Хиромантия

Е. К. С.шифер, "История фотографических ис- следований Марса" (1962) В книге "Золотая ветвь" антрополог Джеймс Фрезер поведал о том, что изначально Марс считался богом расте- ний, а не войны. Римские крестьяне возносили ему молитвы об удачном урожае, именем Марса был освящен весенний месяц март. В свете столь древней связи между богом Марсом и весенним пробуждением природы вполне естест- венно, что из всех планет Солнечной системы, за исключе- нием Земли, именно Марс казался наименее враждебным и наиболее благоприятным для жизни.

Хотя по своим размерам Марс примерно вдвое меньше Земли, с большого расстояния он удивительно напоминает нашу планету и действительно обладает определенным сходством с ней. В 1659 г., проводя одно из самых первых наблюдений Марса в телескоп. Христиан Гюйгенс (с его взглядами на возможность внеземной жизни мы познакоми- лись в предыдущей главе) обнаружил на марсианской по- верхности постоянно существующие пятна, благодаря кото- рым ему удалось оценить период вращения планеты вокруг своей оси. Гюйгенс установил, что Марс, как и Земля, делает полный оборот вокруг своей оси за 24 ч. Позднее более точные измерения показали, что продолжительность солнеч- ного дня на Марсе точно равна 24 ч 37 мин 22 с: во время полета "Викингов" этот период получил название "сол"-во избежание путаницы с земными сутками. Кроме того, выяс- нилось, что в настоящее время ось вращения Марса наклоне- на* под углом в 25  к плоскости его орбиты (что сравнимо с углом наклона земной оси, равным 23,5 ). Это означает, что на Марсе, как и на Земле, происходит смена времен года, когда сначала одно, а затем другое его полушарие поворачи- вается к Солнцу. По продолжительности марсианский год равен 687 земным суткам (669 солам), т.е. примерно на шесть недель короче двух земных лет, так что продолжитель- ность времен года на Марсе вдвое больше, чем у нас. Однако вследствие эксцентричности (большей вытянутости) марси- анской орбиты времена года там существенно отличаются по продолжительности, тогда как на Земле они почти одинако- вы. Так, на Марсе северное лето (и южная зима) продолжает- ся 178 сол, а северная зима (и южное лето) -154 сола; на Земле они равны соответственно 94 и 89 суткам.

Внешнее сходство с Землей усиливается благодаря сезон- ным изменениям окраски поверхности Марса, которые мож- но наблюдать в телескоп. Самое поразительное впечатление производят ежегодные наступления и отступления полярных ледовых шапок (фото 6). Другие, менее заметные изменения наблюдаются в более низких широтах, где марсианская поверхность разделена на ряд светлых и темных областей (фото 7). Светлые области, ранее называемые пустынями, имеют красновато-оранжевый цвет; темные, в прошлом называемые морями (предполагалось, что это скопления воды), описывали по-разному, называя их серыми, коричне- выми, голубыми или зелеными. О сезонных изменениях цвета и контрастности марсианских морей, казавшихся тем- ными и голубовато-зелеными поздней весной и летом, сли- вавшихся с общим коричневатым фоном осенью и зимой, а затем опять темневших весной, астрономы упоминали еще в XIX в. В 1860 г. впервые было высказано предположение, что такие изменения скорее всего объясняются тем, что темные области, по-видимому, покрыты растительностью, а не водой. Некоторые наблюдатели говорили также о сети тонких прямых линий, простиравшихся на сотни километров по марсианской поверхности. Эти линии, которые итальян- ский астроном Джованни Скиапарелли (1835-1910), соста- вивший прекрасные карты Марса, назвал сапаН (откуда и пошло их название "каналы"), как и моря, менялись в * Угол наклона марсианской оси изменяется во времени в интервале 15-35 , что обусловлено главным образом гравитацион- ным притяжением Юпитера. Угол наклона земной оси изменяется всего на + 1  от среднего значения.

зависимости от сезона: они темнели в период местной весны и лета и утрачивали окраску осенью и зимой. Скиапарелли отмечал, что "каналы" напоминают искусственные сооруже- ния, созданные разумными существами, но при этом не пытался объяснить их происхождение.

Столь интригующие результаты наблюдений, достигну- тые благодаря усовершенствованию телескопов в XIX в., убедили многих, что наконец получено прямое доказательст- во существования жизни на другой планете. Одним из тех, кого потрясли эти новые открытия, был американец Пер- сиваль Ловелл (1855-1916). В необычной истории биологи- ческих исследований Марса Ловелл занимает особое место и заслуживает отдельного рассказа.

Наследство Персиваля Ловелла Персиваль Ловелл принадлежал к весьма известной в Новой Англии семье. Его брат Лоуренс стал президентом Гарвардского университета, а сестра Эми была поэтом-има- жинистом. Ловелл не был профессиональным астрономом- он посвятил себя изучению японской и корейской культур, о которых написал целый ряд книг. Увлечение Марсом нача- лось сравнительно поздно. Как писал Уильям Грейвс Хойт, автор последней биографии Ловелла, среди множества увле- чений Ловелла была и астрономия. И вдохновило его на занятие этой наукой открытие Скиапарелли марсианских каналов. Наблюдения Скиапарелли, по-видимому, почти убедили Ловелла в том, что Марс населен разумными существами. Уверившись (или почти уверившись) в этом, он потратил все свое значительное состояние и талант на создание во Флагстаффе обсерватории (ныне она называется Ловелловской обсерваторией). Ее главной задачей ставилось изучение Марса. Обсерватория была открыта в мае 1894 г., а уже к июлю, всего лишь два месяца спустя, Ловелл четко сформулировал свои взгляды по поводу жизни на Марсе, от которых, по замечанию Хойта, не отказался до конца своей жизни.

Хотя Ловелл приступил к изучению Марса сравнительно поздно, вскоре он приобрел солидный авторитет в вопросах, связанных с изучением этой планеты. Обсерватория Ловелла имела прекрасное оборудование, квалифицированных сот- рудников и располагалась в очень удобном для наблюдений месте. Последнее он не упускал случая отмечать, когда другим не удавалось подтвердить результаты его наблюде- ний. Кроме того, все научные силы обсерватории были направлены на исследование Марса, использовалась любая возможность пополнить запас знаний об этой планете. Бла- годаря столь интенсивным наблюдениям Ловелл собрал огромный систематизированный материал и приобрел репу- тацию самого информированного исследователя Марса того времени. (Критика, раздававшаяся в адрес Ловелла как при жизни, так и после его смерти, касалась в основном не его данных, а их истолкования.) Наконец, Ловелл без устали пропагандировал свое восторженное отношение к этой проб- леме и непоколебимую уверенность в правильности своих выводов в книгах, статьях и публичных лекциях. Активная деятельность Ловелла пробудила огромный интерес к Марсу не только среди специалистов, но и в самых широких кругах населения.

Теория Ловелла была достаточно проста. Он начал с предположения, что полярные шапки Марса состоят, по всей вероятности, из водяного льда. В подтверждение своего мнения он ссылался на темно-голубой ободок (воротник), образующийся вокруг шапок, когда они начинают умень- шаться весной, и сокращающийся вместе с ними. Только жидкая вода, возникающая в результате таяния ледовых шапок, может служить причиной появления таких ободков.

утверждал Ловелл, часто называя их "полярными морями".

Он знал, что климат Марса (за исключением полярных областей) очень сухой. Темные участки поверхности планеты не могли быть скоплениями воды, поскольку, хотя они и меняли свою окраску в зависимости от сезона, как бы высыхая, вода, по-видимому, исчезавшая из них, больше нигде не проявлялась. Как указывали другие исследователи, если бы в марсианских морях существовала вода, они отра- жали бы солнечный свет, однако подобное явление никогда не наблюдалось. Отметив сухость поверхности планеты, Ловелл пришел к заключению, что сезонное исчезновение одной полярной шапки, сопровождающееся увеличением другой, вероятно, означает, что вода перемещается от одно- го полюса к другому: "В силу метеорологических условий сначала происходит перемещение [воды] в район одного полюса, затем, после таяния [льда], концентрация-у друго- го, и такое маятникообразное движение является единствен- ным источником увлажнения планеты". Эти перемещения воды раз в полгода сопровождаются увеличением контраст- ности темных областей, которое, подобно волнам, распрост- раняется "по поверхности планеты от одного полюса к другому в течение шести марсианских месяцев". Ловелл был убежден, что регулярное потемнение доказывает существова- ние на Марсе растительности. "Наблюдения свидетельству- ют,-писал он,-что условия, существующие на планете, не просто совместимы с жизнью, но растительная жизнь прояв- ляет себя настолько очевидно, насколько этого можно ожи- дать, и ничто, кроме растительности, не может быть перво- причиной наблюдаемого явления".

В первом томе "Ежегодника", выпускавшегося в его обсерватории, Ловелл писал: Если бы уровень развития жизни на планете был выше чисто растительной жизни и если бы представляющие его организмы могли обеспечивать нечто большее, чем просто вегетацию, и использовали бы природные условия в собствен- ных целях, то первым и главным их стремлением было бы изобретение средства, эффективно использующего каждую час- тицу необходимого и столь трудно доступного фактора жиз

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru ни -воды. Ибо нет организма, способного существовать без воды. В общем, орошение для сельскохозяйственных целей было бы главной заботой марсиан. . .

Затем, подводя итоги своим наблюдениям каналов, Ловелл заключает: Таковы лишь некоторые признаки существования гигант- ской системы орошения. На основании приведенных выше результатов наблюдений я прихожу к выводу о 1) общей обитаемости планеты и 2) реальном существовании там в настоящее время какой-то формы разумной жизни.

Таким образом, Ловелл пришел к убеждению о существо- вании на Марсе цивилизации. Побуждаемый своим совре- менником, французским астрономом Камилом Фламмарио- ном (1842-1925), он изложил в популярной форме столь знакомую нам драму отважного марсианского народа, более высокоразвитого, чем мы, который борется за возможность выжить на высушенной и умирающей планете. В этих идеях Ловелл не видел ничего фантастического. В своей книге "Марс и жизнь на нем" он, в частности, писал: При изложении собранных по крупицам сведений о Марсе мы были предельно осторожны, стараясь избежать каких-либо домыслов. Но законы физики, а также современные знания в области геологии и биологии, пополненные сведениями из астрономии, привели нас от наблюдений к осознанию наличия иной, разумной жизни.

