Марс: красная планета с уникальными условиями

Марс — четвертая планета от Солнца, известная своим характерным красным оттенком. Этот оттенок обусловлен присутствием на поверхности окислов железа, фактически представляющих собой ржавчину в планетарном масштабе. Марс принадлежит к классу землеподобных планет, обладает твердой поверхностью, состоящей в основном из базальтовых пород. Размеры Марса примерно вдвое меньше Земли, а его масса составляет всего 11% от земной. Гравитация на поверхности Марса примерно в три раза меньше земной.




Марсианские сутки (сол) почти совпадают с земными и составляют около 24,6 часов, однако год на Марсе намного длиннее — 687 земных суток. Атмосфера Марса чрезвычайно разрежена и состоит преимущественно из углекислого газа с примесями азота и аргона. Температурные колебания на поверхности велики: от крайне низких −78,5 °C до относительно теплых +5,7 °C.

Геологическая история планеты делится на три периода: древний Ноахийский, характеризующийся интенсивными метеоритными ударами и наличием жидкой воды; Гесперийский, связанный с активным вулканизмом и формированием обширных лавовых равнин; и Амазонийский, когда поверхность стала сухой и пустынной, с преобладанием ветровой эрозии.

На Марсе есть два небольших спутника — Фобос и Деймос. Фобос постепенно приближается к планете и в будущем может либо столкнуться с ней, либо разрушиться, образовав кольцо.

Минералогия марсианской пыли: открытие ферригидрита

Долгое время считалось, что красный цвет поверхности Марса обусловлен гематитом — стабильной формой оксида железа. Однако последние исследования с использованием спектроскопических методов и лабораторных экспериментов показали, что основной минерал марсианской пыли — ферригидрит. Это плохо кристаллизованный гидратированный оксид железа, формирующийся только в водной среде при низких температурах.




Ферригидрит обладает характерными спектральными признаками, такими как глубокая полоса поглощения в области 3 микрометров, что указывает на присутствие связанной в минерале воды. Лабораторные опыты, проведенные в условиях, близких к марсианским (низкое давление, углекислотная атмосфера, ультрафиолетовое излучение), подтвердили устойчивость ферригидрита и сохранение его структурных характеристик в течение длительного времени. Наилучшее соответствие реальным спектрам марсианской пыли достигалось при смеси ферригидрита с базальтом в пропорции около 20–33%.

Это открытие говорит о том, что Марс «заржавел» в условиях, когда на его поверхности еще существовала жидкая вода. Вероятно, ферригидрит сформировался в поздний Гесперийский период, около 3 миллиардов лет назад, когда климат был холодным и влажным, а вулканическая активность обеспечивала необходимые условия для окисления железа.

Опасности марсианской пыли для человека

Марсианская пыль представляет собой мельчайшие частицы размером около 3 микрометров, способные глубоко проникать в легкие. Она содержит токсичные вещества, такие как перхлораты, кремнезем, нанофазные оксиды железа и тяжелые металлы (хром, кадмий, бериллий, мышьяк). Эти компоненты могут вызывать серьезные заболевания: от хронического воспаления и фиброза легких до нарушений работы щитовидной железы и даже онкологических заболеваний.




Особую опасность представляет микрогравитация, которая усугубляет воздействие токсичных частиц, снижая естественные защитные механизмы организма. Кроме того, высокая радиационная нагрузка на поверхности Марса увеличивает риск развития онкологии и других патологий.

Меры защиты при освоении Марса

Для минимизации рисков необходимы специальные инженерные решения и медицинские меры. К первым относятся улучшенные конструкции скафандров с функциями очистки от пыли, герметичные шлюзы, эффективные системы фильтрации воздуха в жилых модулях. Важную роль играет и оперативное планирование: сокращение времени, проведенного вне защищенных пространств, и строгий контроль за чистотой помещений.




К медицинским контрмерам относятся профилактические препараты (например, препараты йода для нейтрализации перхлоратов), антиоксиданты (витамин C для снижения токсичности хрома), а также средства симптоматической терапии, такие как бронхолитики и кислородная поддержка.

Научные задачи будущих миссий на Марс

Основными целями дальнейших исследований Марса являются поиск признаков существования жизни в прошлом, изучение климатических и геологических условий, а также подготовка к высадке человека.




Важнейшее значение имеет анализ образцов марсианского грунта, которые будут доставлены на Землю в рамках миссий Mars Sample Return и Rosalind Franklin. Это позволит детально изучить состав пыли и подтвердить присутствие ферригидрита, уточнив условия его образования и эволюцию марсианского климата.

Радиация и другие вызовы марсианской среды

Помимо пылевых рисков, серьезной угрозой является радиация, исходящая от галактических космических лучей и солнечных вспышек. Атмосфера Марса слишком разрежена, чтобы обеспечить эффективную защиту, поэтому необходимы надежные системы радиационной защиты и постоянный мониторинг дозы облучения.




Также важен учет особенностей марсианского грунта и рельефа при проектировании техники и жилых модулей. Неустойчивость грунта, наличие камней и сложных форм рельефа требуют тщательной подготовки и испытаний оборудования в земных условиях, максимально приближенных к марсианским.

Комплексный подход, объединяющий усилия планетологов, инженеров, медиков и специалистов по радиационной безопасности, позволит максимально эффективно подготовиться к будущим пилотируемым миссиям и обеспечить безопасность людей в экстремальных условиях Красной планеты.

Крис МакКей | Жизнь на Марсе: прошлое, настоящее, будущее

Источник

Крис Маккей из Foresight Space Group выступил с докладом. Его работа охватывает широкий спектр областей: геологию, геохимию, атмосферы планет, науку о Солнечной системе в целом, с особым акцентом на жизнь в Солнечной системе – жизнь на Марсе, Энцеладе, Титане, потенциальную жизнь даже на Венере, а также жизнь в экстремальных условиях на Земле. Он также занимается миссиями на Марс, пилотируемыми полетами, терраформированием и многими другими аспектами.

