и общественный интерес к Марсу и проблемам его изучения. Европейским Космическим Агенством было принято решение о направлении миссии, посвященной поиску жизни, к Красной Планете, о чем было объявлено в 1997 году. В честь исторического путешествия Чарльза Дарвина на корабле "Бигль", которое привело к написанию им труда "О происхождении видов", посадочный аппарат этой миссии получил название "Бигль2".

Вид "Бигль2" в рабочем состоянии.

В 1970-ых НАСА уже пыталось ответить на вопрос "Есть ли жизнь на Марсе?". Эксперименты программы "Викинг" (речь о них пойдет далее) были признаны не указывающими на какую-либо биологическую деятельность, однако и не смогли полностью поставить крест на вопросе о марсианской жизни. Результаты тех экспериментов были интерпретированы как следствия химических реакций марсианского грунта, однако же, вывод экспертов, казалось, не был бесспорен даже для них самих.

Напомним, что программа "Викинг", осуществленная НАСА в семидесятых годах прошлого века и столь сильно увеличившая наши познания о Марсе, была выполнена двумя космическими кораблями - "Викинг 1" и "Викинг 2", каждый из которых состоял из орбитального и посадочного аппаратов. Орбитальный и посадочный аппарат, при полной заправке, вместе имели массу 3530 кг. После разделения и приземления посадочный аппарат имел массу приблизительно 600 кг (это против посадочной массы "Бигль2", которая составляет порядка 30 кг), а масса орбитального аппарата составляла порядка 900 кг. При этом стоит отметить, что посадочный аппарат был подвергнут обработке и заключен в специальную оболочку, задачей которой было предотвращение загрязнения поверхности Марса земными микроорганизмами. Вес научной аппаратуры каждого посадочного аппарата составлял приблизительно 91 кг.

Вид марсианского ландшафта, зафиксированный камерами посадочного аппарата

Главные цели программы состояли в том, чтобы получить изображения Марсианской поверхности высокого разрешения, осуществить анализ структуры и состава атмосферы и поверхности, и искать свидетельства наличия жизни на Красной Планете. "Викинг 1" был запущен 20 августа 1975 г. и достиг Марса 19 июня 1976 г. Первый месяц работы на орбите был посвящен изучению поверхности, с целью поиска подходящего участки приземления для посадочного аппарата. 20 июля 1976 г. посадочный аппарат "Викинга 1" приземлился на Равнине Хриса (22.48 ° N, 49.97 ° W). "Викинг 2" был запущен 9 сентября 1975 г. и выведен на орбиту Марса 7 августа 1976 г. Посадочный аппарат "Викинга 2" приземлился на Равнине Утопии (47.97 ° N, 225.74 ° W) 3 сентября 1976 г. Орбитальные аппараты совершили фотографирование всей поверхности Марса с разрешением от 150 до 300 метров. Посадочные аппараты "Викингов" передали на Землю изображения поверхности Марса, взяли и проанализировали поверхностные образцы в целях установления их состава и наличия каких-либо признаков жизни, произвели работы по изучению атмосферного состава, сейсмологии и метеорологии планеты.

Эксперименты "Викингов" дали нам большую часть имеющейся в нашем распоряжении информации о Марсе на настоящее время. Вулканы, лавовые равнины, огромные каньоны, кратерированные области, сформированные ветром детали поверхности и свидетельства эрозионной деятельности некогда существовавшей на планете поверхностной воды были зафиксированы камерами орбитальных аппаратов. Планета, которая до эпохи открытий "Викингов" представлялась ученым в виде однообразной равнины, оказалась обладающей очень неожиданным и резко различным в разных своих областях рельефом; выяснилось, что на ней имеется два главных региона - северные низкие равнины и южная кратерированная горная местность. Поверхностный материал на обоих участках приземления может лучше всего быть охарактеризован как богатая железом глина. Измеренные температуры на участках приземления находились в промежутке от 150 до 250 K, с изменениями в течение марсианского дня в промежутке от 35 до 50 K. Были также проведены наблюдения сезонных марсианских явлений - таких, как пылевые бури, изменения давления и транспортировка атмосферных газов между полярными шапками.

Посадочный аппарат "Викинг"

Одна из главных целей программ "Викингов" были поиски жизни на Красной Планете. В рамках поисков внеземной жизни был выполнен ряд экспериментов с пробами марсианского грунта.

