Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Доклад - Земля и Луна - файл Астрономия. 4. Земля и Луна.doc


Доклад - Земля и Луна
скачать (6039.2 kb.)

Доступные файлы (1):

Астрономия. 4. Земля и Луна.doc8164kb.15.02.2009 22:17скачать

содержание

Астрономия. 4. Земля и Луна.doc

  1   2   3   4   5   6
ЗЕМЛЯ и Луна
Внутреннее строение Земли
ПРИРОДНЫЙ «РЕАКТОР»?
     Недавно американский геофизик М. Херндон высказал гипотезу о том, что в центре Земли находится естественный «ядерный реактор» из урана и плутония (или тория) диаметром всего 8 км. Эта гипотеза способна объяснить инверсию земного магнитного поля, происходящую каждые 200 000 лет. Если это предположение подтвердится, то жизнь на Земле может завершиться на 2 млрд. лет ранее, чем предполагалось, так как и уран, и плутоний сгорают очень быстро. Их истощение приведет к исчезновению магнитного поля, защищающего Землю от коротковолнового солнечного излучения и, как следствие, к исчезновению всех форм биологической жизни. Эту теорию прокомментировал член-корреспондент РАН В.П. Трубицын: «И уран, и торий - очень тяжелые элементы, которые в процессе дифференциации первичного вещества планеты могут опуститься к центру Земли. Но на атомном уровне они увлекаются с легкими элементами, которые выносятся в земную кору, поэтому все урановые месторождения и находятся в самом верхнем слое коры. То есть если бы и эти элементы были сосредоточены в виде скоплений, они могли бы опуститься в ядро, но, по сложившимся представлениям, их должно быть небольшое количество. Таким образом, для того чтобы делать заявления об урановом ядре Земли, необходимо дать более обоснованную оценку количества урана, ушедшего в железное ядро. Следует также заметить, что перемещение урана в ядро приводит к уменьшению радиоактивной опасности, так как каменная мантия является очень хорошим экраном».


Строение Земли




[1] Толщина ^ Земной коры (внешней оболочки) изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.

[1-2] От низлежащей мантии земную кору отделяет во многом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.

[2] На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.

[3] ^ В нижней мантии на глубине 2900 км отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.

[4-5] ^ Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (^ ВНЕШНЕЕ ЯДРО) и твердую (ВНУТРЕННЕЕ), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

[6] ^ ВНУТРЕННЕЕ ТВЕРДОЕ ЯДРО не связано с мантией. Полагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра Земли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При этом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.
     Осенью 2002 года профессор Гарвардского университета А. Дзевонски и его студент М. Исии на основании анализа данных от более чем 300 000 сейсмических явлений, собранных за 30 лет, предложили новую модель, согласно которой в пределах внутреннего ядра лежит так называемое «самое внутреннее» ядро, имеющее около 600 км в поперечнике: Его наличие может быть доказательством существования двух этапов развития внутреннего ядра. Для подтверждения подобной гипотезы необходимо разместить по всему земному шару еще большее число сейсмографов, чтобы провести более детальное выделение анизотропии (зависимость физических свойств вещества от направления внутри него), которая характеризует самый центр Земли.

     Индивидуальное лицо планеты, подобно облику живого существа, во многом определяется внутренними факторами, возникающими в ее глубоких недрах. Изучать эти недра очень трудно, так как материалы, из которых состоит Земля, непрозрачны и плотны, поэтому объем прямых данных о веществе глубинных зон весьма ограничен. К их числу относятся: так называемый минеральный агрегат (крупные составные части породы) из природной сверхглубокой скважины - кимберлитовой трубки в Лecoтo (Южная Африка), который рассматривается как представитель пород, залегающих на глубине порядка 250 км, а также керн (цилиндрическая колонка горной породы), поднятый из глубочайшей в мире скважины (12 262 м) на Кольском полуострове. Исследование сверхглубин планеты этим не ограничивается. В 70-е годы ХХ века научное континентальное бурение производилось на территории Азербайджана - Сааблинская скважина (8 324 м). А в Баварии в начале 90-х годов прошлого века была заложена сверхглубокая скважина КТБ-Оберпфальц размером более 9 000 м.

     Существует много остроумных и интересных методов изучения нашей планеты, но основная информация о ее внутреннем строении получена в результате исследований сейсмических волн, возникающих при землетрясениях и мощных взрывах. Каждый час в различных точках Земли регистрируется около 10 колебаний земной поверхности. При этом возникают сейсмические волны двух типов: продольные и поперечные. В твердом веществе могут распространиться оба типа волн, а вот в жидкостях - только продольные. Смещения земной поверхности регистрируются сейсмографами, установленными по всему земному шару. Наблюдения скорости, с которой волны проходят сквозь Землю, позволяют геофизикам определить плотность и твёрдость пород на глубинах, недоступных прямым исследованиям. Сопоставление плотностей, известных по сейсмическим данным и полученным в ходе лабораторных экспериментов с горными породами (где моделируются температура и давление, соответствующие определенной глубине Земли), позволяет сделать вывод о вещественном составе земных недр. Новейшие данные геофизики и эксперименты, связанные с исследованием структурных превращений минералов, позволили смоделировать многие особенности строения, состава и процессов, происходящих в глубинах Земли.