Это очень интересный человек с впечатляющим набором достижений и должностей. Я планирую рассказать о жизни на Марсе: почему эта тема интересна, что сейчас происходит и какие вопросы стоят перед нами. Надеюсь, у нас будет много времени для вопросов, поскольку для меня это всегда самая интересная часть, а то, что я собираюсь сказать, мне уже известно. Хотя дата выступления несколько раз менялась, нам удалось ее согласовать. Мы с Крияном долго пытались организовать эту встречу, и я рад возможности выступить перед вами. Я хотел бы рассмотреть вопросы, которые я называю «Марсианскими вопросами», все они, на мой взгляд, связаны с жизнью.

Я сгруппирую их по трем временным категориям: прошлое, настоящее и будущее. Первый вопрос: была ли жизнь на Марсе? И если да, то было ли это «вторым генезисом»? Второй вопрос: способен ли Марс поддерживать жизнь? Является ли он местом, где люди могут жить и работать? Важно подчеркнуть, что это именно вопрос, поскольку бытует много легкомысленных предположений, что ответ на него утвердительный и его даже не нужно задавать. Но мы к этому вернемся. Наконец, будущее жизни. Может ли Марс иметь биологическое будущее? Опять же, это вопрос. Некоторые говорят так, будто ответ уже известен, но это не так. Нам предстоит много работы, чтобы найти ответы на все эти вопросы.

Начнем с прошлого: поисков второго генезиса жизни. Я говорю именно о поиске второго генезиса, а не просто жизни. Мне неинтересно обнаружить жизнь на Марсе, если окажется, что она является лишь частью земной биологии. Это как найти сумчатых в Австралии – любопытно, возможно, потянет на одну-две статьи, но не станет фундаментальным прорывом в нашем понимании жизни во Вселенной, ведь они родственны нам. Проще всего понять это, взглянув на «Древо жизни». Оно показывает, что вся жизнь на Земле имеет общую биогенетическую и биологическую историю. Это единая жизнь, какой мы ее знаем, восходящая к одному универсальному общему предку – небольшому корню этого древа.

Здесь представлены бактерии, археи и эукариоты, включающие обычные растения, животных и прочее. Почему открытие второго генезиса важно? Практически, это дало бы нам еще один тип биохимии для сравнения – «жизнь 2.0". Многие из наиболее значимых применений науки для человеческой жизни коренятся в биологии: сельское хозяйство, медицина, борьба с вредителями, размножение – все, что действительно важно. Если проследить их истоки, они, вероятно, ведут к биологии или биохимии. Таким образом, наличие другого примера жизни могло бы дать нам глубочайшие прозрения. Когда меня припирают к стенке, я привожу следующий пример: взгляните на древо жизни. Здесь есть две ветви микроорганизмов: бактерии и археи.

Обе обитают в нашем теле. Бактерий больше, но и архей несчетное количество, миллиарды тех и других. Однако только бактерии вызывают болезни. С археями не связано никакой патологии, тогда как с эукариотами в нашем теле, например, связан рак. Эукариоты и бактерии могут бесконтрольно расти, но археи в нашем теле всегда «хорошо воспитаны» и никогда не выходят из-под контроля. Почему? Мы понятия не имеем. Я спрашивал умных микробиологов, почему нет патогенных архей. Более вдумчивый микробиолог сказал, что патогенные археи существуют, просто мы их еще не открыли. Возможно, это как-то связано с природой древа жизни. И, возможно, только найдя другие «древа», мы сможем понять наше.

Таким образом, второй генезис, который мы ищем, это не просто другая ветвь нашего древа жизни – это инопланетная жизнь. Важно отметить, что я определяю инопланетную жизнь не географически. Вы не инопланетянин в зависимости от места происхождения, независимо от политических определений. Вы инопланетянин, если ваша биохимия отличается от нашей. Так, если мы найдем жизнь на Марсе, и она будет соответствовать нашему древу жизни, это не будет инопланетной жизнью. Но если мы обнаружим нечто совершенно иное прямо у себя во дворе, что не вписывается в наше древо жизни, это будет инопланетянин. У нас могут быть инопланетяне прямо здесь, которых мы пока не нашли.

В каком-то смысле, моя должностная инструкция – это поиск инопланетян на других мирах. Когда я сажусь в самолет и сосед пытается завязать разговор, я говорю: «Я работаю на правительство и ищу инопланетян на других мирах». И, о, это мгновенно прекращает беседу, и я наслаждаюсь тихим полетом. Иногда даже получаю целый ряд в свое распоряжение. Серьезно говоря, это важно не только для сравнения биохимии, но и для понимания того, что жизнь распространена во Вселенной, согласно правилу «ноль-один-бесконечность». Может быть, во Вселенной существует только один тип жизни. Мы знаем, что это не ноль. Но если мы найдем два, это немедленно укажет на то, что их миллиарды.

Почему Марс является целью? Очевидные ответы: свидетельства существования жидкой воды в прошлом, наличие атмосферы, указывающее на элементы, необходимые для жизни. И, что важно, Марс долгое время был холодным и сухим, поэтому есть хороший шанс, что если там существовала жизнь, ее следы хорошо сохранились, как в морозильной камере. Почему Марс непригоден для жизни? Проще говоря, потому что он слишком мал. Если Марс изначально, как мы полагаем, пережил теплый, похожий на земной период, отсутствие тектоники плит, меньшая гравитация и отсутствие магнитного поля привели к потере его атмосферы и превращению в холодный, сухой мир.

Ведутся споры о сравнительной важности и сроках этих эффектов, но существует общий консенсус: да, Марс слишком мал. Он не обладает свойствами, позволяющими ему поддерживать обитаемое состояние, как это делает Земля. Одна проблема, которую я всегда отмечаю в работах художников: они изображают Марс похожим на Майами-Бич, даже когда речь идет о временах три с половиной миллиарда лет назад. На этих рисунках должно быть больше льда, к чему я еще вернусь. Мы знаем, что на Марсе была вода. Мы видим водяной иней на поверхности, свидетельства прошлой воды в виде речных русел, вырезанных на поверхности. Существуют геологические доказательства большого количества воды в прошлом, и есть свидетельства воды на Марсе сегодня, но ее очень мало.