Хотя широкая общественность восприняла с энтузиазмом идею о существовании марсианской цивилизации, ученые даже при жизни Ловелла отнеслись к ней скептически, и она умерла вместе с ним. "Каналы", существование которых всегда вызывало большие сомнения, и которые, как теперь известно, никогда не существовали, были, вероятно, иллю- зией, порожденной трудностями наблюдений. Однако ос- тальные положения теории Ловелла-полярные льды, движе- ние воды, растительность-не только пережили его, но и обрели новую жизнь. Освободившись от домыслов о ге- роических марсианах, идея Ловелла о сходстве Марса и Земли приобрела как бы научную респектабельность и вошла в разряд разумных научных гипотез. Казалось бы, взгляды Ловелла были опровергнуты во всех существенных деталях.

Тем не менее-и это самое странное в нашем рассказе-по мере дальнейших наблюдений Марса все более казалось, что Ловелл был прав. Поэтому его взгляды преобладали на протяжении большей части нашего столетия.

Эпиграф перед началом этой главы взят из книги сотруд- ника Ловелла и отражает состояние вопроса на 1962 г.

Оптимизм, который сквозит в заявлении Слайфера, в 1962 г.

был действительно оправдан. К сожалению, полученные вскоре новые результаты покажут его необоснованность и позволят отнести нарисованную Ловеллом картину планеты с прорытыми марсианами каналами или без оных к области чистой фантазии. За несколько лет научные представления о планете в корне изменятся. Возвышению и падению в наши дни представлений Ловелла о Марсе посвящена остальная часть этой главы.

Марс до 1963 г.- представления Ловелла Полярные шапки Увеличение и уменьшение полярных шапок Марса зем- ные наблюдатели считали доказательством наличия на этой планете атмосферы, но ее качественный и количественный состав долгое время оставался неизвестным. Диоксид угле- рода, который, как мы теперь знаем, является основной составляющей марсианской атмосферы, впервые был обна- ружен на Марсе в 1947 г. известным американским астроно- мом, голландцем по происхождению, Джерардом П. Кюйпе- ром (1905-1973). В своем исследовании Кюйпер воспользо- вался методом инфракрасной спектроскопии. При спектро- скопическом изучении планет солнечный свет, отраженный планетой, собирается телескопом, а затем с помощью приз- мы или решетки разлагается в характеристический спектр, в данном случае-в спектр инфракрасного излучения. Далее полученный спектр сравнивают с аналогичным спектром, например Луны или, в зависимости от необходимости, дру- гой части той же планеты. Различные соединения поглощают свет разных длин волн, что делает возможным их химиче- скую идентификацию. Сравнивая спектр планеты, имеющей атмосферу, со спектром Луны, у которой атмосфера отсутст- вует, и учитывая при этом поглощение света в земной атмосфере, можно получить истинный спектр исследуемой атмосферы. Поскольку количество поглощенной энергии за- висит от массы поглощающего вещества, такой спектр несет не только качественную, но и количественную информацию.

Таким образом, по спектру можно не только установить, какой газ находится на пути света, поглощая его, но и определить концентрацию этого газа.

Область длин волн, лежащая за красным концом видимо- го спектра, называется инфракрасным (ИК-) излучением. В этой спектральной области находятся линии поглощения многих химических соединений. Сопоставив спектр отражен- ного ИК-излучения Марса с аналогичным спектром Луны, Кюйпер обнаружил, что в марсианском спектре ослаблены линии, соответствующие некоторым длинам волн вблизи 1,6 мкм (микрон: 1 мкм = 10-" м). Известно, что эта об- ласть длин волн соответствует полосе поглощения диоксида углерода. Кюйпер оценил, что количество СО^ над исследуе- мой областью марсианской поверхности в два раза больше, чем над такой же (по площади) областью Земли. Исходя из этого, он вычислил, какое давление создает на Марсе диок- сид углерода, приняв во внимание, что сила тяготения на этой планете слабее, чем на Земле. Он получил, что атмо- сферное давление на Марсе равно 0,26 мм Hg (ртутного столба), или 0,35 мбар*. Кюйпер ошибся: его результат оказался примерно в 16 раз ниже истинного значения. Эта ошибка имела важные последствия, так как позволила Кюй- перу утверждать, что полярные шапки на Марсе не могут состоять из замерзшего диоксида углерода (сухого льда).

Если бы давление диоксида углерода было столь низким, как следовало из расчетов Кюйпсра, то для вымораживания этого газа из атмосферы потребовалась бы нереально низкая температура. Несколькими годами позже выяснилось, что Кюйпер неправильно рассчитал давление СО^: однако это открытие не повлияло на общий ход событий.

Единственным другим веществом, из которого могли бы состоять марсианские полярные шапки, является вода в замерзшем состоянии: лед, снег или иней: однако поиски в атмосфере Марса паров воды. предпринятые различными астрономами, оказались безуспешными. Поэтому Кюйпер продолжал изучать северную полярную шапку непосредст- венно методом ИК-спектроскопии. Вследствие малых разме- ров шапки анализ результатов наблюдений вызывал нема- лые трудности, по, видоизменяя спектрометр так, чтобы повысить его чувствительность, и многократно повторяя наблюдения, Кюйпер в конце концов убедил себя в том. что "марсианские полярные шапки состоят не из СОд, а почти несомненно из Н^О, замерзшей при низкой температуре".

Нота осторожности, звучащая во второй части этого заклю- чения, связана с тем, что спектр отражения марсианской полярной шапки не полностью соответствовал спектру зем- ного снега, полученному Кюйпером.

Здесь он опять ошибся: меняющиеся в зависимости от сезона части шапок действительно образованы из замерзше- го диоксида углерода, а не из воды. но эту ошибку обнаружи- ли лишь почти через 20 лет. Напротив, неправильный вывод Кюйпера, казалось бы. подтверждался результатами Одуэна Дольфуса из Парижской обсерватории, который использо- вал другой метод, основанный на поляризации отраженного света. Обычный неполяризованный солнечный свет представ- * 1 мбар (миллибар) давление, равное 100 Н/м^ (ньютон на квадратный метр). На Зем.ю атмосферное давление еоетанляст 101? мбар. что соответствует 760 мм Hg на уровне моря.

ляет собой электромагнитные волны, в которых векторы электрического и магнитного полей колеблются во всех направлениях в плоскости, перпендикулярной направлению распространения светового луча. Однако у света, который отражается, рассеивается или проходит через некоторые специфические вещества, эти колебания происходят в строго определенном направлении. В таком случае говорят, что свет поляризован. Степень поляризации отраженного света зави- сит от угла зрения, а также от структуры, прозрачности и других физических свойств отражающей поверхности. Доль- фус, обладавший большим опытом исследования планет методом измерения поляризации света, решил применить его и для изучения марсианских полярных шапок.

Как и Кюйпер, Дольфус отмечал, что размеры шапок невелики и потому их исследование связано с трудностями.

Однако ему удалось сделать несколько измерений, и он обнаружил, что поляризационный эффект оказался намного меньше, чем при аналогичных измерениях на Земле поляри- зации света, отраженного от лежащих на горных склонах льда, инея и снега, наблюдаемых под тем же углом зрения.

Затем Дольфус провел серию лабораторных экспериментов.

Они показали, что эффект поляризации, вызванный слоем инея, имел сходство с эффектом поляризации, обусловлен- ным марсианскими полярными шапками, при двух условиях: во-первых, если иней осаждался на холодной поверхности при низком атмосферном давлении (как и должно было происходить на Марсе), и, во-вторых, если при этом он частично возгонялся, т. е. испарялся в твердом состоянии, под воздействием дуговой лампы. Подобное, вероятно, мог- ло происходить с марсианскими полярными шапками под влиянием солнечного излучения. На основании этих резуль- татов Дольфус пришел к выводу, что полярные шапки, по всей видимости, образованы инеем.

Дольфус не проводил сравнительных экспериментов с твердым диоксидом углерода, но явное совпадение его ре- зультатов с данными Кюйпера убедило многих исследовате- лей Марса, что вопрос о природе полярных шапок решен.

Далее мы цитируем заключение комиссии специалистов, многие из которых впоследствии сделали важный вклад в наши представления о Марсе. Эта комиссия была назначена Советом по космическим исследованиям, созданным для

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru консультаций НАСА на ранних этапах разработки програм- мы по изучению планет. Приведенная цитата дает представ- ление о взглядах ученых.

Инфракрасные спектры света, отраженного от полярных шапок, убедительно свидетельствуют, что эти образования на Марсе состоят не из замерзшего диоксида углерода единствен- ного поддающегося конденсации соединения, наличие которого.

кроме воды, можно было бы ожидать; спектры отражения также вполне согласуются с предположением, что полярные шапки образованы льдом . . . Данные по изучению поляризации пока- зывают, что полярные шапки состоят из инея. . .

Далее в своем докладе эта же комиссия настаивала на выводах, подобных тем, к которым 63 года назад, в 1898 г., пришел Ловелл. По ее мнению: ... так как полярные шапки состоят из замерзшей воды, их сезонные изменения прямо указывают на то, что в атмосфере Марса присутствуют пары воды. С учетом чередующегося изменения размеров полярных шапок в противоположных полу- шариях циркуляция нижних слоев атмосферы должна быть такова, чтобы обеспечивать перемещение водяных паров из одного полушария в другое.

Атмосферное давление Ряд взаимосвязанных ошибок послужил причиной воз- никновения неправильного представления о другом важней- шем параметре-атмосферном давлении. И опять это вызва- но стремлением приписать Марсу большее сходство с Зем- лей, чем есть на самом деле. Во времена Ловелла марсиан- ское атмосферное давление измеряли двумя основными ме- тодами-фотометрии и поляриметрии. Как известно, моле- кулы газа рассеивают свет. В частности, именно этим объяс- няется голубой цвет неба: атмосфера рассеивает падающий солнечный свет равномерно во всех направлениях, но по- скольку свет с более короткими длинами волн (синяя область спектра) рассеивается гораздо сильнее, чем длинноволновый (красная область), мы видим небо голубым. Поскольку рассеяние света атмосферой влияет на яркость поверхности планеты, измерение яркости на различных длинах волн и при различной плотности атмосферы (что достигается наблюде- нием планеты под разными углами) может служить средст- вом для оценки величины атмосферного давления. Кроме того, поскольку рассеянный свет поляризован, измерение степени поляризации дает возможность проверить получен- ные результаты.

Трудность, однако, состоит в том, что характер рассеяния света зависит не только от его длины волны и плотности атмосферы, но и от состава последней, а также наличия или отсутствия в ней пыли и других взвешенных частиц. Чтобы обойти это и другие препятствия, обусловленные, например.

поляризацией света при отражении от поверхности планеты.