     Еще в XVII веке удивительное совпадение очертаний береговых линий западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки наводило некоторых ученых на мысль о том, что континенты «гуляют» по планете. Но только три века спустя, в 1912 году, немецкий метеоролог Альфред Лотар Вегенер подробно изложил свою гипотезу континентального дрейфа, согласно которой относительное положение континентов менялось на протяжении истории Земли. Одновременно он выдвинул множество аргументов в пользу того, что в далеком прошлом континенты были собраны вместе. Помимо сходства береговых линий им были обнаружены соответствие геологических структур, непрерывность реликтовых горных хребтов и тождественность ископаемых остатков на разных континентах. Профессор Вегенер активно отстаивал идею о существовании в прошлом единого суперконтинента Пангея, его расколе и последующем дрейфе образовавшихся континентов в разные стороны. Но эта необычная теории не была воспринята всерьез, потому что с точки зрения того времени казалось совершенно непостижимым, чтобы гигантские континенты могли самостоятельно перемещаться по планете. К тому же сам Вегенер не смог предоставить подходящий «механизм», способный двигать континенты.

     Возрождение идей этого ученого произошло в результате исследований дна океанов. Дело в том, что наружный рельеф континентальной коры хорошо известен, а вот океанское дно, в течение многих веков надежно укрытое многокилометровой толщей воды, оставалось недоступным для изучения и служило неисчерпаемым источником всевозможных легенд и мифов. Важным шагом вперёд в изучении его рельефа явилось изобретение прецизионного эхолота, с помощью которого стало возможным непрерывно измерять и регистрировать глубину дна по линии движения судна. Одним из поразительных результатов интенсивного исследования дна океанов стали новые данные о его топографии. Сегодня топографию океанского дна легче картировать благодаря спутникам, очень точно измеряющим «высоту» морской поверхности: ее в точности отображают различия уровня моря от места к месту. Вместо плоского, лишенного каких-либо особых примет, прикрытого илом дна обнаружились глубокие рвы и крутые обрывы, гигантские горные хребты и крупнейшие вулканы. Особенно явственно выделяется па картах Срединно-Атлантический горный хребет, рассекающий Атлантический океан точно посередине.

     Оказалось, что дно океана стареет по мере удаления от срединно-океанического хребта, «расползаясь» от его центральной зоны со скоростью несколько сантиметров в год. Действием этого процесса можно объяснить сходство очертаний континентальных окраин, если предполагать, что между частями расколовшегося континента образуется новый океанический хребет, а океаническое дно, наращиваемое симметрично с обеих сторон, формирует новый океан. Атлантический океан, посреди которого лежит Срединно-Атлантический хребет, вероятно, возник именно таким образом. Но если площадь морского дна увеличивается, а Земля не расширяется, то что-то в глобальной коре должно разрушаться, чтобы скомпенсировать этот процесс. Именно это и происходит на окраинах большей части Тихого океана. Здесь литосферные плиты сближаются, и одна из сталкивающихся плит погружается под другую и уходит глубоко внутрь Земли. Такие участки столкновения отмечаются активными вулканами, которые протянулись вдоль берегов Тихого океана, образуя так называемое «огненное кольцо».

      Непосредственное бурение морского дна и определение возраста поднятых пород подтвердили результаты палеомагнитных исследований. Эти факты легли в основу теории новой глобальной тектоники, или тектоники литосферных плит, которая произвела настоящую революцию в науках о Земле и принесла новое представление о внешних оболочках планеты. Главной идеей этой теории являются горизонтальные движения плит.



^ КАК РОЖДАЛАСЬ ЗЕМЛЯ
     Согласно современным космологическим представлениям Земля образовалась вместе с другими планетами около 4,5 млрд. лет назад из кусков и обломков, вращавшихся вокруг молодого Солнца. Она разрасталась, захватывая вещество, находившееся вокруг, пока не достигла своего нынешнего размера. Вначале процесс разрастания происходил очень бурно, и непрерывный дождь падающих тел должен был привести к ее значительному нагреванию, так как кинетическая энергия частиц превращалась в тепло. При ударах возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть силу земного притяжения и падало обратно, и чем крупнее были падающие тела, тем сильнее разогревали они Землю. Энергия падающих тел освобождалась уже не на поверхности, а в глубине планеты, не успевая излучиться в пространство. Хотя первоначальная смесь веществ могла быть однородной в большом масштабе, разогрев земной массы вследствие гравитационного сжатия и бомбардировки ее обломками привел к расплавлению смеси и возникшие жидкости под действием тяготения отделялись от оставшихся твердых частей. Постепенное перераспределение вещества по глубине в соответствии с плотностью должно было привести к его расслоению на отдельные оболочки. Более легкие вещества, богатые кремнием, отделялись от более плотных, содержащих железо и никель, и образовывали первую земную кору. Спустя примерно миллиард лет, когда Земля существенно охладилась, земная кора затвердела, превратившись в прочную внешнюю оболочку планеты. Остывая, Земля выбрасывала из своего ядра множество различных газов (обычно это происходило при извержении вулканов) - легкие, такие как водород и гелий, большей частью улетучивались в космическое пространство, но так как сила притяжения Земли была уже достаточно велика, то удерживала у своей поверхности более тяжелые. Они как раз и составили основу земной атмосферы. Часть водяных паров из атмосферы сконденсировалась, и на Земле возникли океаны.