В 1976 году была запущена миссия «Викинг», которая стала первой и до сих пор единственной миссией по прямому поиску жизни на другой планете – Марсе. «Викинг» имел три биологических эксперимента. Их детали не так важны, но в основном они заключались в добавлении воды и питательного раствора к образцам грунта, чтобы увидеть, будет ли что-либо в почве «есть» этот раствор. Эти эксперименты были разработаны в конце 1960-х годов. Также на борту был инструмент для прямого обнаружения органических веществ. Ключевые результаты удивили всех. Произошла реакция: при увлажнении грунта выделялся кислород, а нечто в почве поглощало питательный раствор.

При этом органических веществ обнаружено не было. Это было загадкой и привело к долгим спорам о том, что это значит. Те, кто измерял реактивность, говорили: «Это жизнь». Те, кто измерял кислород, утверждали: «Это отбеливатель». А те, кто констатировал отсутствие органики, говорили: «Это ничто». Они спорили много лет, но теперь я объясню, в чем, по моему мнению, заключается разрешение этого парадокса. Оглядываясь на результаты «Викинга», важно отметить: сейчас мы бы так не поступили. «Викинг» пытался обнаружить жизнь путем культивирования организмов, то есть путем «кормления» и наблюдения за их ростом. Это не лучший показатель жизни.

Если у вас есть дети, вы можете давать им еду, а они ее не будут есть. Поглощение пищи не является очень хорошим индикатором жизни. Фактически, теперь мы знаем, что 90% почвенных бактерий не растут в культуре. Биологические эксперименты «Викинга» не смогли бы обнаружить 90% почвенных бактерий прямо у вас во дворе. Более того, если бы «Викинг» приземлился в пустыне Атакама на Земле, он получил бы те же результаты — отсутствие жизни. Это потому, что в некоторых местах Атакамы есть организмы, но ни один из них не поддается культивированию. Можно взять эту почву и поместить ее в различные питательные среды, но ничего не вырастет. И все же мы знаем по прямой экстракции ДНК, что жизнь там есть.

Поэтому на Земле мы не используем эксперименты по культивированию для поиска жизни. Мы проводим прямой анализ ДНК. Через несколько месяцев команды отправятся в Антарктиду для сбора образцов. Микробиологи говорят, что им нужно много образцов, потому что ДНК в этих почвах очень мало, ее нужно концентрировать. У них не было бы шансов обнаружить жизнь так, как это сделал «Викинг». Но с помощью анализа ДНК мы можем это сделать. Однако, если вы ищете организм, у которого нет ДНК, вам не повезло. Вся картина радикально изменилась в 2008 году, когда на Марс приземлился аппарат «Феникс». Это была, безусловно, на мой взгляд, самая важная миссия после «Викинга».

«Феникс» отправился в полярные регионы, приземлился на ледово-цементированный грунт и обнаружил его, как и ожидалось. Но он нашел нечто совершенно неожиданное, что полностью изменило наше представление о результатах «Викинга». «Феникс» обнаружил лед, как и предполагалось, почва была слабощелочной, содержала карбонаты, но неожиданно присутствовал перхлорат. Я даже не знал, что такое перхлорат, будучи частью научной команды. Перхлорат – это стабильная, высокоокисленная форма хлора. Это атом хлора с четырьмя атомами кислорода, некий эквивалент метана, но с хлором. Это наиболее окисленная форма хлора.

На Земле его нечасто встретишь, разве что в очень низких концентрациях в таких местах, как пустыня Атакама. Но его также используют в твердотопливных ракетных ускорителях. Те, кто знаком с модельными ракетами, хорошо знают о перхлорате. Он используется в качестве окислителя в твердотопливных и модельных ракетах, потому что при нагревании до высоких температур он выделяет очень реактивные состояния кислорода, которые сжигают топливо и заставляют ракету взлетать. Твердотопливные ускорители космического шаттла были наполнены перхлоратом. Интересно также, что перхлорат может быть использован микроорганизмами. Они могут использовать перхлорат так же, как мы, люди, используем кислород.

Люди едят органические вещества, желательно шоколад, и реагируют их с кислородом, что дает им энергию. Микроорганизмы могут взять тот же шоколад и реагировать его с перхлоратом для получения энергии. Однако для человека перхлорат токсичен. Он вызывает заболевание щитовидной железы, причем концентрации, обнаруженные на Марсе, в тысячи раз превышают уровни, регулируемые Агентством по охране окружающей среды США. Открытие перхлората на Марсе полностью изменило наше понимание результатов «Викинга». Немедленное предсказание заключалось в том, что именно перхлорат, обнаруженный «Фениксом», вызвал реактивность в экспериментах «Викинга» и помешал обнаружению органических веществ.

Предполагалось, что перхлораты широко распространены в марсианском грунте и что органические вещества там присутствуют, но «Викинг» не смог их увидеть, потому что перхлораты разрушали органику в камере при попытке обнаружения. И действительно, аппарат «Кьюриосити», приземлившийся в 2012 году, обнаружил именно это: много перхлората и органические вещества, которые удалось обнаружить, найдя способ обойти влияние перхлората. Теперь поговорим о наших следующих шагах. Частично они основаны на поиске жизни в местах на Земле, где ее очень мало. Здесь мы получаем уроки о том, как искать жизнь.

Я хочу рассказать о двух таких местах, чтобы дать вам представление, оба они находятся в Антарктиде, что неудивительно, хотя мы работаем и в других пустынях. Это одна из самых высоких и сухих долин в Антарктиде – Долина Университета. Она находится на высоте полутора километров. Среднегодовая температура составляет около минус 20-22 градусов Цельсия. Температура воздуха никогда не поднимается выше нуля. Там есть лед, но нет массового таяния – это сухой, мерзлый грунт с ледяной прослойкой внизу, точно как на Марсе. Но жизнь там есть. Это место, где мы тестируем инструменты, предназначенные для поиска жизни на Марсе. Марсоход «Персеверанс», приземлившийся в 2021 году, направился к месту, аналогичному тому, что исследовал «Кьюриосити» в 2012 году – это большое озерное ложе.