исследователям до 1963 г. приходилось при расчете атмо- сферного давления делать некоторые неподдающиеся про- верке допущения. В результате, по словам Клода Мишо и Рэя Ньюберна из Лаборатории реактивного движения, "каж- дый новый исследователь, ссылаясь на "произвольные допу- щения" своих предшественников, выдвигал новый набор своих собственных".

Несмотря на все трудности, со времен Ловелла было предпринято не менее десяти попыток использовать фото- метрический и поляриметрический методы для определения величины давления на поверхности Марса. Результаты этих обычно вполне согласующихся друг с другом измерений были проанализированы французским астрономом Жераром де Вокулёром в его широко известной книге о Марсе.

английское издание которой появилось в 1954 г. Де Вокулёр пришел к выводу, что наиболее вероятное значение атмо- сферного давления у поверхност-и Марса равно 85 + 4 мбар.

(Эта цифра прекрасно совпадала с величиной, ранее получен- ной Ловеллом: в своей книге "Марс и жизнь на нем".

опубликованной в 1908 г.. Ловелл, используя фотометриче- ский метод, оценил величину давления в 64 мм Hg, что равно 85 мбар!) После повторной проверки данных упомянутая выше комиссия экспертов пришла к следующему заключе- нию: "Вряд ли истинное значение давления на поверхности [Марса] отличается от 85 мбар больше чем в 2 раза". В действительности же истинное значение поверхностного дав- ления отличается от 85 мбар более чем в 10 раз! Растительность Убежденность Ловелла в том. что темные области на поверхности Марса покрыты растительностью, основыва- лась па голубовато-зеленой окраске, которая, как показыва- ли наблюдения, изменялась со сменой сезонов. Весной это.

как говорил Ловелл, "весеннее движение", или "волна позе- ленения". начинающееся у края темной полосы, окружающей полярную шапку, перемещалось вдоль каналов по направле- нию к экватору и дальше. По оценке Ловелла, скорость распространения "волны позеленения" составляла 51 милю (82 км) в день. Согласно его схеме, волна усиления окраски свидетельствовала о развитии растительности в период.

когда в низких широтах в достатке появлялась вода. что было связано с ее регулярным перемещением в атмосфере планеты от одного полюса к другому. Ловелл понимал, что направление движения "волны потемнения" (как ее стали называть) противоположно тому, что наблюдается на Земле, где весенний рост растительности, начинаясь в умеренных широтах, распространяется к полюсу. Но он был убежден.

что именно этого следует ожидать на планете, где жизнь существует в условиях дефицита воды.

Наблюдения Марса в телескоп, проведенные уже после смерти Ловелла, подтвердили наличие темной полосы во- круг полярной шапки и сезонных изменений в окраске морей.

В настоящее время эти явления принято объяснять переме- щением облаков пыли ветрами, направление которых изме- няется в зависимости от сезона. Возможно, что темная полоса вокруг полярной шапки-это просто оптический эф- фект, обусловленный появлением слоя замерзшего диоксида углерода, который обнажается в результате возгонки лежа- щего на нем инея. Однако на протяжении десятилетий после смерти Ловелла господствовала гипотеза о существовании па Марсе растительности, и к 1960 г. казалось, что она скоро будет окончательно доказана.

История этого вопроса берет свое начало в 1947-1948 гг., ко1да Дж.П. Кюйпер. утверждавший, что марсианские по- лярные шапки состоят из водяного льда, обратил внимание на то, что он назвал "зелеными областями" Марса. Он собирался сравнить спектр света, отраженного от этих облас- тей, со спектрами света, отраженного от поверхностей, по- крытых высшими растениями, лишайниками и мхами. Ли- шайники представляют собой симбиозы грибов и водорос- лей. Они имеют зеленый или зеленоватый цвет и, подобно высшим растениям, осуществляют фотосинтез с помощью хлорофилла. Обладая чрезвычайной выносливостью, эти организмы населяют холодные, сухие, малоблагоприятные для жизни места, где редко встречаются другие виды.

Кюйпер не обнаружил сходства между спектрами света, отраженного от высших растений и лишайников. В то время как в видимой и инфракрасной областях спектра света, отраженного от высших растений, наблюдалось с десяток пиков, чередующихся с провалами, у лишайников соответст- вующий спектр не имел столь характерных особенностей - он был почти ровным. Подобный спектр получили и при иссле- довании мхов. По техническим причинам Кюйперу не уда- лось получить полной спектральной картины зеленых облас- тей Марса: он исследовал лишь отраженный от них свет на четырех различных длинах волн. Он убедился, что эти спектры отличаются от спектров зеленых растений, но весь- ма сходны со спектрами мхов и лишайников. Однако спектр, лишенный характерных особенностей, вряд ли можно было рассматривать как надежное доказательство существования на Марсе какой-либо формы жизни; поэтому "волне потем- нения" дали объяснение небиологического характера. Со- гласно новой гипотезе, сезонные изменения на Марсе проис- ходят в то время, когда неорганические вещества на его поверхности поглощают из атмосферы водяные пары, кото- рые весной перемещаются по планете, а затем теряют их осенью, когда атмосфера становится сухой. Существует мно- го соединений такого рода, которые меняют цвет при погло- щении или потере влаги. Известный английский астроном, эстонец по национальности, Эрнст Опик выступил в 1950 г.

против этой гипотезы, указав на то, что пылевые бури-в телескоп они видны как желтые тучи, порой окутывающие всю планету,-давно засыпали бы темные области, будь они просто минеральными отложениями на поверхности. Опик высказал предположение, что, поскольку одни и те же облас- ти всегда вновь появляются в поле зрения по окончании марсианских бурь, они, по-видимому, обладают способ- ностью к регенерации.

Проанализировав все эти факты и отдав должное аргу- ментам Опика, Кюйпер пришел к выводу, что в темных областях "имеются очень хорошие" условия для существова- ния жизни. Однако он считал маловероятным, что марсиан- ские лишайники идентичны земным, так как это свидетельст- вовало бы о параллельной эволюции, что абсолютно исклю- чено, и, кроме того, наши лишайники никогда не меняют цвета осенью.

Суждение Кюйпера в лучшем случае осталось бы только предположением, если бы вскоре оно не было подтверждено поразительным результатом, полученным молодым амери- канским астрономом В. М. Синтоном. Как и Кюйпер, Син- тон исследовал отраженный свет Марса, но не во всем диапазоне, а лишь в узком интервале длин волн в инфракрас- ной области (около 3.5 мкм), где наблюдается сильное по- глощение, соответствующее углерод-водородным связям.

Поскольку этот тип связей имеется в молекулах всех органи- ческих веществ, Синтон считал, что если волна потемнения обусловлена растительной жизнью, то это можно будет обнаружить по поглощению света в указанной области спектра. Изучение спектров отражения лишайников, мхов и сухих листьев подтвердило, что для них действительно ха- рактерно поглощение в этом диапазоне. Затем, исследуя в течение четырех ночей отраженный свет Марса, Синтон

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru

обнаружил в его спектре полосу поглощения максимумом на волне 3,46 мкм, т. е. точно там же, где и у исследованного ранее растительного материала. Два года спустя, в 1958 г., Синтон повторил свои наблюдения, но с использованием более совершенного 200-дюймового (1 дюйм = 2,54 см) теле- скопа Маунт-Паломарской обсерватории. На этот раз уче- ный смог проанализировать отдельно свет, отраженный от темных и от светлых областей Марса. В спектрах темных областей были обнаружены три полосы поглощения вблизи 3,5 мкм, характерные для органических соединений. В спект- рах светлых областей поглощение было слабым или вообще отсутствовало. Казалось бы, возможно ли более убедитель- ное подтверждение предположений Ловелла и Кюйпера! Но обнаруженные Синтоном полосы поглощения не убе- дили комиссию Совета по космическим исследованиям, ко- торая отметила, что "вероятность того, что эти полосы образуются в результате комбинации спектров неоргани- ческих веществ, по-видимому, еще не исследована в доста- точной мере". Однако относительно возможности существо- вания жизни на Марсе комиссия сделала такой вывод: В целом представленные доказательства позволяют предпо- ложить существование жизни на Марсе. В частности, данные о наличии паров воды именно таковы, каких следовало ожидать для планеты, довольно сухой в настоящее время, но когда-то, вероятно, имевшей значительно больше воды на поверхности.

Имеющиеся в нашем распоряжении немногочисленные факты могут свидетельствовать лишь о наличии микроорганизмов, о существовании же крупных организмов и животных, способных к передвижению, достоверных данных не получено.

Марс в действительности Атмосферное давление Снятие с Марса покрова таинственности, к чему мы сейчас приступаем, отражает истину, сформулированную много лет назад двумя учеными-философами Моррисом Коэном и Эрнстом Нагелем: "В общем можно сказать, что наука будет в безопасности до тех пор, пока существуют люди, которые заботятся о корректности используемых ими методов больше, чем о результатах, полученных с их по- мощью".

"Деловеллизация" Марса началась с одной-единственной, но исключительной по качеству спектрограммы, полученной на Маунт-Вилсоновской обсерватории в апреле 1963 г., кото- рую затем проанализировали Льюис Каплан. Гвидо Мюнх и Хайрон Спинард, сотрудники Лаборатории реактивного дви- жения Калифорнийского технологического института. В спектрограмме атмосферы Марса обнаружились полосы по- глощения в инфракрасной области, характерные для диокси- да углерода и, впервые, для паров воды. Спектр СО^ пред- ставлял особый интерес, поскольку в нем были как слабые линии поглощения, ширина которых зависит лишь от содер- жания в атмосфере СО^, а не от общего атмосферного давления, так и сильные, ширина которых зависит от обоих этих параметров. Таким образом, наконец появилась воз- можность рассчитать относительное содержание в атмосфе- ре Марса СО^, а также общее атмосферное давление у поверхности. Самое важное заключалось в том, что атмо- сферное давление теперь можно было вычислить, основы- ваясь только на известных физических законах, не прибегая ни к каким искусственным допущениям, которые ставили бы под сомнение результаты всех предыдущих расчетов.

Анализ спектрограммы, сделанный Капланом. Мюнхом и Спинардом, дал неожиданный результат: атмосферное давление на Марсе оказалось намного ниже, а содержание СОд-намного выше, чем предполагалось прежде. Так, по наиболее точным оценкам этих ученых, общее атмосферное давление оказалось равным 25 мбар, а давление СО^-4 мбар, тогда как ранее они предполагались равными 85 и 2 мбар соответственно. Авторы отмечали большие погрешнос- ти в своих вычислениях, обусловленные неопределенностью в результатах некоторых измерений (все расчеты производи- лись на основе всего лишь одной фотографической пластин- ки), но выразили надежду, что дальнейшие наблюдения позволят уточнить полученные результаты. В конечном счете было показано, что даже 25 мбар-слишком большое значе- ние для атмосферного давления у поверхности Марса.