^ ЧТО СЕЙЧАС?
Земля - не самая большая, но и не самая маленькая планета среди своих соседей. Экваториальный радиус ее, равный 6378 км, из-за центробежной силы, создаваемой суточным вращением, больше полярного на 21 км. Давление в центре Земли составляет 3 млн. атм., а плотность вещества - около 12 г/см3. Масса нашей планеты, найденная путем экспериментальных измерений физической постоянной тяготения и ускорения силы тяжести на экваторе, составляет 6x1024 кг, что соответствует средней плотности вещества 5,5 г/см3. Плотность минералов на поверхности приблизительно вдвое меньше средней плотности, а значит, плотность вещества в центральных областях планеты должна быть выше среднего значения. Момент инерции Земли, зависящий от распределения плотности вещества вдоль радиуса, также свидетельствует о значительном увеличении плотности вещества от поверхности к центру. Из недр Земли постоянно выделяется тепловой поток, а так как тепло может передаваться только от горячего к холодному, то температура в глубине планеты должна быть выше, чем на ее поверхности. Глубокое бурение показало, что температура с глубиной увеличивается примерно на 20°С на каждом километре и меняется от места к месту. Если бы увеличение температуры продолжалось непрерывно, то в самом центре Земли она достигла бы десятков тысяч градусов, однако геофизические исследования показывают, что в действительности температура здесь должна составлять несколько тысяч градусов.

Людмила Князева 


^ Тектоника плит
      Тектоника плит - это основной процесс, который в значительной степени формирует облик Земли. Слово «тектоника» происходит от греческого «тектон» - «строитель» или «плотник», плитами же в тектонике называют куски литосферы. Согласно этой теории литосфера Земли образована гигантскими плитами, которые придают нашей планете мозаичную структуру. По поверхности Земли движутся не континенты, а литосферные плиты. Медленно передвигаясь, они увлекают за собой континенты и океаническое дно. Плиты сталкиваются друг с другом, выдавливая земную твердь в виде горных хребтов и горных систем, или продавливаются вглубь, создавая сверхглубокие впадины в океане. Их могучая деятельность прерывается лишь краткими катастрофическими событиями - землетрясениями и извержениями вулканов. Почти вся геологическая активность сосредоточена вдоль границ плит.

      То, что плиты перемещаются, вполне доказано (с помощью спутников можно точно измерить изменение расстояния между двумя точками на разных плитах и определить скорость их перемещения), но механизм их движения все еще до конца неизвестен. Существующая теория объясняет движение плит тем, что возникающие в толще мантии горячие зоны выбрасывают к поверхности нагретое подвижное вещество - плюмы, которые своим напором заставляют континенты смещаться.

      Вопрос о том, когда процессы плитовой тектоники возникли впервые, обсуждается среди специалистов уже более трех десятилетий. Сначала считалось, что они сравнительно молоды - всего несколько сот миллионов лет, но в связи с новыми данными их возраст может быть «отодвинут» глубоко в архейскую эру. Если это предположение подтвердится, то придется признать, что примерно 2,5 млрд. лет назад Земля выделяла тепловую энергию на поверхность таким же образом, как и сегодня.

      К сожалению, теория тектоники плит не объясняет, как движение плит связано с процессами, происходящими в глубине планеты, поэтому необходима иная теория, описывающая не только строение и передвижение литосферных плит, но и внутреннее строение самой Земли, и те процессы, которые происходят в ее недрах. Однако разработка такой теории связана с большими трудностями, так как требует совместных усилий геологов, геофизиков, физиков, химиков, математиков и географов. И тем не менее попытки ее создании не прекращаются.