Вот озеро, к которому направился «Персеверанс». Он приземлился в точке, обозначенной красным крестиком. Это художественная реконструкция того, как выглядело это озеро три с половиной миллиарда лет назад. Если бы мы прилетели туда тогда, мы бы приводнились в это озеро. Но на самом деле это не совсем верно. Мы бы ударились об ледяной покров озера. Как я уже говорил, художники часто забывают, что даже когда на Марсе была вода, там, вероятно, было очень холодно. Так что это озеро, скорее всего, было бы покрыто льдом. Но это не является фундаментальной проблемой для жизни, как я сейчас покажу, перенеся вас в другие места.

Вот еще одна фотография кратера Езеро. Вы видите осадочные породы и скалы на склоне холма. Вы стоите на дне высохшего озера. Миллиарды лет назад это место было бы глубоко под водой. Теперь оно высохло. Таким образом, это озерные отложения, смешанные с другими материалами. Мы находим похожие среды в пустыне Атакама, в Сухих Долинах Антарктиды, но наиболее релевантными аналогами я считаю озера, найденные в самых холодных и сухих местах Земли, и среди всех озер моё любимое — то, которое я вам сейчас покажу. Это озеро Унтерзее в Восточной Антарктиде, и это наш лагерь несколько лет назад. Каждый литр воды, который мы используем для приготовления пищи, чистки зубов, а также все отходы, включая мочу и твердые отходы, мы уносим с собой.

Наш девиз: «Не оставлять органических веществ». И мы его соблюдаем. Причина в том, что органическая нагрузка от нашего лагеря эквивалентна органической нагрузке этого ультраолиготрофного озера, производимой, вероятно, за тысячи лет. Поэтому мы не можем биологически загрязнить это озеро, потому что ничто из того, что живет на нас, не выживет в этой воде. Но мы могли бы загрязнить его органически, поэтому мы уносим все, что приносим. Мы проверяем гипотезу о том, что в безжизненной, холодной и сухой среде, под толстым слоем льда, может существовать процветающая экосистема. Толщина льда здесь составляет три метра.

Мы используем обычные шнековые буры, предназначенные для бурения метрового льда, просто соединяя их. Мы бурим скважины, берем пробы и проводим стандартный лимнологический анализ. Но мы также сделали то, чего никогда раньше не делали: погрузились в это озеро. Мы прорубили отверстие во льду и отправили туда сотрудников для изучения и взятия образцов. Удивительно осознавать, что наша команда была первыми людьми, попавшими в это озеро. И не только первыми людьми – мы были первыми позвоночными, кто вошел в это озеро. В нем обитают только микроскопические организмы, такие как диатомовые водоросли, водоросли и цианобактерии. Оно было изолировано так долго.

В этом озере мы обнаружили чисто микробную экосистему, и ее микробный характер обусловлен изоляцией, а не экстремальными химическими условиями, как это часто бывает. В условиях изоляции эти микроорганизмы делают то, чего они никогда не делают, когда делят экосистему с более крупными организмами, такими как рыбы, лягушки и амфибии, которые ими питаются. Они образовали огромные по микробным стандартам «курганы» – микробные эквиваленты пирамид. Они в тысячи раз больше, чем отдельные организмы, которые их формируют. Эти курганы достигают около 30 сантиметров в высоту. И мы считаем, что это живые примеры тех курганов, которые дают нам самые ранние свидетельства жизни на Земле.

Наш вопрос: могло ли озеро на Марсе выглядеть как это озеро в Антарктиде три с половиной миллиарда лет назад? Почему бы нет? Там очень холодно. Средние температуры, вероятно, не сильно отличаются. И могла ли там быть жизнь? Если да, то это была бы та микроскопическая жизнь, которую мы видим здесь. Таким образом, отложения, которые мы видим в кратере Езеро и на других экваториальных озерных днах Марса, являются озерными отложениями. И если там была жизнь, то ее свидетельства будут заключены в этих отложениях. Поэтому очень интересно получить эти образцы и изучить их. Именно это и предполагается сделать с образцами, доставленными «Персеверансом».

Что, если нам удастся? Что, если мы доставим органический материал с Марса на Землю? Как мы сможем определить, была ли это когда-либо жизнь? Как я уже сказал, первое, что вы, вероятно, захотите сделать, это искать ДНК. Именно так вы поступите с образцом на Земле. С образцами, которые мы привозим из Антарктиды, мы спрашиваем: «Есть ли в этом жизнь?» И тогда мы извлекаем и секвенируем ДНК. Но экстракция и секвенирование ДНК работают для жизни, как мы ее знаем, а я ищу не это. Поэтому я говорю: если это похоже на нас, то жизнь легко найти, но это менее интересно. На самом деле, мне совершенно неинтересно найти жизнь, которая похожа на нашу. Как могла бы жизнь, похожая на нашу, оказаться на Марсе? Обмен через метеориты.

Мы понимаем, что Солнечная система не обязательно биологически изолирована. Поэтому я бы даже утверждал, что нулевая гипотеза состоит в том, что если на Марсе и была жизнь, то она связана с жизнью на Земле. И если она инопланетна, вы должны это доказать. Предположение, что вы инопланетянин только потому, что вы с другой планеты, больше недействительно. Но это трудно. Как мы докажем, что нечто живо, если его биохимия сильно отличается от нашей? Позвольте мне сформулировать вопрос более прямо. Вот множество примеров органического материала. Здесь показан метеорит типа Тагиш, богатый органикой, включая аминокислоты.

Вот лабораторный эксперимент, проведенный в нашей лаборатории, кстати, старшеклассником, по созданию органического материала в стиле эксперимента Миллера-Юри. Это было на Титане. А вот чей-то задний двор с растущими растениями. Из этих трех изображений органического материала только одно является жизнью. Это не жизнь, это не жизнь, но растение — это жизнь. И весь органический материал в этой почве происходит от жизни. Как мы можем отличить их? Если бы мы взяли образец метеорита и образец из этого сада, смогли бы мы их различить? Думаю, ответ — да. И ярким примером этого различия являются аминокислоты. Оба образца, все образцы, которые я только что показал, содержат аминокислоты.