Статья Каплана, Мюнха и Спинарда, опубликованная в 1964 г., открывает "постловелловскую эру" в изучении Мар- са. Большие усилия были затрачены на повторные исследо- вания атмосферного давления и состава атмосферы. Это было важно не только потому, что полученные результаты интересны сами по себе, но и по той причине, что без точных данных невозможна разработка космического аппарата для посадки на планету. Когда в 1965 г. Марс в очередной раз оказался на минимальном расстоянии от Земли, его атмо- сферу тщательно исследовали в телескопы наземных обсер- ваторий. а также с помощью аппарата "Маринер-4"-перво- го американского космического корабля, запущенного к Марсу.

Следующую неожиданность в развернувшуюся марсиан- скую эпопею принесли полные и богатые информацией результаты, полученные "Маринером-4". При этом исполь- зовался метод измерения атмосферного давления, совершен- но новый для исследований Марса. Прежде всего потребо- вался точный расчет траектории полета космического аппа- рага, которая должна была проходить таким образом, что "Маринер-4" на протяжении примерно одного часа дважды заслонялся Марсом. Приблизительно в течение 2 мин, пред- шествующих действительному заходу аппарата за видимый диск планеты, радиоимпульс, посылаемый "Маринером-4" на Землю, проходил, преломляясь и искривляясь, через марсианскую атмосферу. То же самое происходило 54 мин спустя, когда космический аппарат выходил из-за диска Марса. При приеме это) о радиосигнала на Земле его прелом- ление точно измерялось, а поскольку величина его зависит от плотности атмосферы, был получен полный "профиль" дав- ления с внешнего края атмосферы Марса и до той точки на поверхности, где космический аппараг заходил за диск пла- неты или появлялся из-за него.

Полученная таким образом величина давления оказалась удивительно низкой: 4-7 мбар в зависимости от температу- ры атмосферы и реального содержания диоксида углерода (когорое к тому времени было точно известно). На Земле атмосферное давление имеет такое значение на высоте около 32 км. Сначала предполагалось, что столь низкие величины давления должны oi носиться к высоким точкам поверхности Марса, а не ко всей планете в целом. Однако от этой мысли пришлось отказаться. Начиная с 1965 г. было сделано много измерений марсианского давления, которые проводились различными методами и с разных точек наблюдения: от спектроскопических исследований с Земли всей видимой поверхности планеты до локальных измерений, осуществлен- ных с помощью датчиков давления непосредственно на поверхности планеты, куда они были доставлены спус- каемыми аппаратами "Викиш". Все полученные результаты хорошо согласуются в том. 410 средняя величина давления.

которая может слегка варьироваться в зависимости от места и времени года, сущес'1 веппо ниже 10 мбар. Оценки, сделап- ные разными авторами, колеблюся в пределах 5-7 мбар, поэтому в качестве разумного приближения можно принять величину атмосферного давления равной 6 мбар. Давление на Равнине Эллада, одном из самых низких районов на Марсе, должно составлять примерно 8,6 мбар, а на вершине горы Олимп, самой высокой точке планеты,- около 0,5 мбар.

Состав атмосферы и полярных шапок; Результаты, полученные с помощью аппарата "Мари- нер-4", недвусмысленно свидетельствуют о том, что диоксид углерода, давление которого, по оценке Каплана, Мюнха и Спинарда, составляет на Марсе 4 мбар, должен быть глав- ным, а не второстепенным компонентом марсианской атмо- сферы, как считали, исходя из величины давления 85 мбар.

(Впоследствии в результате полета "Викингов" было уста- новлено, что содержание диоксида углерода в атмосфере Марса достигает 95%.) Кроме того, еще до полета "Викин- гов" в атмосфере Марса были обнаружены пары воды (их наличие установлено по спектрам, полученным на фотоплас- тинке и проанализированным Капланом и его коллегами), а также небольшие количества кислорода, озона, атомарного водорода и монооксида углерода, образовавшихся в резуль- тате фотолиза из воды и диоксида углерода под действием солнечного света. Содержание паров воды в атмосфере соответствовало 14 мкм осадочной воды. Это значит, что если бы все пары воды в атмосфере планеты сконденсирова- лись, то образовался бы слой воды толщиной в 14 мкм. При такой концентрации водяных паров их давление у поверх- ности равно '/gooo давления диоксида углерода, т.е. 0,5 мкбар*; на поверхности Земли давление паров воды в сред- нем в 10000 раз больше. Подобное несоответствие приводит к важным биологическим последствиям, о которых мы расскажем подробнее в следующих главах.

Значительная концентрация диоксида углерода в марси- анской атмосфере побудила Роберта Лейтона и Брюса Мюр- рея, сотрудников Калифорнийского технологического инсти- тута, пересмотреть вопрос о составе полярных шапок. В 1966 г. Лейтон и Мюррей опубликовали результаты теорети- * Масса слоя воды толщиной 14 мкм равна 0,0014 г/см^. Умно- жая эту величину на ускорение силы тяжести (на Марсе оно равно 373 см/с"), можно найти давление паров воды у поверхности-оно составляет 0,522 мкбар.

ческого исследования теплового баланса Марса, что позво- лило им предсказать температуру на любой широте планеты в любое время года. Предполагалось, что Марс в среднем холоднее Земли, поскольку он находится дальше от Солнца, поток солнечного излучения, приходящийся на единицу его поверхности, составляет только 43% от того, что получает Земля. Кроме того, из-за разреженности марсианской атмо- сферы парниковый эффект там выражен очень слабо. Изме- рения, проведенные с Земли, показали, что температура на марсианском экваторе днем достигает 25"С, но ночью падает на 100 С и даже больше. Поскольку на Марсе нет океана,

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru который мог бы смягчать подобные перепады температуры, предполагалось, что они весьма велики. Хотя температуру полярных шапок не измеряли, считалось, что она не настоль- ко низка, чтобы вымерз диоксид углерода из атмосферы.

Анализ, проведенный Лейтоном и Мюрреем, показал, что зимние температуры в высоких широтах обоих полушарий Марса вполне могут опускаться ниже -128"С, т.е. точки замерзания диоксида углерода при давлении 4 мбар. Разме- ры и скорость исчезновения полярных шапок, предсказывае- мые при условии, что они состоят из твердого диоксида углерода, хорошо согласовались с результатами наблюдений реальных марсианских шапок. Как видим, все сказанное о Марсе не дает оснований утверждать, что марсианские по- лярные шапки могли сформироваться из паров воды, хотя предполагается, что в их составе есть небольшие количества водяного льда. Поэтому Лейтон и Мюррей сделали вывод, что полярные шапки почти полностью состоят из замерзше- го диоксида углерода.

Это предположение подтвердилось в 1969 г., когда к Марсу приблизились еще два космических аппарата: "Мари- нер-6" и "Маринер-7". Когда "Маринер-7" проходил над южной полярной шапкой, на его борту работали два инфра- красных детектора. Один из этих приборов, радиометр, измерял тепловое излучение поверхности Марса; эти данные позволяли рассчитать температуру поверхности. Другой прибор, спектрометр, регистрировал как температуру, так и спектр отраженного инфракрасного излучения, который можно было использовать для изучения химического состава полярной шапки и атмосферы планеты. Как это принято, первые научные результаты, полученные с аппаратов "Мари- нер", были оглашены на пресс-конференции, состоявшейся в Лаборатории реактивного движения в Пасадене вскоре после окончания полета: краткое сообщение для прессы по резуль- татам полета "Маринера-7" было сделано 7 августа 1969 г.

От имени группы экспериментаторов, работавших с инфракрасным радиометром, Джерри Нойгебауэр из Кали- форнийского технологического института сообщил, что мак- симальная температура, измеренная прибором, равна -123"С (согласно более поздним оценкам, она равна - 125 С), т.е. близка к величине, предсказанной Лейтоном и Мюрреем; это хорошо согласуется со значением температу- ры, рассчитанной на основе предположения, что полярная шапка состоит из замерзшего диоксида углерода. Расчетная температура зависит от давления диоксида углерода в атмо- сфере: чем оно выше, тем выше температура, и наоборот.

При давлении 4 мбар температура по расчетам должна равняться -128"С, в таком случае измеренная температура (-125"С) соответствует давлению диоксида углерода 6.4 мбар. Эти два набора данных близки настолько, что их можно было считать совпадающими. Совершенно другой результат получила группа ученых во 1лаве с Джорджем Пайментелом из Калифорнийского университета в Беркли.

работавшая с инфракрасным спектрометром. Их данные прежде всего говорили о том. что температура кромки полярной ледяной шапки слишком высока для замерзшего диоксида углерода, откуда исследователи сделали вывод, что по крайней мере кромка состоит из водяного льда. Кроме того, спектрометр зарегистрировал над кромкой шапки (но не над основным ее телом) присутствие газообразного мета- на и аммиака. Наличие богатых водородом газов на планете.

имеющей столь высокоокисленную атмосферу, вызывало удивление, поэтому было высказано предположение, что там происходят какие-то необычные химические процессы. В итоге эта группа исследователей сделала вывод, что у пери- ферии полярной шапки имеется обводненная зона. пригодная для жизни, а метан и аммиак, возможно, являются продукта- ми биологической деятельности.

Это было воспринято как новое свидетельство в пользу существования жизни на Марсе, и на следующий день о нем сообщалось по всему миру. Как писала по этому поводу газета "Нью-Йорк тайме", "у ученых и журналистов пере- хватило дыхание". Не мелькнула ли в этот момент перед ними тень Персиваля Ловелла? Или обманчивый образ Марса опять вводит в заблуждение свои многочисленные жертвы? Как бы то ни было. вскоре все недоразумения разрешились: спектрометрическая лабораторная проверка показала, что поглощение, прежде приписываемое метану и аммиаку, может быть обусловлено также твердым диокси- дом углерода. Другой результат-более высокая, чем пред- полагалось ранее, температура кромки полярной шапки.-не- сомненно означал, что когда космический аппарат двигался по направлению к полярной шапке, в поле зрения его бортового спектрометра попали какие-то участки обнаженного откры- того грунта и скал. Естественно, скалы и грунт имеют более высокую температуру, чем сама ледяная шапка. Биологиче- ское объяснение было забыто, и сегодня спектрометрические данные стали одним из убедительных свидетельств того, что полярные шапки Марса состоят из диоксида углерода.