^ ДВИЖЕНИЕ ПЛИТ
      Разлом Сан-Андреас Жирная линия, идущая вниз от центра рисунка, - это вид в перспективе знаменитого калифорнийского разлома Сан-Андреас. Изображение, созданное с помощью данных, собранных SRTM (радарная топографическая экспозиция), будет использовано геологами при изучении динамики разломов и форм поверхности Земли, возникающих в результате активных тектонических процессов. Этот сегмент разлома находится к западу от города Палмдейл (штат Калифорния), примерно в 100 км к северо-западу от Лос-Анджелеса. Разлом представляет собой активную тектоническую границу между Североамериканской платформой - справа и Тихоокеанской - слева. По отношению к друг другу Тихоокеанская платформа от зрителя, а Североамериканская - по направлению к зрителю. Видны также два больших горных хребта: слева - горы Сан-Габриэль, вверху справа - Техачапи. Еще один разлом - Гарлок, лежит у подножия хребта Техачапи. Разломы Сан-Андреас и Гарлок встречаются в центре изображения близ города Горман. Вдали, выше гор Техачапи, лежит Центральная Калифорнийская долина. Вдоль подножия холмов в правой части изображения видна Долина Антилоп.

     ^ Внутри Тихоокеанской плиты много островов, и все они являются вулканами, многие из которых уже неактивны. В настоящее время считается, что большинство вулканов, расположенных во внутренних частях плит, образовались в результате деятельности мантийных столбов - плюмов. Многие из мантийных столбов очень долго сохраняют свою активность, а их проявления, такие как остров Гавайи, называют "горячими точками". Иллюстрация изображает геологический разрез острова Оаху из Гавайского архипелага (США). Острова архипелага были сформированы один за другим действием стационарной "горячей точки". Каждый остров изначально был подводной горой (на рисунке слева), пока дальнейшие извержения не подняли его над уровнем моря. Вулканы Гавайских островов как бы маркируют путь литосферной плиты над "горячей точкой". По мере удаления литосферной плиты от "горячей точки" вулканы засыпают.




     ^ Изображение Земли в разрезе, полученное на основании реальных данных, иллюстрирует движение плит в мантии. Плиты, показанные голубым цветом, опускаются в мантию (желтый) как часть глубинной системы конвекции, которая приводит в действие тектонические процессы. Опускающиеся плиты, включая Карибскую (вверху слева), имеют около 1500 км в ширину и уходят в глубину на 2900 км. Границы плит могут быть обнаружены при помощи замеров скорости распространения сейсмических волн, возникающих во время землетрясений в различных точках земного шара. Сквозь более прохладную и, соответственно, более плотную породу волны перемещаются быстрее. Землетрясения и дрейф континентов это результат сталкивания плит друг с другом, когда они "плывут" на плюмах. Например, согласно теории движения тектонических плит через 50 млн. лет Лос-Анджелес окажется на острове где-то напротив центральной части Британской Колумбии, Австралия передвинется к островам Индонезии, Нью-Йорк окажется дальше от Лондона и ближе к Токио, потому что Атлантический океан расширится за счет Тихого. Выдающимся примером разрастания океанского дна является остров Исландия, испытывающий постоянное расширение.

Дмитрий Иванов 





^ Глубинное тепло планеты
      Весной 2001 года Александро Форте из университета Западного Онтарио и Джерри Митровица из университета Торонто в Канаде представили свою собственную модель, согласно которой огромные потоки горячей породы (плюмы) размером с континент, медленно поднимающиеся из глубоких земных недр, являются истинной движущей силой для дрейфа континентов, землетрясений, извержений вулканов и даже изменений климата. Первым толчком для создания этой модели послужили изображения внутренней структуры Земли, полученные с помощью сейсмической томографии (многолучевого просвечивания Земли сейсмическими волнами от большого числа землетрясений, принимаемых сетью сейсмостанций). Удивительные изображение мантии, от подошвы земной коры до границы «мантия-ядро», показывали, что на окраинах Тихого океана, глубоко под его дном, имеются две обширные дугообразные области, где скорости сейсмических волн увеличиваются, а под центральной частью Атлантического океана и под Африкой имеются две такие же огромные струеобразные области, в которых скорости сейсмических волн уменьшаются. Так как окраины Тихого океана являются зонами, где холодные плотные части тектонических плит опускаются в Землю, «быстрые» зоны четко отметили эти области, где плиты тяжелой материи опущены в Землю в направлении ее ядра. Согласно общепринятому мнению «медленные» области являются просто огромными инертными вкраплениями, которые остались, по существу, неизменными с момента формирования Земли. Но Форте и Митровица доказали, что эти выделяющиеся особенности в действительности поднимаются к поверхности, подобно баллонам с горячим воздухом. Для обоснования своей модели они использовали результаты многочисленных исследований: от небольших вариаций вращении Земли и гравитационного поля до драматических прогибов континентальных областей, таких как Южная Африка, которая теперь находится на 1 000 м выше, чем Северная. Согласно их гипотезе твёрдая Земля «вспенивается» своеобразным 4-поршневым тепловым двигателем (с двумя огромными опускающимися холодными плитами и с двумя такими же огромными поднимающимися горячими потоками), который, собственно, и передвигает континенты, и «управляет» землетрясениями, и даже влияет на изменения климата.