Некоторые из них образованы небиологически, а некоторые — биологически. Разница в том, что в биологических аминокислотах преобладают левовращающие. Жизнь использует только левовращающие аминокислоты в своих генетически кодируемых белках. Она также использует правовращающие аминокислоты в других случаях, но в белках, кодируемых ДНК, используются только левовращающие. Это означает, что в вашем теле левовращающие аминокислоты значительно преобладают над правовращающими. В отличие от метеорита, где их соотношение 50 на 50, или эксперимента Миллера-Юри, где также 50 на 50. Это признак селективности, необходимой для биохимии жизни.

Можно утверждать с точки зрения эволюционного отбора, что жизнь повсюду будет иметь то же требование к селективности. Возможно, не выбирать то же самое. Нет причин, почему жизнь не могла бы использовать D-аминокислоты вместо L-аминокислот. Это как движение по дороге: можно ехать по левой или по правой стороне, но каждый старается ехать по одной и той же стороне, по крайней мере, в пределах сообщества. Иначе будет хаос. То же самое относится и к жизни: она более эффективна, если использует одну и ту же хиральность в своих биомолекулах. Поэтому жизнь так поступает, и любое отклонение от этого отбиралось бы эволюцией. Таким образом, эта молекулярная селективность является результатом эволюционного отбора.

Если мы отправимся на Марс и найдем органический материал с необычными особенностями распределения, отличающимися от обычного небиологического разнообразия, например, если аминокислоты будут преимущественно левовращающими, это будет указывать на то, что нечто выбирает эти молекулы. Это нечто может быть жизнью. Если это инопланетная жизнь, у нее может быть другой, но тоже характерный, избирательный паттерн. И я думаю, это лучший способ поиска жизни на других планетах в ближайшей перспективе. Что произойдет, если нам удастся? Несколько лет назад я читал эту лекцию, или ее раннюю версию, в Долине Смерти, в Визит-центре.

И маленькая девочка, должно быть, четвероклассница, спросила: «Что вы будете делать, если найдете второй генезис жизни на Марсе?» Я ответил, что это очень хороший вопрос. Мы тратим много времени, думая о том, как добраться до Марса, как искать жизнь, как найти второй генезис, но никто не задумывался, что мы будем делать, если найдем его? Что это значит? Изменит ли это что-либо? Мы были как собака, гонящаяся за машиной, не готовая к успеху. Мы не продумали, каковы будут результаты достижения нашей цели. Я думаю, первый вопрос, который возникнет, это, по крайней мере для меня, каков моральный статус инопланетных микробов? «Инопланетных» в том смысле, что они представляют собой второй пример жизни.

На Земле к микроорганизмам относятся с презрением. Они занимают очень низкое место в любом ранжировании морального статуса в животном мире, основанном на боли, сложном поведении, общении и т. д. Вы убиваете их тысячами каждый раз, когда моете руки или чистите зубы, и я призываю вас продолжать эти «чудовищные» действия. Но что, если мы найдем микробы на Марсе, и они не просто обычные микробы? Они представляют собой единственных представителей совершенно другого типа жизни – «жизни 2.0". И их единственные представители – микробы. Я думаю, это ставит новый вопрос, с которым мы никогда раньше не сталкивались.

Каков этический, моральный статус инопланетной жизни? Обычно, когда люди задают этот вопрос, они думают о разумной жизни, о рациональных существах. Кант сказал бы, что они получают все права, которыми обладают люди. Но что бы Кант сказал об инопланетных микробах? Он бы сказал: «Убейте их! Какая разница?» Только разумные существа получают моральный статус. Мне не нравится такой ответ. Я думаю, мы должны придать им гораздо более высокий моральный статус. И фактически, немедленная рекомендация, вытекающая из этого, состоит в том, что мы должны проводить наши исследования на Марсе таким образом, чтобы они были биологически обратимы.

Это означает, что если мы найдем жизнь на Марсе, и это будет второй генезис, мы должны устранить все уже произведенные нами загрязнения и воздержаться от любых дальнейших загрязнений. Вместо этого мы должны способствовать развитию этой инопланетной жизни. Это интересная точка зрения, и она соответствует тому, как мы проводили роботизированные исследования до сих пор. Мы не допустили необратимого загрязнения Марса. Мы загрязнили, но это не необратимо. И мы можем поступить так же с пилотируемыми исследованиями. Пилотируемые исследования также могут быть проведены обратимым способом. Теперь я хочу заглянуть еще дальше в будущее Марса. Мы говорили о прошлом и настоящем, о вызовах, связанных с поиском жизни и других трудностях, таких как низкая гравитация.

Но с моей точки зрения, главный вызов — это вызов жизни в будущем. Эта тема имеет долгую историю. Более 30, почти 35 лет назад, мы опубликовали большую статью, в которой утверждали, что «оживление» Марса – интересная тема, которую следует рассмотреть. И сейчас, похоже, наблюдается возрождение интереса к этому. Только что вышла статья в "Nature Astronomy", возглавляемая Эдвином Кайтом, в которой обосновывается необходимость дополнительных исследований терраформирования. И, кстати, ASTERA – институт, чья цель – поддерживать создание общественных благ для ускорения научно-технического прогресса – объявил о своем первом наборе резидентов, шесть человек.

Два из них связаны с идеями «жизни на Марсе». Плюс, конечно, все политические разговоры о полетах на Марс и о том, что люди говорят, будто мы собираемся там жить. Марс, похоже, возвращается в повестку дня всерьез. И я думаю, важно, чтобы широкое сообщество подключилось к этому. В каком-то смысле Марс слишком важен, чтобы оставлять его только ученым. Он имеет много не только научных последствий, как я попытался быстро намекнуть, затронув вопрос этики второго генезиса. Рассмотрим терраформирование с простой точки зрения. Это просто нагревание Марса. У вас есть Марс в его сегодняшнем состоянии, и Марс, каким вы хотели бы его видеть.