Темные области Когда окончательно выяснилось, что сезонно изменя- ющиеся полярные шапки Марса состоят не из водяного льда.

а из замерзшего диоксида углерода, ученым пришлось отка- заться от прежнего убеждения, что "полярные моря" и другие подобные явления связаны с сезонными перемещения- ми воды от одного полюса планеты к другому, как считал Ловелл. Если полярные шапки сформированы из постоянно присутствующего в атмосфере диоксида углерода, а не из паров воды, перемещающихся над поверхностью Марса, то каким образом можно объяснить их сезонные изменения? Наблюдения с помощью телескопов, проведенные уже после смерти Ловелла, в общих чертах подтвердили данное им описание поверхности планеты. Темная кайма вокруг исчезающей полярной шапки, очевидно, действительно су- ществует, так же как повышается контрастность светлых и темных областей планеты в летнее время. Более проблема- тично выглядела волна потемнения, но к 1962 г. несколько наблюдателей подтвердили ее наличие, и при этом оказа- лось, что действительно существует некоторая корреляция между местоположением (широтой) той или иной области поверхности и временем его потемнения или посветления, хотя эта корреляция не столь очевидна, как утверждал Ловелл. Однако в наше время это явление объясняют совер- шенно иначе. По причинам, о которых мы расскажем в следующей главе, полярная темная кайма не может состоять из жидкой воды. Истинная ее природа точно неизвестна, но, по-видимому, она обусловлена либо действием сезонных ветров, сдувающих пыль с поверхности, либо оптическим эффектом, вызванным наличием зеркального слоя твердого диоксида углерода, о котором говорилось выше. Не исклю- чено также, что этот слой состоит из гидрата диоксида углерода, СОд-бНдО, на возможное присутствие которого в марсианской полярной шапке указывали Стэнли Миллер и Уильям Смит. Это соединение может образовать слой, лежащий на границе раздела стабильной части шапки, со- стоящей из водяного льда, и ее сезонно изменяющейся части, сформированной из твердой углекислоты СОд.

В настоящее время изменения в темных областях принято связывать с перераспределением пыли, вызванным сезонны- ми ветрами, которые в большей или меньшей степени обна- жают более темную почву. Однако некоторые ученые счита- ют, что наблюдаемые сезонные изменения в окраске поверх- ности Марса вызваны просветлением светлых областей, а не потемнением темных. Хотя это явление имеет вид волны, распространяющейся по поверхности планеты, до сих пор не ясно, обусловлено ли оно оптическим эффектом, возникаю- щим из-за изменения освещенности и углов наблюдения, или какими-то другими процессами.

Без сомнения, самым убедительным доказательством в пользу существования жизни на Марсе считались получен- ные Синтоном спектры с ярко выраженными полосами поглощения. Эти спектральные характеристики были заре- гистрированы с помощью современных надежных методов, и, казалось бы, их явная взаимосвязь с сезонными измене- ниями темных областей делала маловероятным какое-либо иное объяснение. Хотя консультативная комиссия НАСА предостерегала против интерпретации синтоновских полос поглощения исключительно на основе биологических явле- ний. не было предложено каких-либо объяснений, связы- вающих наблюдаемое поглощение света с неорганическими веществами. Напротив, в единственном опубликованном до 1965 г. сообщении, где была предпринята попытка более четко проследить эту взаимосвязь, высказывалось предполо- жение, что эти полосы поглощения обусловлены наличием на Марсе такого органического соединения, как ацетальдегид. В 1965 г. сотрудники Калифорнийского университета в Беркли Джеймс Ширк, Уильям Хейзелтайн и Джордж Пайментел продемонстрировали, что указанное поглощение лучше объясняется наличием в атмосфере Марса тяжелой воды HDO (в молекуле которой один атом водорода заменен атомом дейтерия), а не органическим веществом. Вскоре после этого в статье Доналда Риа, Брайена 0'Лири и Синтона из Калифорнийского университета в Беркли и из Ловелловской обсерватории были представлены убедитель- ные доказательства того, что тяжелая вода, о которой шла речь, присутствует не в марсианской, а в земной атмосфере.

(Дейтерий составляет 0,02% концентрации земного водоро- да.) Выяснилось, что трудности, возникающие при проведе- нии спектроскопических исследований небольших участков марсианской поверхности, привели к тому, что Синтон неправильно интерпретировал полосы поглощения в спект- рах, приписав их действию темных областей поверхности.

Таким образом, больше не было оснований считать, что темные области на поверхности Марса отличаются от свет- лых содержанием в них органического вещества.

Полет "Маринера-9" и представления о Марсе до полета "Викинга" Отныне старые, ловелловские представления о Марсе начали быстро разрушаться, и к 1969 г. от них полностью отказались. Из суровой, но тем не менее чем-то напоми

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru нающей Землю планеты Марс превратился в негостеприим- ный, безжизненный мир, скорее похожий на Луну. Оказалось, что этот "новый" Марс имеет разреженную атмосферу.

состоящую преимущественно из диоксида углерода, которая, очень слабо поглощая солнечное ультрафиолетовое излуче- ние, не способна защитить от его разрушающего действия поверхность планеты. Безуспешными оказались и все попыт- ки обнаружить здесь такой жизненно необходимый элемент, как азот-газ, наиболее распространенный в земной атмосфе- ре, который, согласно представлениям Ловелла, должен был составлять основную массу атмосферы Марса. Только те- перь удалось установить, что содержание азота в ней не превышает 5%; не исключено, что планета вообще лишена этого газа. С биологической точки зрения наиболее страш- ной кажется высокая сухость Марса: низкое атмосферное давление у поверхности означает, что вода не может сущест- вовать на ней в жидкой фазе-только в виде льда или пара.

Телевизионные изображения планеты, переданные на Землю аппаратами "Маринер-4", "Маринер-6" и "Мари- пер-7", поразили исследователей не меньше, чем результаты по изучению атмосферы. Марс больше напоминал Луну, чем планету, подобную Земле. При ближейшем рассмотрении практически исчезло даже различие в цвете отдельных облас- тей поверхности и стало невозможно обнаружить связь между морфологией поверхности и ее расцветкой. Даже границы между ставшими уже классическими светлыми и темными областями, казалось бы, столь отчетливые при наблюдении с Земли, были невидимы на фотографиях, кото- рые показывали Марс более детально, чем его когда-либо удавалось рассмотреть прежде. Выяснилось, что светлые области представляют собой относительно ровные участки грунта, покрытые более или менее сплошным слоем светлой пыли. Темные области, как оказалось, соответствуют участ- кам поверхности, испещренным множеством кратеров и местами покрытым пылью, через которую проглядывает более темный грунт. Что же касается каналов Скиапарелли и Ловелла, то единственным намеком на них являются хаоти- чески расположенные цепочки кратеров и другие естествен- ные детали рельефа, которые глаз воспринимает как линии на поверхности планеты.

К 1970 г. перспектива обнаружения жизни на Марсе стала столь малореальной, что вроде бы не оставалось серьезных оснований для включения биологических вопросов в план исследовательской программы космического аппарата, кото- рый предполагалось спустить на поверхность планеты в 1976 г. Однако очередной полет в 1971 г. аппаратов "Мари- нер" побудил ученых решительно пересмотреть эту точку зрения. Из двух космических аппаратов, запущенных в этом году, "Маринер-9", как и планировалось, вышел на орбиту вокруг Марса и проработал там 1 1 месяцев. Самым главным его достижением было получение фотографической карты всей поверхности планеты, и, так как теперь удалось увидеть большие области, ранее не доступные наблюдению, выясни- лось, что Марс представляет собой не просто новый вариант Луны, как предполагалось прежде, а является планетой со своей собственной сложной историей.

К этому заключению привели несколько удивительных открытий, сделанных при изучении новых деталей марсиан-' ской поверхности. Было обнаружено четыре гигантских не- действующих вулкана, один из которых самый большой в Солнечной системе. Но наиболее пристальное внимание при изучении поверхности Марса привлекли, несомненно, много- численные протоки - "русла" протяженностью до сотен кило- метров, которые, по-видимому, были "вырыты" в далеком прошлом планеты текущей водой. (Эти русла не видны с Земли и не имеют никакого отношения к каналам Ловелла.) Обнаружено несколько морфологически различных типов этих образований, но не во всех случаях их происхождение обязательно нужно объяснять текущей водой. Некоторые из них могли, например, возникнуть в результате движения ледников, а другие-потоков лавы. Тем не менее многие из них, а возможно и большинство, сформировались, по-види- мому, под воздействием воды. Среди них встречаются изви- листые речные русла, образующие вместе со своими прито- ками типичную систему водостока. Источником воды в этих случаях мог быть лежащий под поверхностью лед (вечная мерзлота), который таял в результате нагревания, вызванно- го внутренней активностью, а образовавшаяся при этом вода просачивалась на поверхность. Однако рассматриваются и другие источники воды-вплоть до дождей. Некоторые русла начинаются внезапно, имея вид очень крупных образований, как бы созданных внезапным катастрофическим наводне- нием. Однако в отличие от обычных (земных) систем водо- стока они часто уменьшаются в своих размерах вниз по течению. Маловероятно, что они возникли под воздействием текущей воды, хотя такая возможность не исключается полностью.

Эти русла образовались довольно давно. Судя по числу перекрывающих их ударных метеоритных кратеров, -это древние образования, в основном возраста порядка милли- арда лет. Нет никаких явных доказательств, что на поверх- ности Марса когда-либо существовали озера или океаны.

Реки, вероятно, не впадали в моря, а, насколько можно судить по оставшимся от них следам, просто иссякали-ухо- дили в грунт или испарялись.

Возможность того, что когда-го по поверхности Марса текла жидкая вода, открывала более обнадеживающие перспективы биологических исследований. Если в далеком прошлом природные условия на планете были таковы, что на ее поверхности могла существовать вода, то, возможно, возникла и жизнь. А если так, то, постепенно приспосабли- ваясь к ухудшающимся условиям, жизнь на планете могла сохраниться и продолжает существовать до сих пор. Вероят- ность этого, по-видимому, невелика, но в подобных вопросах априорные суждения мало что значат, пока они не проверены экспериментально. Главная цель экспедиции аппаратов "Ви- кинг" заключалась именно в такой экспериментальной про- верке. Об этом мы расскажем в следующей главе, наиболее важной с точки зрения поисков жизни на Марсе.

Глава 6 Полет "Викингов": вода, жизнь и марсианская пустыня Из всех вещей самая прекрасная вода.