     И хотя ученым предстоит еще немало поработать, чтобы выведать все тайны земных недр, уже теперь мы знаем, что наша планета активна и динамична, что она изменялась и развивалась с момента своего образования и до сих пор не обнаруживает признаков спокойствия.




Данные сейсмической томографии были пересчитаны в температуру, рассчитаны скорости поднятия и опускания горячих и холодных областей и учтено влияние плавающих континентов, что позволило получить модель Земли, согласующуюся со всем комплексом данных наблюдений.

Тепловой поток, атм./м2





Рассчитанный в рамках математической модели тепловой поток, выходящий из мантии, и скорости перемещения континентов и дна океанов полностью совпали с результатами практических наблюдений.

Температура, °С


     С каждым годом Земля изучается все более деталь но, с развитием науки меняются представления о нашей планете. Еще каких-нибудь 100 лет назад роль вертикально направленных тектонических движений и вулканизма в развитии земной коры считалась решающей. В середине ХХ века с открытием срединно-океанических хребтов произошла коренная перестройка в представлениях об эволюции Земли. Создание теории литосферных плит стало настоящим прорывом в понимании многих явлений, касающихся внутреннего строения планеты. Однако решив массу «вечных» геологических и геофизических проблем, тектоника литосферных плит породила не меньше новых вопросов, на которые не было ответа.

      Согласно теории литосферных плит Земля - это огромная тепловая машина, в которой мантия играет роль котла, а плиты - шатунов. Магма прорывается сквозь срединно-океанические хребты, застывая, раздвигает литосферные плиты, заставляя двигаться континенты. Взаимодействие плит и определяет характер земной коры. Считалось, что континенты не оказывают никакого влияния на движения литосферных плит. Вместе с тем было хорошо известно, что тепловой поток, идущий из мантии, над океанами в 3 раза больше, чем над континентами. То есть континенты можно сравнить с огромными крышками, которые задерживают тепло, перераспределяя тепловой поток, что должно очень существенно влиять на всю мантийную конвекцию.

     Моделирование процессов, происходящих в нагреваемых жидкостях определённого объема и вязкости, проводилось неоднократно и ранее. Известно, что в нагреваемой жидкости, возникают конвективные потоки. Горячее вещество поднимается (восходящий поток), растекается в стороны, охлаждается и опускается вниз (нисходящий поток), то есть происходит своеобразный круговорот. Эти конвективные ячейки, образующиеся в нагреваемой жидкости, еще в начале прошлого века открыл Бинар, а математическую теорию процесса построил Рэлей, именно поэтому ячейки получили название Бинара-Рэлея. Подобные и гораздо более сложные модели неоднократно использовались в теории литосферных плит для описания происходящих с Землей процессов. Однако до сих пор никак не учитывалась роль континентов, перераспределяющих тепло. Компьютерное моделирование, где в качестве Земли выступала вязкая оливиновая (оливин - широко распространенный минерал из семейства силикатов) сфера, нагреваемая до температуры, близкой к температуре плавления, с плавающими на ее поверхности континентами, дало поразительные, ошеломляющие результаты. На наших глазах развернулась реальная жизнь Земли: зарождение и распад Пангеи (последнего суперматерика), образование современных океанов и материков, океанической и континентальной земной коры, срединно-океанических хребтов, зон субдукции - стали воочию видны механизмы, причины и физический смысл всех этих процессов и явлений. Главное же, что были осязаемые подтверждения того, что все эти математические построения - не плод фантазии, а вполне жизнеспособная, работающая теория. Так, теоретическая модель, просчитанная с помощью уравнений, в которых использовался минимум сейсмических данных, показала, например, почти полное совпадение плотности теплового потока в каждой точке Земли, как виртуальной, так и реальной. Точно так же и гравитационное поле модели хорошо согласовалось с данными многочисленных измерений. А расчеты движения материков, полученные на математических моделях, были подтверждены материалами спутниковых наблюдений. Сейчас уже можно сказать, что моделирование процессов, идущих в литосфере с учетом влияния континентов, позволило создать новую теорию геологической эволюции Земли.

      Оказалось, что континент, плавающий на поверхности вязкой, нагреваемой жидкости, затягивается на нисходящий холодный поток, словно в водоворот. Здесь он задерживает идущее из мантии тепло и создает, таким образом, условия для того, чтобы мантийное вещество под ним прогрелось, и на месте нисходящего образовался горячий восходящий поток. Процесс этот длительный, занимающий порядка 200 млн. лет. За это время избыток тепла в мантии формирует восходящий поток, который в свою очередь приподнимает материк, сдвигает его, и континент дрейфует к другому нисходящему потоку, где все повторяется сначала.