И вы можете просто рассчитать разницу энергий между этими двумя состояниями, разницу свободной энергии. Это первый закон термодинамики. Его не обойти. Если вы хотите, чтобы Марс перешел из состояния A в состояние B, вы должны добавить столько-то энергии. Это просто факт жизни, факт первого закона термодинамики, самого неоспоримого закона во Вселенной. Вторым по неоспоримости будет второй закон термодинамики, к которому мы вернемся через секунду. Каким должно быть это состояние? Можно перечислить, что нужно растениям, что нужно людям. Оказывается, логично разделить Марс на два возможных обитаемых состояния: одно, подходящее для растений (много CO2, мало кислорода), и другое, подходящее для человека.

Люди гораздо более привередливы к атмосфере, чем растения, но мы можем перечислить, что необходимо и как этого достичь. Важный момент в дискуссии о терраформировании – существование двух возможных обитаемых состояний. Одно с высоким содержанием кислорода, другое – без. Давайте рассмотрим оба. Высокий CO2, низкий кислород – это для растений, насекомых и червей. Некоторые из моих лучших друзей – черви. Я люблю растения. Не очень люблю насекомых, но это нормально. Низкий CO2, высокий кислород – это для людей. Что еще лучше. Но, возможно, это невозможно, как я докажу. Как это сделать? Единственный правдоподобный источник энергии для терраформирования Марса – солнечный свет.




Развеем миф о том, что ядерное оружие может это сделать. Простой «расчет на салфетке» показывает, что для Марса не будет «ядерного лета». Общая энергия всех ядерных вооружений Земли, включая Пакистан и Индию, составляет около 4 x 10^19 джоулей. Солнечный свет, падающий на Марс каждую секунду, составляет 10^16 джоулей. Таким образом, примерно за тысячу секунд Марс получает от Солнца больше энергии, чем объединенные ядерные арсеналы всей Земли. Мы не обладаем энергиями планетарного масштаба. Избавьтесь от этой гордыни. Я согласен, взрыв бомбы над вашим городом был бы плохим событием, но это крошечное событие по сравнению с размером Земли или Марса.

И вы можете рассчитать, сколько энергии требуется для испарения CO2 на Марсе. Представление о том, что вы собираетесь бомбить полюса, а затем создать плотную атмосферу – это просто чушь, на пять порядков величины. Вот Марс, в некотором смысле, терраформирующий себя каждое лето. По мере того как полюса нагреваются летом, солнечная энергия высвобождает CO2, который поступает в атмосферу, и атмосфера становится плотнее. Это данные «Викинга». Пространство, которое было бы высвобождено при 100% эффективности детонации всех ядерных вооружений на Земле, теряется в «шуме» естественных кривых. Чтобы терраформировать Марс, эта кривая должна продолжать расти.

Ядерное оружие в этом отношении бессильно. Однако это предполагает 100% эффективность. Каждый фотон улавливается и используется для нагрева. Это удовлетворяет первому закону, но не удовлетворяет второму закону. Второй закон гласит, что вы никогда не достигнете 100% эффективности. Какова же может быть реальная эффективность? Нагревать что-либо термодинамически легко. Эффективность может составлять 10%. Таким образом, общее время нагрева вместо 10 лет может составить 100 лет. Опять же, это мой возраст. Я воспринимаю такой возраст. Я могу подождать 100 лет. Я могу начать проект, который займет 100 лет. Но производство кислорода – эффективность здесь больше похожа на 10 в степени минус 4.

Так что теперь это 100 000 лет. Это уже за горизонтом событий. Это за горизонтом человеческих событий. Поэтому я утверждаю, что простой анализ первого и второго закона говорит о том, что нагревание Марса, делающее его пригодным для некислородозависимых организмов, термодинамически легко, а создание атмосферы, богатой кислородом, трудно. Конечно, это очень простой аргумент, и он может быть пересмотрен, но изменить эти цифры будет очень сложно, потому что вы работаете против независимых от процесса ограничений общей энергии и эффективности. Как мы это сделаем? Изначальное предложение – парниковые газы. Именно так мы нагреваем Землю. И это сработало бы на Марсе.

Сейчас предлагаются и разрабатываются методы, которые могли бы быть более эффективными. Но общее количество необходимой энергии и эффективность, с которой она должна быть использована, все равно будут ограничивать время, необходимое для достижения цели. Что касается парниковых газов, мы многому научились. У нас большой опыт. Мне нравится в подходе с парниковыми газами то, что у нас уже есть большой опыт их использования. Мы знаем, какие газы не стоит применять, а какие хороши. Нам следует избегать хлора и брома, потому что они разрушают озон, и так далее. И, возможно, будет способ связать производство этих газов с биологическими системами.

Известны организмы, обладающие ферментами, которые «сотрудничают» с такими экзотическими газами. Так что, возможно, удастся исключить человека из этого процесса, «подключив» микроорганизмы для производства газов. Мы можем рассчитать, сколько их придется добавить, и это не выглядит невероятным. Процесс может снова занять 100 лет, и мы уже демонстрировали это на Земле. Однако главная проблема с нагреванием Марса, с его терраформированием, заключается в том, есть ли там необходимые «ингредиенты»? Представьте себе выпечку торта. Термодинамический аргумент показывает, что у вас есть духовка, и эта духовка может испечь торт, и вам не придется долго ждать.

Крис МакКей | Жизнь на Марсе: прошлое, настоящее, будущее (окончание)

Но мы не знаем, есть ли у нас «ингредиенты» для приготовления торта. Это большой вопрос. Некоторые утверждают, что это делает терраформирование невозможным, потому что «ингредиентов» нет. Но мы на самом деле этого не знаем, потому что эти «ингредиенты» находятся в грунте под поверхностью. Мы знаем, сколько нам нужно для создания атмосферы: CO2, вода и азот. Обнаружение нитратов было сделано впервые благодаря результатам «Кьюриосити». Мы буквально только «царапаем» поверхность нашего понимания этих летучих веществ на Марсе. И именно исследования в рамках ближайших миссий дадут информацию о возможности терраформирования. Есть ли «ингредиенты»? Опять же, мы знаем, что термодинамика работает.