Эксперимент по пиролизному разложению был предназначен для выявления процесса фотосинтеза с участием углерода, содержащегося в атмосфере. Пробы грунта выдерживались в течение пяти суток в среде, идентичной существующей на поверхности планеты, но к атмосферному газу добавлялись окись и двуокись углерода, меченные радиоактивным изотопом С-14. Образцы освещались ксеноновой лампой, имитирующей солнечный свет, при этом ультрафиолетовое излучение поглощалось фильтром, для исключения небиологических эффектов. Затем грунт был прогрет до 6250С. При этом органические вещества, если бы они возникли, должны были бы разложиться, причем образовавшиеся пары были бы радиоактивны.

Разрабатывая эксперимент по газовому обмену, ученые предполагали, что марсианская жизнь должна использовать воду в качестве растворителя. Образец грунта помещался в пористый сосуд, расположенный в инкубационной камере, заполненной атмосферой из углекислого газа, криптона и гелия при марсианском атмосферном давлении. В течение первых семи суток сосуд выдерживался в этой камере над смесью органических питательных веществ, растворенных в воде, после чего химический состав газа над грунтом определялся с помощью газового хроматографа. Контролировалось содержание водорода, азота, кислорода, метана, углекислого газа, а также криптона, взятого в качестве эталона. При наличии микроорганизмов в грунте должен был измениться газовый состав атмосферы в камере. При отсутствии признаков биологической активности уровень жидкости мог подняться до дна пористого сосуда.

Эксперимент с разложением метки был также основан на допущении о необходимости воды для существования гипотетической марсианской жизни. Предполагалось, что микроорганизмы должны усваивать органические молекулы и ионы из раствора питательных веществ ("бульона") и выделять в результате такого цикла газ, содержащий, в частности, углерод питательного раствора. Этим раствором, меченным радиоактивным изотопом С-14, смачивался образец грунта, помещенный в закрытую темную камеру с марсианским "воздухом". Затем измерялся уровень радиоактивности газа в камере, чтобы определить, не выделились ли какие-нибудь соединения углерода в результате жизнедеятельности марсианских организмов.

Хотя все три биологических эксперимента дали положительные результаты, был сделан вывод, что они, вероятно, имеют небиологическую природу и могут быть объяснены неорганическими реакциями питательного раствора с веществом марсианской пустыни. Частицы грунта, по-видимому, покрыты окисью железа; это покрытие образуется в разреженной атмосфере с крайне низким содержанием воды при наличии интенсивного ультрафиолетового излучения. Бурные реакции в двух случаях (кроме эксперимента с пиролизным разложением метки) могли иметь место и при отсутствии органического вещества на Марсе.

И вот теперь к Марсу отправлен "Бигль2", какими методами собирается он искать марсианскую жизнь? Было предположено, что если в настоящее время на Марсе есть жизнь, то, наиболее вероятно, она существует в виде неких микроорганизмов типа бактерий, способных получать энергию от процесса превращения углекислого газа в метан, который, в конечном счете, выделяется в атмосферу. Такая жизнь способна существовать под поверхностью, будучи там защищенной от неблагоприятных условий. Микроорганизмы, производящие метан, распространены и на Земле - они обитают во внутренностях животных, в болотах, они же ответственны за разложение органических веществ мусорных свалок и т.п., внося своей жизнедеятельностью вклад в концентрацию метана в атмосфере Земли.

На поверхности метан разрушается химическими реакциями, так что, если он окажется обнаружен, даже в очень невысоких концентрациях, это будет значить, что имеет место непрерывное пополнение и биологическая деятельность будет в таком случае наиболее вероятной его причиной. В случае существования метана в атмосфере, он достаточно легко распространяется в ней и может позволить обнаружить жизнедеятельность микробов даже на значительном удалении.

Среди экспериментального оборудования "Бигль2" имеется масспектрометр, который предназначен для анализа образцов на предмет обнаружения в них химических следов биологических процессов. В данном приборе предусмотрено средство нагрева твердого образца (почвы или скалы) с пошаговым увеличением температуры, причем каждый шаг температурного роста будет сопровождаться снабжением камеры эксперимента кислородом. Любое углеродсодержащее вещество будет при этом постепенно окисляться, давая в результате углекислый газ. Газ, образующийся на каждом температурном шаге, будет поступать к масспектрометру, который будет измерять количество углекислого газа, полученного при нагреве образцов. Инструмент будет также фиксировать количественное отношение концентраций двух устойчивых изотопов углерода. Другие газы, включая азот и метан, также будут проанализированы этим инструментом.

Сгорание, произведенное пошагово, при разной последовательности температур, дает много других преимуществ. Оно позволит получить информацию о сложности углеродсодержащих структур - известно, что биологические вещества горят в диапазоне от 200 до 500 °C, углерод, связанный в карбонаты или находящийся в чистом элементном виде, переходит в газообразные формы при значительно более высоких температурах. Таким образом, пошаговый, ступенчатый метод сжигания позволит отличить между собой углерод различного происхождения - органического и неорганического.