      Если бы материк был один, то он бы так и перемещался от одного холодного потока к другому. Но на нашей планете 6 материков, поэтому мы получаем более сложную картину их взаимодействия. Происходит это следующим образом. Каждый из шести материков занимает свой нисходящий поток, однако потоки эти не равноценны, всегда существует какой-то более мощный, который, удерживая один континент, одновременно подтягивает к себе и другой, расположенный по соседству. Причем этот второй материк, перемещаясь, увлекает за собой и «свой» нисходящий поток, на котором он находится. В результате два континента объединяются, оба нисходящих потока сливаются в один, образуя еще более мощный «водоворот», в который вовлекаются все новые континенты, и процесс становится лавинообразным. Все 6 материков, стремящихся к одной точке, формируют единый суперконтинент. Эта гигантская суша становится преградой для мантийного тепла, которое по мере аккумуляции разогревает вещество мантии и создает под континентом мощный восходящий поток, или плюм. Именно плюм, образовавшийся в мантии от избытков тепла, и разрывает единый материк, заставляя его осколки дрейфовать в разные стороны. Итак, Земля - это тепловая машина, в которой тепло преобразуется в энергию движения. Для того чтобы движение этой машины состоялось, необходим поршень, «парораспределитель», направляющий «пар» то с одной стороны, то с другой. Таким регулятором и являются континенты, которые распределяют тепловой поток и заставляют литосферу Земли все время меняться и находиться в постоянном движении, от объединения материков в единый континент до его распада и образования затем нового суперматерика. Именно благодаря материкам сформировались современный лик Земли и ее литосфера.

      Можно уже говорить и о том, что новая теория эволюции Земли объясняет физический смысл геологических периодов, выявляя связь между процессами, идущими в мантии, колебаниями уровня Мирового океана и сменой разнообразия и количества видов животных и растений. Математические модели показывают, что континенты в момент образования Пангеи подняты относительно уровни моря не очень высоко, они начинают «расти» по мере перегрева мантийного вещества - их поднимает плюм, то есть уровень Мирового океана понижается перед расколом Пангеи и в момент раскола, затем материки возвращаются в исходное положение и даже несколько погружаются, что, разумеется, сопровождается подъемом океанских вод. Эти расчетные колебания уровня Мирового океана вполне согласуются с геологическими данными и находятся в тесной связи со сменой палеонтологических и геологических формаций. Таким образом, по одной только кривой изменений уровня Мирового океана можно говорить о том, что примерно 800 млн. лет назад существовал предыдущий суперконтинент - Родиния. Это подтверждается и другими исследованиями. Родиния, по всей вероятности, располагалась на месте нынешнего Тихого океана. Остатки плюма, уничтожившего Родинию, мы наблюдаем в мантии и сейчас - ведь время жизни этого гигантского образовании- 1 млрд. лет. А остатки плюма, расколовшего Пангею, ныне находятся под Африкой. Они тоже хорошо различимы в мантии. Именно по этой причине Африканский континент до сих пор поднят выше всех остальных материков. Тектоника литосферных плит многое объясняла хаотическими движениями в литосфере. Теперь становится понятным, что все перемещения, наблюдаемые в мантии и земной коре, - не хаотичны, а закономерны, они подчиняются строгим физическим законам, описываются уравнениями и, но многом предсказуемы. Важно подчеркнуть, что созданная единая теория эволюции Земли, с которой в ближайшие десятилетии будет работать научное сообщество, не отрицает предыдущие теоретические наработки (в частности, тектонику литосферных плит), а включает и обобщает их».



^ Работа для неразлучных
      Очень важные сведения о Земле дают измерения силы тяжести в различных точках земного шара, а также измерения силы и направления ее магнитного поля. Ученые полагают, что анализ гравитационных полей поможет понять, как идет процесс восстановления планеты после ледникового периода, а также причины повышения уровня Мирового океана. Для сбора максимально точных данных о гравитационном поле два абсолютно идентичных спутника были выведены в 2002 году на совершенно одинаковые орбиты на высоте 500 км над Землей. Расстояние между ними составляет 220 км. Во время движения над поверхностью Земли спутники испытывают влияние гравитации, то ускоряющей, то замедляющей их движение. Предполагается, что полученные таким образом данные будут в 1 000 раз точнее современных. Когда расстояние между аппаратами немного меняется; изменения фиксируют микроволновым дальномером с точностью до тысячных долей миллиметра. Спутники GRACE будут нести свою службу в течение 5 лет. Кроме сбора данных о гравитационном поле Земли в их задачу будет входить изучение полярных областей внутреннего строения нашей планеты.

Дмитрий Иванов 


^ Строение Земли
Эволюция Земли
      Вопрос ранней эволюции Земли тесно связан с теорией ее происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась около 4,5 млрд. лет назад. В процессе формирования Земли из частиц протопланетного облака постепенно увеличивалась ее масса. Росли силы тяготения, а, следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля все сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно.