Пиндор. "Первая олимпийская ода" (476 г. до Предположения и мифы, веками окружавшие Марс и его "обитателей", достигли кульминации летом 1976 г., когда две американские межпланетные станции "Викинг" прибли- зились к планеге. Главная цель полета этих наиболее совер- шенных в техническом отношении автоматических космиче- ских аппаратов состояла в том, чтобы выяснить, существует ли в действительности жизнь на Марсе. Каждая из станций состояла из двух частей: орбитального и спускаемого аппа- ратов, в целом составлявших четыре самостоятельных бло- ка. После их разъединения орбитальные аппараты продол- жали обращаться по своей орбите вокруг планеты, произво- дя фотографирование ее поверхности и глобальные исследо- вания распределения паров воды и температуры поверхнос- ти. Они служили также ретрансляторами для передачи ин- формации со спускаемых аппаратов на Землю. Спускаемые аппараты, достигнув поверхности планеты, провели серию исследований, касающихся биологии и морфологии Марса. В этой главе мы остановимся на важных открытиях биологи- ческого характера, которые были сделаны с помощью орби- тальных аппаратов "Викинг", и познакомимся с результата- ми, полученными спускаемыми аппаратами.

Вода, лед и пары воды В одном решающем отношении Земля не имеет себе аналогов в Солнечной системе-это единственное из вра- щающихся вокруг Солнца тел, на поверхности которого существует жидкая вода. В самом деле, на Земле имеются не "следы" воды, как на некоторых планетах, а ее необъятные количества. Более 70% земной поверхности покрыто океана- ми, которые содержат столько воды, что если распределить се равномерно по всему земному шару, то образуется слой толщиной около 2700 м. Инопланетному наблюдателю трудно было бы поверить, что на таком богатом водой космическом теле, как Земля, существуют обширные облас- ти, где вода (точнее, ее нехватка) является фактором, ограни- чивающим возможность жизни. Тем не менее это так. Пус- тыни, которые занимают одну пятую площади суши. красно- речиво свидетельствуют о важности постоянного присутст- вия жидкой воды для существования жизни на нашей плане- те.

До 1963 г. вопрос о наличии воды на Марсе по-прежнему оставался открытым, как. впрочем, и большинство других проблем, связанных с этой планетой. К 1970 г.. т.е. за пять лет до запуска "Викингов", наблюдения, проведенные с Земли и с помощью космических аппаратов, со всей очевид- ностью показали, что недостаток воды-основное препятст- вие для возникновения любой предполагаемой марсианской биосферы. Полное представление об этом сложилось после полета "Маринера-9" и особенно орбитальных аппаратов "Викинг", которые осуществили съемку распределения паров воды на Марсе в зависимости как от местоположения, так и от времени года. Данные, полученные с помощью инфра- красных спектрометров, установленных на орбитальных ап- паратах, показали абсолютную сухость марсианской пусты- ни. Но чтобы в полной мере оценить этот факт. коротко напомним сначала основные физико-химические свойства воды.

Как и многие другие соединения, вода существует в трех состояниях (или фазах): твердом, жидком и газообразном.

легко переходя из одного состояния в другое. Если оставить в комнате открытый сосуд с жидкой водой, то ее молекулы начнут отрываться от поверхности жидкости и улетучивать- ся, включаясь в состав воздуха комнаты в виде паров.

Некоторые из этих молекул могут вновь попасть в сосуд.

присоединившись к жидкости, однако в основном их переме- щение происходит в одном направлении-в результате жид- кость испаряется. Чтобы избежать испарения, сосуд можно закрыть, в этом случае пространство над жидкостью в сосуде

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru

вскоре насыщается парами, и тогда скорость конденсации пара станет равной скорости испарения с поверхности жид- кости. С этого момента система в целом больше не меняется: в таком случае говорят, что она находится в равновесии.

Давление водяного пара при равновесии (статическое давле- ние) можно измерить, причем оно зависит от температуры: чем выше температура, тем выше давление. Например, при 25 ^С давление паров в состоянии равновесия равняется 31,7 мбар, или примерно 0,03 атм. Это означает, что система стабильна при 25"С до тех пор, пока давление паров воды в окружающей среде равняется 31,7 мбар. При более низком давлении пара вода испаряется, а при более высоком пар конденсируется, пока вновь не установится равновесие. При ЮО^С статическое давление пара на уровне моря составляет 1013 мбар ^ 1 атм. При этом в жидкой фазе начинают образовываться пузыри в таком случае говорят, что вода кипит.

Теперь понизим температуру ниже точки замерзания, чтобы жидкая вода превратилась в лед. Так как лед испаря- ется в сухом воздухе, пары над ним также создают опреде- ленное давление. Скажем, при температуре -20 С давление паров льда равно 1,0 мбар, при -10"С оно составляет 2,6 мбар. В воздухе с более низким давлением водяного пара лед испаряется, или возгоняется. Если давление водяного пара выше, то пар конденсируется прямо в лед-именно такой процесс происходит при образовании инея в холодную ясную ночь. В обоих случаях осуществляется непосредственный переход пара в твердое состояние или, наоборот, без образо- вания жидкой воды.

В рассмотренных примерах речь идет не более чем о двух фазах: пар и вода либо пар и лед. Увеличивая давление, можно вызвать таяние льда. приведя тем самым воду и лед в состояние равновесия при температурах ниже 0 С без газооб- разной фазы. Чтобы привести все три фазы в равновесие.

необходимо установить температуру около 0"С, когда равно- весное давление паров воды и льда равно 6,1 мбар. Это состояние равновесия трех фаз называется тройной точкой.

Для наших целей важно знать величину давления в тройной точке, поскольку это самое низкое давление, при котором может существовать чистая жидкая вода*.

Все сказанное выше относится лишь к чистой воде, которая редко встречается в природе. Даже дождевая вода содержит растворенные атмосферные газы, а вода озер, рек и океанов - еще и растворенные соли. Наличие в воде раство- ренных веществ (или какого-то другого растворителя) приво- дит к уменьшению равновесного давления ее паров, а это в свою очередь влечет за собой понижение температуры точки * Следует помнить, что величина 6.1 мбар относится к давле- нию паров воды, а не к общему атмосферному давлению, как иногда указывают.

'замерзания и повышение температуры точки кипения. На- сколько сильно проявляются эти эффекты, зависит от кон- центрации растворенных веществ. Концентрированные раст- воры могут существенно отличаться в этом отношении от чистой воды, а слабые растворы-лишь незначительно. Со- гласно закону Рауля, давление паров слабых растворов пропорционально доле молекул воды в растворе.

Приведем несколько примеров. Давление паров над раствором сахарозы, в котором на одну молекулу сахара приходится 99 молекул воды (16%-й раствор по массе), почти точно составляет 99% давления паров над чистой водой при той же температуре. Температура точки замерза- ния такого раствора равна - 1,10"С. Морская вода представ- ляет собой сложную смесь солей, равновесное давление паров составляет 99% их давления над чистой водой при той же температуре, а замерзает морская вода при температуре -1,87 С. Из закона Рауля следует, что 98% молекул в морской воде приходится на долю чистой воды. (Если речь идет об электролитах, как в данном случае, то ионы рассмат- риваются как молекулы.) Большое Соленое озеро, как и многие другие соленые озера, насыщено или почти насыщено хлоридом натрия (NaCI бытовая поваренная соль). Давле- ние паров насыщенного раствора NaCI составляет 75% от давления паров чистой воды, а его температура замерзания близка к -21 С. Доля молекул воды в этом растворе составляет 82% (при такой высокой концентрации солей закон Рауля выполняется лишь приближенно). Другая соль.

хлорид кальция (CaCI^), редко встречается в природе, но в одном из водоемов Антарктиды (о нем говорится далее в этой главе) она содержится в насыщающей концентрации.

Температура точки замерзания насыщенного раствора хло- рида кальция равна -51 С, а равновесное давление его паров при комнатной температуре составляет только 31 % от равновесного давления паров чистой воды.

Как видно из этих примеров, добавление к воде раство- ренных веществ стабилизирует жидкую фазу при более низких (по сравнению с чистой водой) значениях давления пара и температуры. До экспедиции "Викингов" предполага- лось, что благодаря этому эффекту на поверхности Марса может существовать жидкая вода. Далее мы проанализируем это предположение наряду с некоторыми данными о биоло- гической пригодности воды, содержащей высокие концентра- ции растворенных веществ.

Вода на Марсе Открытия "Викингов" Проблема воды на Марсе-ее количества, фазового со- стояния и распределения-была предметом интенсивного изучения как до полета "Викингов", так и в период их работы на Марсе. Даже Персивалю Ловеллу было известно, что эта планета представляет собой пустыню. Однако, насколько высока ее сухость, оставалось неясным вплоть до 1963 г., когда на основании спектрометрических исследований было установлено наличие паров воды в атмосфере Марса и оценено ее количество: примерно 14 мкм в пересчете на осадочную воду, что эквивалентно величине давления пара у поверхности планеты 0,5 мкбар (см. гл. 5). Более поздние наблюдения, проводившиеся как с Земли, так и с космиче- ских аппаратов до полетов "Викингов", подтвердили нали- чие в атмосфере паров воды в концентрации, соответству- ющей 50 мкм осадочной воды, что равносильно давлению примерно 2 мкбар. (Давление паров воды в земной атмосфе- ре на экваторе в среднем составляет 28 мбар, или 28000 мкбар.) Как мы видели, чтобы предотвратить испарение чистой воды. необходимо давление пара не менее 6,1 мбар: поэтому с самого начала не вызывало сомнений, что жидкая вода, если она вообще существует на Марсе, даже при высокой концентрации растворенных веществ должна встре- чаться на поверхности крайне редко.

Исследования по программе "Викинг" значительно рас- ширили наши знания о количестве и распространенности воды в атмосфере Марса. Соответствующие данные были получены для всего марсианского года, причем с несравнен- но более высоким пространственным разрешением, чем уда- валось достигнуть прежде на основе наземных наблюдений; были, кроме того, исследованы области Марса, вообще недоступные для наблюдений с Земли. По измерениям.

проведенным "Викингами", количество паров воды колеба- лось в зависимости от времени года и района в пределах О 120 мкм осадочной воды (что эквивалентно давлению у поверхности около 4,5 мкбар). Самое высокое содержание было обнаружено в атмосфере над границей северной ледя- ной шапки, в области 70-80  с.ш., в середине лета, когда эта полярная шапка уменьшалась до своего минимального раз- мера. "Остатки" се состояли из водяного льда; об этом свидетельствовали содержание паров воды в атмосфере над полярной шапкой, а также ее температура. Летом 1976 г., во время посадки "Викингов", она составляла -168"С: это слишком высокая температура для полярной шапки, со- стоящей из замерзшей углекислоты.