Мы знаем, как испечь этот торт. Мы просто не знаем, есть ли «ингредиенты» для его приготовления. Итак, подытожим. Осуществимо ли терраформирование Марса в ближайшей перспективе? Марс, богатый CO2? Возможно. Физика работает, сроки реалистичны. Большой вопрос: есть ли там «ингредиенты»? Единственный способ выяснить это – исследовать недра. Бурить, детка, бурить! Мне нравится эта идея для Марса. А что насчет Марса, богатого кислородом? Я уже знаю: эффективность для производства кислорода слишком низка на три порядка величины. Как над этим думать, как добиться прогресса, я думаю, хорошо показывает метафора, предложенная Джимом Грэмом.

Представьте себе нагревание Марса как спуск с горы. Вы начинаете там, где холодно и мерзлотно, как в тундре, и спускаетесь вниз, и когда вы достигаете границы леса, тогда биологические процессы действительно активизируются. Поэтому я работаю над проектом с коллегами из Польши, рассчитывая, когда первое дерево сможет вырасти на Марсе. Сколько потепления потребуется, где, и когда вырастет первое дерево? Когда мы начинали, я предположил, что это, вероятно, будет на экваторе. Именно там вырастет первое дерево. Но оказалось, что это неверно. Первое дерево вырастет в южном полушарии, в бассейне Эллады, потому что южное полушарие Марса имеет эксцентричную орбиту.

И поэтому там долгое, жаркое лето по сравнению с северным полушарием. И долгое, жаркое лето может вырастить дерево. Итак, вот художественные концепции того, какими могут быть деревья на Марсе, как люди будут ходить по Марсу с плотной, но бескислородной атмосферой. Деревья могут вырасти очень высокими. Кен Зелл из Эллиота предполагает, что деревья могут быть намного выше из-за низкой гравитации. Майкл Кэрролл показывает, как людям понадобится только маска для подачи кислорода; скафандры больше не будут нужны. Я хочу снова затронуть этику. Исследование Марса в целом и терраформирование в частности поднимают два совершенно новых вопроса в области экологической этики.

Первый: терраформирование — жизнь ценнее природы? Этот вопрос не имеет смысла на Земле, потому что жизнь и природа — одно и то же. Мы используем эти слова взаимозаменяемо: «уважение к природе», «уважение к жизни». Скажите так или иначе, все поймут, что вы имеете в виду. На Марсе же природа кажется безжизненной. И, безусловно, остальная Солнечная система кажется безжизненной. Было бы ценнее иметь там жизнь? Я думаю, ответ — да. Я «за жизнь». Я думаю, мы должны привнести жизнь на Марс. Если я еду по дороге и вижу наклейки «за жизнь», я думаю: «Да, за жизнь! Давайте терраформируем Марс». Жизнь — это дар Земли. И если у Марса есть потенциал, мы должны поделиться этим даром.

Второй вопрос связан с этим. Какова этическая ценность второго генезиса жизни? Как я уже упоминал, это опять же вопрос, на который у нас нет простого ответа из нашего земного опыта, потому что мы никогда не сталкивались со вторым генезисом жизни на Земле. Нам никогда не приходилось иметь дело с организмом, который не был бы нам родственен. Один из аргументов в пользу сохранения жизни и природы — это взаимозависимость и коэволюционная история всей жизни на Земле. Этот аргумент не применим ко второму генезису. Единственный аргумент, который утверждает этическую ценность второго генезиса, — это фундаментальный аргумент о ценности богатства и разнообразия.

Все это стоит того, потому что это фундаментальные этические принципы, связанные с разнообразием жизни, это всеобщая польза, восстановление жизни — это благое дело. Закончу изображением Земли. ***

Что такое «Марсианское подполье» и как оно связано с интересом Илона Маска к Марсу?

«Марсианское подполье» – это название, данное Леонардом Дэвидом группе аспирантов Университета Колорадо, которых очень интересовали Марс и вопросы терраформирования, все те вопросы, которые я сегодня поднимал. Все они стали профессионалами в области космической науки, и большинство из них сейчас работают в Исследовательском центре Эймса НАСА, включая меня, Кэрол Стокер, Пенни Бостон и Ларри Лемкина.

Трудно сказать, оказали ли они прямое влияние на Илона Маска. Я встречался с ним много лет назад на званом ужине и давал похожую презентацию о Марсе, это было около 25 лет назад. Тим Зубрин, который жил неподалеку, в Денвере, определенно был частью «Марсианского подполья» и повлиял на Илона.

Что, если мы найдем на Марсе жизнь, которая могла бы вписаться в существующее древо жизни, но только если корень этого древа жизни был бы «выше» по течению, чем наш нынешний корень земной жизни? Например, если бы у неё была РНК, но не ДНК, или другой, но связанный генетический код, в отличие от недвусмысленного второго генезиса, у которого могли бы быть правовращающие аминокислоты или вовсе отсутствие РНК?

Это очень проницательный вопрос.

Мы с Альфонсо написали целую статью на эту тему. Это было бы очень интересно. И нет причин думать, что последний универсальный общий предок, как я показал на древе, является началом жизни. Безусловно, до этого был долгий период, который мы не видим и пути которого не можем проследить. И если бы марсианская жизнь была связана с нами и отделилась до появления нашего универсального общего предка, это показало бы нам более глубокого общего предка. Она все равно была бы внегруппой на нашем древе. Это очень интересно. Однако это не второй генезис, и для меня лично это не представляет интереса.

Это не превращает N в 2. N по-прежнему равно 1. Какая досада. Нам нужно, чтобы N стало 2. Моя цель в жизни – досчитать до двух и уйти на пенсию. Вы предполагаете, что вся жизнь будет органической.




Есть ли на то причина?

Это тоже хороший вопрос. Ответ: мы не знаем. Мы не знаем, может ли жизнь существовать в других формах, помимо тех, что основаны на углероде и обитают в воде. Именно так я бы описал жизнь на Земле: она основана на углероде и обитает в воде. Мой подход просто практичен. Мы знаем, что жизнь может быть основана на углероде и обитать в воде, поэтому давайте искать ее там, где мы видим углерод и воду.