     Чем крупнее были падавшие объекты, тем сильнее они нагревали Землю. Энергия удара освобождалась не на поверхности, а на глубине, равной примерно двум поперечникам внедрившегося тела. А так как основная масса на этом этапе поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучиться в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100-1000 км могла приблизиться к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызвал распад короткоживущих радиоактивных изотопов.

     По-видимому, первые возникшие расплавы представляли собой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться еще на стадии ее формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определенная часть более тяжелого вещества все же успевала опуститься под перемешиваемый слой. В свою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в Земле.

     Предположительно ядро образовалось за несколько сот миллионов лет. При постепенном остывании планеты богатый никелем железоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления, начал кристаллизовываться - так (возможно) зародилось твердое внутреннее ядро. К настоящему времени оно составляет 1,7% массы Земли. В расплавленном внешнем ядре сосредоточено около 30% земной массы.

     Развитие других оболочек продолжалось гораздо дольше и в некотором отношении не закончилось до сих пор.

     Литосфера сразу после своего образования имела небольшую толщину и была очень неустойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху так называемой великой бомбардировки (от 4,2 до 3,9 млрд. лет назад), когда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов. На Луне и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритной бомбардировки - многочисленные кратеры и моря (области, заполненные излившейся магмой). На нашей планете активные тектонические процессы и воздействие атмосферы и гидросферы практически стерли следы этого периода.

     Около 3,8 млрд. лет назад сложилась первая легкая и, следовательно, "непотопляемая" гранитная кора. В то время планета уже имела воздушную оболочку и океаны; необходимые для их образования газы усиленно поставлялись из недр Земли в предшествующий период. Атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, азота и водяных паров. Кислорода в ней было мало, но он вырабатывался в результате, во-первых, фотохимической диссоциации воды и, во-вторых, фотосинтезирующей деятельности простых организмов, таких как сине-зеленые водоросли.

     600 млн. лет назад на Земле было несколько подвижных континентальных плит, весьма похожих на современные. Новый сверхматерик Пангея появился значительно позже. Он существовал 300-200 млн. лет назад, а затем распался на части, которые и сформировали нынешние материки.

     Что ждет Землю в будущем? На этот вопрос можно ответить лишь с большой степенью неопределенности, абстрагируясь как от возможного внешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду, причем не всегда в лучшую сторону.

     В конце концов, недра Земли остынут до такой степени, что конвекция в мантии и, следовательно, движение материков (а значит и горообразование, извержение вулканов, землетрясения) постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрет неровности земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая ее судьба будет определяться среднегодовой температурой. Если она значительно понизится, то океан замерзнет и Земля покроется ледяной коркой. Если же температура повысится (а скорее всего именно к этому и приведет возрастающая светимость Солнца), то вода испарится, обнажив ровную поверхность планеты. Очевидно, ни в том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже невозможна, по крайней мере, в нашем современном представлении о ней.



^ Результат эволюции
     В процессе эволюции возникли атмосфера и гидросфера Земли.

     Атмосфера Земли: в настоящее время Земля обладает атмосферой массой примерно 5,15x1018 кг, т.е. менее миллионной доли массы планеты. Вблизи поверхности она содержит 78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,94% инертных газов, 0,03% углекислого газа и в незначительных количествах другие газы. Давление и плотность в атмосфере убывают с высотой. Половина воздуха содержится в нижних 5,6 км, а почти вся вторая половина сосредоточена до высоты 11,3 км. На высоте 95 км плотность воздуха в миллион раз ниже, чем у поверхности. На этом уровне и химический состав атмосферы уже иной. Растет доля легких газов, и преобладающими становятся водород и гелий. Часть молекул разлагается на ионы, образуя ионосферу. Выше 1000 км находятся радиационные пояса. Их тоже можно рассматривать как часть атмосферы, заполненную очень энергичными ядрами атомов водорода и электронами, захваченными магнитным полем планеты.

     ^ Гидросфера Земли: вода покрывает более 70% поверхности земного шара, а средняя глубина Мирового океана около 4 км. Масса гидросферы примерно 1,46x1021 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей Земли. Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн. тонн углекислого газа, а растворенного кислорода - 8 трлн. тонн.


^ Глобальное потепление, или
Высокий градус политики
Опубликовано в журнале "Вокруг света" №7 за 2006 год

    На первый взгляд кажется совершенно невероятным, что тончайшая "пленка" из белковых тел, населяющих нашу планету, может как-то влиять на столь глобальную характеристику, как климат Земли. Однако именно эта "биомасса" уже неоднократно кардинальным образом видоизменяла облик нашей планеты, состав атмосферы и среднюю температуру океанов. Когда-то влияние на земной климат оказывали в основном водоросли и растения, а теперь очередь дошла до животных, точнее, до самого активного из них, Человека разумного. Но неужели он - единственный виновник потепления?