По мере перемещения к югу от областей с максимальным содержанием паров воды датчики на космических аппаратах "Викинг" регистрировали все более низкую концентрацию паров в атмосфере. Как видно из рис. II, содержание воды резко падало, достигая минимума в Южном полушарии.

Полученные данные почти не оставляют сомнений в том, что в период лета в Северном полушарии основным источником воды на Марсе является северная полярная область.

С приближением осени и зимы содержание паров воды в атмосфере Северного полушария уменьшалось, тогда как на юге увеличивалось лишь незначительно. Во время летнего сезона 1977 г. в Южном полушарии содержание воды в южной атмосфере не достигало тех максимальных значений, которые были обнаружены в период северного лета в районе северной полярной шапки. Все лето температура южной полярной шапки оставалась близкой к точке замерзания диоксида углерода; следовательно, эта ледяная шапка не могла служить источником паров воды в атмосфере, даже если бы она и содержала воду. что вполне вероятно, хотя достоверно не установлено. Предполагается, что значитель- ное различие между двумя полярными шапками, обнаружен- ное при анализе измерений, проведенных "Викингами", от- части объясняется пыльными бурями, которые возникают только в Южном полушарии в период южного лета. Плот- ное облако пылевой взвеси, образовавшейся в атмосфере.

препятствует нагреванию южной полярной шапки солнеч- ным излучением.

В экваториальных широтах, где температура поверхности часто поднимается выше 0'С (по этой причине в эпоху.

предшествовавшую полету "Викингов", эти области каза- лись особенно благоприятными для жизни), содержание паров воды в атмосфере на протяжении всего года не превышало 5-15 мкм осадочной воды. При таких условиях поверхность планеты должна быть чрезвычайно сухой.

Действительно, К. Б. Фармер и П. Э. Доме на основании данных, полученных "Викингами", пришли к выводу, что вся область между 35 ю. ш. и 46 с. ш. представляет собой сухую зону. лишенную воды, которая, возможно, сконцентрирова- лась в полярных областях, играющих роль своего рода водяных ловушек. Вероятно, большие количества воды со- хранились вокруг полярных областей под поверхностью в виде постоянных отложений замерзшего льда, или вечной

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru мерзлоты. Вечная мерзлота выходит на поверхность у Север- ного полюса, образуя остаточную ледяную шапку-нечто вроде верхушки айсберга. Не исключено, что подобные отложения водяного льда имеются на поверхности и у Южного полюса, но это пока не доказано.

На Земле, как мы знаем, наблюдается совершенно иная картина: здесь наибольшее количество паров воды сосредо- точено в области экватора, а наименьшее-у полюсов. В среднем давление паров воды на нашей планете на широте 0 равно 28 мбар: на широте 70" оно составляет в среднем (для обоих полушарий) 1,3 мбар. Это различие обусловлено тем, что жидкая вода присутствует на Земле на всех широтах, а количество водяных паров в атмосфере зависит главным образом от температуры, которая высока на экваторе и низкая у полюсов. На Марсе вода (в виде льда) сконцентри- рована почти полностью в полярных областях, где вследст- вие низкой температуры содержание паров воды в атмосфере очень невелико. Поэтому, даже когда атмосфера Марса насыщена парами воды, их давление незначительно.

Эти предварительные заключения были подтверждены в ходе исследований, проведенных космическими аппаратами "Викинг". Оказалось, что повсюду на Марсе давление паров воды намного ниже того предела, который необходим для существования на планете жидкой воды. По существу, полу- ченные "Викингами" результаты свидетельствуют, что Марс даже суше, чем ожидалось. До полета "Викингов" считалось, что пары в атмосфере локализованы вблизи поверхности и поэтому оседают ночью в виде инея. Предполагалось, что после восхода Солнца иней может таять, вызывая кратковре- менное увлажнение почвы, которое, как думали, и обеспечи- вает возможность существования популяций микроорганиз- мов. Однако теоретический анализ этой модели, проведен- ный в 1970 г. Эндрю Ингерсоллом, показал, что из-за низкой температуры, низкого атмосферного давления и состава атмосферы Марса иней на поверхности испарится прежде, чем сможет растаять. Затем К. Б. Фармер доказал, что иней все-таки может таять, если, образовавшись, он покроется тонким слоем принесенной ветром достаточно мелкой пыли, которая замедлит процесс испарения.

Сейчас этот спор представляет чисто академический интерес. Полученные "Викингами" результаты показали, что, во-первых, повсюду в атмосфере Марса пары воды присутствуют в очень низкой концентрации, и, во-вторых, они нелокализованы вблизи поверхности, а независимо от времени года и места в основном сконцентрированы в атмосфере, на высоте 10 км и выше. В этих условиях невозможно осаждение инея в заметном количестве. Хотя фотокамеры обоих спускаемых аппаратов "Викинг" и об- наружили над поверхностью ночные туманы, состоящие из крошечных кристалликов льда, эти частицы слишком малы, чтобы выпасть на почву.

Несмотря на то что эти наблюдения, по-видимому, ис- ключают возможность суточных колебаний количества ат- мосферных паров воды, сезонное перемещение воды из атмосферы в грунт и обратно, несомненно, происходит, по крайней мере в северной полярной области. Фотокамеры спускаемого аппарата "Викинг-2", совершившего посадку севернее первого, обнаружили на окружающей почве тонкий слой инея, который сохранялся в течение нескольких месяцев зимнего сезона. Это явление удалось наблюдать на протяже- нии двух зимних сезонов. Иней не мог непосредственно сконденсироваться из атмосферы, поскольку в то время в ней было слишком мало водяных паров. Было высказано пред- положение, что иней образовался в Южном полушарии, а затем был перенесен частицами пыли в северную полярную область, где на нем сконденсировался углекислый газ; в результате кристаллы льда стали настолько тяжелыми, что выпали на грунт. А после испарения СО^ остался чистый (водяной) лед. Значительная часть воды перемещается из Южного полушария в Северное благодаря этому или ка- кому-то иному механизму, но большая часть конденсата, ежегодно накапливающегося в арктической области, состоит из той воды, которая совершает сезонные перемещения между почвой и атмосферой.

Водоемы с соленой водой на Марсе? Посмотрим теперь, может ли существовать на Марсе жидкая вода в виде высококонцентрированных солевых раст- воров. Наиболее подходящей с этой точки зрения солью является хлорид кальция, если, конечно, он имеется на Марсе. В точке замерзания (-51 С) давление паров насыщенного раствора хлорида кальция равно 34 мбар.

Однако, как мы знаем, максимальное давление паров воды в атмосфере Марса составляет только 4,5 мкбар. так что и насыщенный раствор хлорида кальция неизбежно будет испаряться. Для поддержания такого раствора, вероятно.

должны время от времени пополняться запасы воды. Пред- положительно, это может происходить за счет сезонных отложений инея в полярных областях. Но измерения темпе- ратуры в месте посадки второго спускаемого аппарата по- казали, что такой раствор будет находиться в твердом (замерзшем) состоянии всю зиму и может растаять только в дневное время летом.

Хлорид кальция, по всей вероятности, редко встречается на Марсе. Это обусловлено теми же причинами, что и его малая распространенность на нашей планете. На Земле кальций существует главным образом в виде известняка (карбоната кальция) и гипса (сульфата кальция). Обе эти соли гораздо хуже растворимы, чем хлорид кальция, и из раствора осаждаются быстрее его. На Марсе, как показал проведенный в рамках научной программы "Викинг" анализ неорганических составляющих почвы, диоксид углерода в изобилии присутствует в атмосфере, а сульфат кальция - в почве. По-видимому, как карбонат, так и сульфат кальция образовывались повсюду, где в прошлом на поверхности Марса существовала жидкая вода. Никакая другая соль.

которая могла бы присутствовать на Марсе, не может обеспечить существование на планете жидкой воды.

Жизнь при марсианских температурах Очевидно, что низкая температура на Марсе-главный фактор, определяющий состояние воды на этой планете.

Средняя температура марсианской поверхности - 55^С. а на Земле она равна 15"С (см. табл. 4). Даже на экваторе Марса ночная температура опускается намного ниже нуля, хотя днем она может подниматься до 25 С. Несмотря на то что по земным стандартам температура на Марсе неблагоприятна, сама по себе она не исключает возможности жизни на планете. Известно, что некоторые земные микроорганизмы могут развиваться при температуре ниже - 10 "С, сообща- лось даже о росте дрожжей при температуре - 34 С. Неко- торые виды клеток способны выживать (хотя и не растут) при очень низких температурах- вплоть до - 196' С. Вполне можно предположить, что если бы на Марсе существовал подходящий растворитель, температурные условия не огра- ничивали бы возможность активной жизни, по крайней мере в некоторых областях планеты.

Выводы Итак, маловероятно, что жидкая вода в каком-либо виде хотя бы время от времени возникает на Марсе. Марсианская жизнь, если таковая существует, должна мобилизовывать все свои возможности, чтобы извлечь воду из атмосферных паров или льда и использовать ее в качестве растворителя.

В этом процессе потребляется значительное количество энергии. На Земле некоторые организмы, обитающие в пустынях, для получения .воды действительно используют ее пары. Далее в этой главе мы расскажем, какими способами обитатели пустынь получают жидкую воду.

Вода в биологических системах Водная активность Все клетки (за исключением тех, которые находятся в состоянии покоя) живут в том или ином водном растворе.

Клетки высших животных омываются сывороткой крови.

клетки растений-в тканевом соке, а такие живущие вне организмов клетки, как бактерии, существуют в разного рода водных средах. Растения и животные сами создают свою внутреннюю среду, а клетки микроорганизмов всту- пают в обмен непосредственно с внешней средой.

Говоря о потребности клеток в воде, удобно пользовать- ся понятием водной активности среды, в которой они обита- ют. Водная активность а^.-мера эффективной концентрации воды в растворе, т. е. концентрации воды, доступной для химических реакций. В любом водном растворе часть воды связана с молекулами или ионами растворенного вещества в комплексы, называемые гидратами. Именно образование гидратов переводит растворенное вещество в раствор. По- скольку молекулы воды, участвующие в образовании гидра- тов, не доступны для других реакций, водная активность раствора ниже, чем водная активность чистой воды. Давле- ние паров раствора, которое прямо связано с водной актив- ностью, также ниже, чем у чистой воды. Действительно, водная активность определяется как отношение давления паров раствора, р, к давлению паров чистой жидкой воды, ро, при той же температуре: а,. = PiPo- Водная активность численно равна относительной влаж- ности воздуха, находящегося в равновесии с раствором.