Это приводит нас к Марсу, к Энцеладу и к Европе. Приведет ли это нас к Титану? Титан следующий, потому что на Титане много органических веществ, но нет воды, зато есть другая жидкость. Так что можно задаться вопросом: могу ли я сделать крошечный шаг, могу ли я расширить свое понимание на один шаг и сказать, что жизнь – это углерод, обитающий в любой жидкости? Тогда мы посмотрим на Титан, и мы собираемся это сделать. К моему удивлению, миссия «Драконфлай» включает в себя в качестве одной из своих научных целей первого уровня поиск жизни, которая была бы основана на углероде и обитала в жидком метане. Если мы найдем ее там, это, очевидно, будет второй генезис.

Это был бы прекрасный пример N=2.

Какие предстоящие миссии, уже запланированные, являются наиболее захватывающими в области астробиологии и поиска жизни, по вашему мнению?

Есть две предстоящие миссии. Одна из них – «Европа Клипер». Сейчас она уже в пути, будет выходить на орбиту вокруг Европы и сможет обнаруживать органические вещества на поверхности. И даже если нам повезет, если там будут биологические органические вещества, она, возможно, сможет их увидеть, потому что она собирает фрагменты, выбитые в космос, и анализирует их с помощью инструмента, который разрушает молекулы и исследует фрагменты. Возможно, нам просто повезет, и мы найдем доказательства жизни на поверхности Европы. Это очень маловероятно.

Мы бы очень хотели добраться до океана, но не знаем, как это сделать. Эта миссия достигнет Европы примерно в 2034 году. Следующая миссия, которая меня интересует, это «Драконфлай», которая отправится на Титан и будет искать органические вещества, характеризовать их, и, возможно, найдет доказательства органической жизни в жидком метане. Это будет сделано двумя способами: анализ органики и поиск вариаций водорода. Эта миссия также прибудет в 2034 году.

Что насчет миссий на Марс? Отправляем ли мы или кто-нибудь что-то, что имеет на борту чипы для поиска различных молекул или все эти новые технологии, которых не было во времена «Викинга» и «Феникса»?

Мы хотели бы отправить еще одну миссию на Марс, но на данный момент нет одобренных миссий.

Вы сказали «одобренных». Нет одобренных миссий на Марс. Большая надежда была на возврат образцов, чтобы мы могли использовать все эти замечательные новые технологии на них. Но сейчас этот проект под угрозой, я думаю, он может быть сокращен в рамках бюджетного процесса. Так что на данный момент, что касается Марса, ответ на ваш вопрос действительно заключается в следующем: это только Европа и Титан, и ждать до 2034 года. Так что всем вам нужно дожить до 2034 года. Мы проведем еще один семинар. Мы поговорим о результатах миссий «Клипер» и «Драконфлай». Так что бросайте курить, бегайте каждый день.

У вас есть по крайней мере 10 лет, чтобы оставаться в форме, и я встречусь с вами тогда.

Каково ваше мнение по поводу неопознанных летающих объектов (НЛО) и инопланетных визитеров на Землю?

Да, мне часто задают этот вопрос, и он не абсурден, просто меня не интересует. Однако, если мы все-таки установим контакт с разумными пришельцами, будь то через SETI или на лужайке Белого дома (мой любимый фильм по-прежнему «День, когда остановилась Земля»), первый вопрос, который я им задам: «Вы основаны на ДНК? Вы вписываетесь в наше древо жизни?» Если нет, то вы мне интересны.

Если да, уходите отсюда, мне неинтересно. Я все еще ищу «два». Ранее в докладе вы упомянули, что нежелательно использовать хлор или бром в качестве ускорителей нагрева парниковых газов на Марсе из-за угрозы озоновому слою. Но, насколько я понимаю, на Марсе и так очень скудный озоновый слой.

Что вы тогда пытаетесь сделать?

Да, но хотелось бы, чтобы он был менее скудным. И если вы вводите плотную атмосферу с более высоким содержанием CO2 или кислорода, количество озона должно увеличиться. Поэтому не стоит делать ничего, что могло бы его разрушить, потому что озон обладает полезным свойством блокировать ультрафиолетовое излучение, особенно УФ-С, которое сейчас не блокируется на Марсе.

И это основная причина, по которой Марс не был необратимо загрязнен, потому что УФ-С стерилизует, помещая всю поверхность в стерилизующую ванну, что сейчас хорошо. Это означает, что любое загрязнение, выпущенное с наших космических аппаратов, быстро уничтожается. Но как только мы будем там и захотим жить там, нам нужно будет от этого избавиться. Так что наличие озонового слоя – это хорошо. И поэтому вы захотели бы использовать версии парниковых газов или метод нагрева в целом, который не влияет негативно на производство озона, которое происходит фотохимически.

Не могли бы вы подробнее рассказать о том, какие ограничения делают производство кислорода настолько неэффективным? Это физическое ограничение или мы просто не знаем, как его эффективно производить?

Мы не знаем, как производить его эффективно. Все ограничения эффективности связаны с недостатком знаний о процессе, который мог бы быть более эффективным, потому что единственное реальное ограничение – это первый закон термодинамики. Но на данный момент единственный известный нам способ производства кислорода в масштабах планеты – это биологический, то есть растения. И если вы посмотрите, я получил свою цифру, 10 в минус 4 степени, исходя из глобальной эффективности биосферы Земли.

Какова эффективность, с которой биосфера Земли превращает солнечный свет в кислород? И ответ составляет около 10 в минус 4 степени. Я думаю, это оптимистичная оценка эффективности для биосферы на Марсе, потому что биосфера Земли богата и плотна. А марсианская биосфера будет довольно тонкой и холодной, больше похожей на холодную пустыню, даже после значительного потепления. Поэтому трудно представить, что эффективность биосферы на Марсе будет лучше, чем средняя эффективность биосферы на Земле. Так что это сложная проблема, и ее нужно решать в области эффективности. Поэтому я склонен пессимистично относиться к скорому созданию богатого кислородом терраформированного Марса.