Пошаговый эксперимент сжигания, в котором углерод из различных соединений, содержащихся в пробе, преобразовывается в углекислый газ, может показать различия в изотопном составе между предполагаемыми биологическим и небиологическим периодами сжигания углеродсодержащих веществ в пробе. Отношение содержания двух устойчивых изотопов углерода может дать ключ к определению типа образования углеродсодержащего соединения пробы. Считается доказанным положение о том, что карбонаты, получившиеся в результате растворения в воде атмосферного углекислого газа, и органические углеродсодержащие составы, сформированные живущими организмами, должны иметь различие в соотношении изотопов. Существование такого разделения известно на Земле, в самых старых известных отложениях обнаружено изотопное фракционирование такого рода. Обработка данных большого множества земных образцов показала, что различия между отношениями изотопов в углеродсодержащих веществах органического и минерального происхождения дают возможность явного обнаружения и отличия следов жизни даже в экземплярах, где нет никаких видимых окаменелостей.

Напомним, что, в рамках программы "Викинг" молекулярный анализ проб, взятых с марсианской поверхности, уже проводился. Размельченные образцы грунта нагревались до 200, 350 и 500оС в течении 30с. Летучие соединения и вещества, образовавшиеся при нагревании, сначала анализировались в колонках газового хроматографа, а затем улавливались палладиевым сепаратором для дальнейшего анализа в масс-спектрометре. Присутствия органических веществ зарегистрировано не было, зато при нагреве до 350 и 500оС было зафиксировано выделение значительных количеств воды.

Эксперименты, предназначенные для обнаружения химических следов жизни, могут оказаться дискредитированы присутствием земных организмов. В данном случае присутствие даже мертвых спор или каких-либо других содержащих углерод органических остатков является недопустимым в приборах, участвующих в данном анализе, поэтому уровень требований к качеству стерилизации "Бигль2" гораздо выше, чем для прочих космических аппаратов, отправляемых на другую планету.

"Бигль2" планируется посадить в области Марса под названием Равнина Изиды (Isidis Planitia). Пока неизвестно точно, где в этом районе "Бигль2" осуществит посадку; предполагается, что она будет осуществлена в пределах эллипса 174 км 106 км, с координатами 11.6о N, 269.5о W (см. карту).

Предполагаемый "эллипс" приземления на Равнине Изиды

Равнина Изиды - вероятно, очень древний бассейн ударного происхождения, порожденный столкновением кометы или астероида порядка 50 км диаметром с поверхностью Марса приблизительно 3-4 миллиарда лет назад. Впоследствии он, возможно, был затоплен вулканической лавой. Главные факторы в выборе Равнины Изиды как района приземления - то, что высотное расположение равнины относительно "нулевого уровня" является низким и это позволяет с большей эффективностью использовать при посадке парашюты, и то, что она находится лишь слегка к северу от экватора - это позволит воспользоваться преимуществом относительно теплых весенних ночей и таким образом уменьшить затраты тепла на обогрев электроники. Насколько может быть ясно до приземления, поверхность в пределах эллипса посадки представляет собой равнину, усыпанную скальными обломками в основном небольших размеров. Наиболее детальные изображения, полученные предыдущими миссиями орбитальных аппаратов, показывают несколько горных хребтов и многочисленные конусы, по нескольку сотен метров в поперечнике; возможно, они были произведены маленькими взрывчатыми вулканическими извержениями. Если так, то они указывают на присутствие льда в подпочвенных слоях, делая Равнину Изиды привлекательным местом для поисков признаков жизни.

Что за вид будет наблюдаться с места посадки? Наиболее вероятно, что это будет усыпанная камнями равнина, имеется немного шансов такого приземления, чтобы был виден какой-либо из вулканических конусов. Возможно также, что удастся увидеть некоторые дюнообразные образования, однако малая высота расположения камер обзора, к сожалению, не позволит рассмотреть достаточно большие пространства вокруг посадочного аппарата.

Итак, "Марс Экспресс" с посадочным аппаратом "Бигль2" на борту уже движется по направлению к Марсу. Остается только надеяться на успешность этой миссии и ожидать получения с ее помощью новой информации о Красной Планете.

По материалам сайтов НАСА и Европейского Космического Агенства.

Сopyright 2002-2021 © Сайт "Галактика" • Проект "Астрономическая энциклопедия" • Идея, дизайн, хостинг, веб-мастер сайта - Кременчуцкий Александр, Москва.