Таким образом, если насыщенный раствор хлорида кальция (а^ = 0,75 при 25 С) поместить в сосуд малого объема, то заключенный в этом сосуде воздух будет иметь относитель- ную влажность 75%. Как следует из закона Рауля, водная активность слабых растворов равна доле свободных молекул воды в этом растворе.

Высшие растения и животные В табл. 5 указаны значения водной активности некоторых растворов, представляющих биологический интерес. Все многоклеточные организмы для нормального роста и мета- болизма нуждаются в высокой водной активности. Сыворот- ка крови человека-среда, в которой мы живем,-характерна для всех млекопитающих. По своей водной активности она лишь незначительно отличается от активности дистиллиро- ванной воды. Фактически ее активность соответствует 0,9%-му солоноватому раствору NaCI, который обычно называют физиологическим раствором. Клеточный сок большинства растений по своей водной активности сходен с кровью животных.

-- Origin:Оставь надежду всяк сюда входящий Sergey Kozlov 2963@dialup.mplik.ru 2963@mail.ur.ru

Растения пустынь. Можно было бы предположить, что клетки растений и животных, приспособившихся к жизни в безводных условиях, предъявляют не столь жесткие требова- ния к наличию воды, как клетки других организмов. Однако это не так. Различные виды живых организмов, обитающие в пустыне, обладают сложными механизмами, которые позво- ляют им приспособиться к окружающим условиям, под- держивая в своих внутренних жидкостях водную активность, мало отличающуюся от той, которая присуща видам, живу- щим во влажной среде. Растения достигают этого главным Таблица 5. Водная активною 'ь некоторых растворов, представляю- щих биологический интерес Раствор Температура, о,,. Источник   "С  данных Вода Любая 1.000 Сыворотка крови человека 37 0,994 [28] Клеточный сок (горох) 25 0,994 [24] Dipodomys (сыворотка крови) 37 0,993 [28] Tenehrio (жидкости тела) 25 0,987 [8] Морская вода 25 0,98 [31] Насыщенный раствор саха- розы 25 0,85 [25] -- NaCI 25 0,75 [25] CaCI; 25 0,31 [33] - - CaCI, 0 0,42 [33] образом тем, что просто запасают воду впрок. В боль- шинстве пустынь время от времени выпадают дожди, и некоторые растения, например кактусы и другие суккуленты, накапливают и хранят воду в стеблях и листьях, используя ее в засушливые периоды. Кроме того, эти растения могут уменьшать скорость испарения воды из листьев и стеблей, закрывая устьица (поры), через которые в нормальном состоянии происходит газообмен. Поскольку процесс фото- синтеза, протекающий в организме, зависит от интенсив- ности газообмена с атмосферой, закрытие устьиц приводит к замедлению роста. По данным П.С. Нобеля, лишь у не- многих видов растений пустыни водная активность кле- точных жидкостей падает до столь низкой величины, как ^ = 0,96 при 25 С.

Другие растения пустынь не запасают воду, но проходят свой полный жизненный цикл за короткий период времени, когда имеется вода, оставляя на последующий засушливый период только покоящиеся семена или луковицы. Покоящие- ся клетки, по всей видимости, находятся в состоянии водного равновесия (или близком к нему) с внешней средой. Состоя- ние покоя может быть также реакцией некоторых многолет- них растений на чрезвычайную засуху.

Выживание таких растений критическим образом зависит от обильного, хотя и редкого орошения земли дождями.

Другим потенциальным источником воды являются водяные пары, которые присутствуют в атмосфере даже в самых засушливых земных пустынях в огромных - по марсианским стандартам-количествах. При высокой дневной темпера- туре относительная влажность воздуха в пустынях очень низкая, однако ночью, когда температура резко понижается, воздух многих пустынь на Земле насыщается парами воды, которые затем конденсируются в виде росы или тумана. Эти источники воды не играют важную роль в жизни растений (за исключением, пожалуй, лишь произрастающего в Чили кустарника Nolana mollis), и среди высших растений не) достоверно установленных примеров использования паров воды в процессе фотосинтеза и роста. Листья некоторых растений, например бромелиевых*, поглощают водяные пары из атмосферы, что способствует их выживанию. Но растению трудно сделать это в таких количествах, чтобы обеспечить свой рост, поскольку даже в насыщенном парами воздухе количество воды незначительно. Например, 1 г жидкой воды занимает объем в 1 см^, тогда как то же количество воды в виде пара в воздухе, насыщенном водяны- ми парами при 25 'С, занимает объем 43 500 см^ Излишне говорить, что процесс поглощения растениями водяных па- ров протекает чрезвычайно медленно.

Выло обнаружено, что кустарник Nolunu moUis, который растет в пустыне Атакама на севере Чили, конденсирует из атмосферы пары воды, выделяя соли (главным образом NaCI) через специальные солевые желёзки своих листьев.

Пары воды конденсируются на листьях, когда их давление в атмосфере превышает давление паров выделяемого раствора соли. Хотя относительная влажность воздуха в этом районе Чили даже ночью редко превышает 80%, конденсат образу- ется в достаточном количестве-даже капает с листьев, увлажняя землю. Возможно, хотя и не доказано, что при высокой влажности, когда конденсируется довольно много воды, на листьях образуется раствор соли концентрацией ниже некоторого определенного критического значения, ко- торый, попадая в почву, может вписываться корнями расте- ний. Затем соли выводятся, а вода используется растением.

Как мы увидим далее, подобный механизм существует и у насекомых.

Было установлено, что некоторые лишайники, произ- растающие в пустыне, также используют для фотосинтеза пары воды. Как и прочие микроорганизмы, лишайники не * Семейс1 но рас гений тропических районов Америки. Прим.

персе.

создают постоянной внутренней среды для своих клеток, которые должны выживать в изменяющихся условиях. Если говорить о лишайниках пустынь, то это означает, что они могут длительное время существовать в обезвоженном по- коящемся состоянии и быстро активизироваться при контак- те с водой. Жизнедеятельность пустынных лишайников зави- сит обычно от туманов или рос, которые обеспечивают их жидкой водой, но у некоторых видов лишайников чистый фотосинтез (превышение образования продуктов фотосинте- за над распадом углеводов в процессе метаболизма) возмо- жен и при использовании только паров воды. Ланге и его коллеги показали, что Rumalina maciformis (лишайник, про- израстающий в пустыне Негев) способен к фотосинтезу, когда относительная влажность воздуха превышает 80%.

Было установлено также, что и антарктические виды лишай- ников используют для фотосинтеза пары воды. Очевидно, что, когда единственным источником влаги служат пары, рост происходит очень медленно.

Животные пустынь. Животные, обитающие в засушли- вых зонах, не запасают воду, а иногда даже и не пьют ее.

Скорее всего, они сами производят ее и сохраняют. Вопреки глубоко укоренившемуся представлению верблюд в действи- тельности воду не запасает. Однако он способен выживать при значительном обезвоживании, выдерживая и преодоле- вая существенный недостаток воды. К числу наиболее инте- ресных животных, не пьющих воду, относится кенгуровая крыса Dipodomys merriami, мелкий грызун, обитающий в пустынях Аризоны и Калифорнии (он подробно описывается в прекрасной работе Кнута Шмидта-Нильсена [28]). В нор- мальном состоянии кенгуровая крыса воду не пьет, даже если она имеется. По существу, всю необходимую воду это животное получает, окисляя органическое вещество (глав- ным образом, углеводы), содержащееся в семенах и сухих растениях, которыми оно питается. Все аэробные организмы непременно производят воду в процессе метаболизма, но выживать только за счет такой воды способны лишь очень немногие животные.

Кенгуровая крыса-ночное животное: в течение жаркого дня она остается в подземной норе, где при относительно низкой температуре поддерживается высокая влажность.

Кроме того, потеря воды из-за испарения ее телом сведена у этого животного до минимума благодаря отсутствию пото- вых желёз, выделению очень концентрированной мочи, сухих фекалиев и малой потере воды при дыхании. В лаборатор- ных опытах Шмидт-Нильсен показал, что кенгуровая крыса может неограниченно долго жить без воды, питаясь сухим ячменем, при относительно низкой влажности-около 24%.

При 10%-ной относительной влажности животные начинают терять вес, как бы сигнализируя этим, что при такой или более низкой влажности они не в состоянии поддерживать водный баланс. Когда при нормальной влажности их вместо ячменя кормили соевыми бобами, они выделяли так много мочи (вследствие высокого содержания белка в бобах), что вынуждены были пить воду для подддержания ее баланса.

Кенгуровые крысы наделены такими мощными почками, что способны пить даже морскую воду! Как видно из табл. 5, механизмы приспособления, выра- ботанные кенгуровой крысой для жизни в пустыне, не свя- заны с каким-либо уменьшением основных водных потреб- ностей клеток ее организма: водная активность крови Dipodomys фактически такая же, как и нашей собственной.

Следует понять, что животные, которые не пьют воды, тем не менее ее используют. Питаясь растениями, они потребля- ют воду, входящую в состав продуктов фотосинтеза. Таким образом, углевод, который Dipodomys превращает в воду, как бы представляет собой источник воды [см. реакцию (4) на с. 76].

Многие насекомые, обитающие в условиях ограниченно- го доступа влаги, например мучной хрущак Tenebrio molitor, в изобилии паразитирующий в муке и зерне, живет за счет воды, полученной в процессе метаболизма. Кроме того, Tenebrio и некоторые другие насекомые используют также пары воды, которые они способны улавливать из ненасыщен- ной атмосферы. Для этой цели Tenebrio выработал особый механизм-он заключается в образовании концентрирован- ного солевого раствора в маленьких трубочках, связанных с кишечником, в котором абсорбируются пары воды, про- никающие через стенку кишечника. Таким образом Tenehrio может получать воду из атмосферы, относительная влаж- ность которой не превышает 88%. Поскольку давление пара в жидкостях тела этого насекомого (см. табл. 5) значительно выше указанного, для приобретения этой воды Tenebrio должен затрачивать определенную энергию. Сообщалось, что и другие насекомые способны извлекать пары воды из атмосферы всего лишь с 45%-ной относительной влаж- ностью. В этих случаях для конденсации паров воды исполь- зуются, по-видимому, не минеральные соли, а хорошо растворимые органические соединения.

Микроорганизмы Жизнь в рассолах и сиропах. Как и другие клетки, микро- организмы живут только в водных растворах, исключая период состояния покоя. Многие из них способны функцио- нировать при гораздо более низкой водной активности, чем клетки высших растений и животных. Однако большинство