     Каждый, кто внимательно следит за научными новостями, не испытывает недостатка в свидетельствах потепления климата. Практически еженедельно появляются сообщения об исследованиях в этой сфере. Вот британские натуралисты сообщают о смещении к северу ареалов некоторых видов птиц. Канадцы отмечают, что северные реки остаются замерзшими в среднем на две недели меньше, чем полвека назад. В Гренландии в последние годы резко ускорилось движение ледников, спускающихся к морю. Арктические льды отступают летом значительно дальше на север, чем прежде. На Антарктическом полуострове, который вытянулся в сторону Южной Америки, тоже идет быстрое разрушение ледников. По некоторым данным, стал замедлять свое течение Гольфстрим...

     Складывается впечатление, что на Земле действительно наступает «оттепель». Однако чтобы говорить об этом уверенно, нужно проследить за глобальными изменениями температуры приземного воздуха, что совсем не так просто, как может показаться на первый взгляд: температура на нашей планете испытывает значительные колебания как во времени, так и в пространстве. Чтобы с некоторой точностью определить ее среднюю величину, нужны тысячи измерений, причем, что важно, все они должны быть выполнены по единой методике. А чтобы уверенно зафиксировать потепление, такие измерения надо проводить непрерывно в течение нескольких сотен лет. Подобной методики пока не существует. Большинство метеостанций создано лишь недавно, а самые старые, где накоплены многолетние наблюдения, часто расположены в больших городах, где с развитием энергетики стал формироваться особый микроклимат, существенно отличающийся от климата окружающих территорий. Например, зимой в центре Москвы температура может быть на 5 градусов выше, чем по области. Не хватает метеостанций в полярных районах, в горах, в развивающихся странах. Почти не охвачены измерениями пространства океанов.

     С конца 1970-х годов на помощь климатологам пришли спутники. Однако и они не решают всех проблем. В частности, им недоступны территории, скрытые сплошной облачностью. Кроме того, спутниковые измерения выполняются дистанционно косвенными методами, и на их точность влияет множество трудно учитываемых факторов - от поглощения света в атмосфере до ошибок в калибровке бортовых приемников излучения. Поэтому данные космического мониторинга надо постоянно сверять с наземными измерениями.





Американская метеорологическая станция на Гавайях следит за температурой, влажностью, ветром, атмосферным давлением и озоновым слоем. Средняя температура воздуха над сушей меняется быстрее.

Способы метеорологических исследований

Такую форму имеют современные метеорологические зонды. Они не только измеряют температуру и влажность, но и позволяют с помощью наземного радара определять скорость ветра.



     Из-за сложностей анализа глобальных изменений температуры некоторые ученые до сих пор не признают потепление фактом и предпочитают говорить о нем как о правдоподобной гипотезе, нуждающейся в тщательной проверке. И все же подтверждений с каждым годом становится все больше. Климатологи из крупнейших мировых исследовательских центров, собрав доступные архивы метеоданных из разных уголков земного шара, обработали их и привели по возможности к единой шкале. Получилось четыре ряда глобальных температур, начинающихся со второй половины XIX века. На них видны два отчетливых эпизода глобального потепления. Один из них приходится на период с 1910 по 1940 год. За это время средняя температура на Земле выросла на 0,30,4°С. Затем в течение 30 лет температура не росла и, возможно, даже немного снизилась. А с 1970 года начался новый эпизод потепления, который продолжается до сих пор. За это время температура повысилась еще на 0,60,8°С. Таким образом, в целом за ХХ век средняя глобальная температура приземного воздуха на Земле выросла примерно на один градус. Это довольно много, поскольку даже при выходе из ледникового периода потепление обычно составляет всего 4-5°С.

     Еще 10-15 лет назад большинство ученых считали, что наблюдаемое потепление климата - всего лишь относительно крупный локальный всплеск на температурном графике. Однако уверенно регистрируемый рост температур в последние годы убедил большинство скептиков в том, что глобальное потепление действительно наступает. Причем уже понятно, что в различных районах оно проявляется с разной силой. Так, например, американский Национальный центр климатических данных NCDC проследил за изменениями температуры над океаном и сушей. Выяснилось, что над сушей температура растет заметно быстрее, чем над морской гладью, - вполне прогнозируемый результат, если учесть огромную теплоемкость воды в океанах.

     Более подробное исследование предлагает Центр предсказания и исследования климата им. Хэдли (Наdlеу Centre for Climate Prediction аnd Research, Великобритания). Здесь есть данные более чем по 20 регионам. Бросается в глаза то, что факт потепления более бесспорен для Северного полушария Земли. Причем в самом Северном полушарии заметен меридиональный градиент - на севере потепление заметнее, чем на юге. В Южном полушарии по-настоящему серьезное потепление отмечается только на Антарктическом полуострове. Причем на всей остальной территории Антарктиды, особенно в ее центральных районах, ничего похожего в последние 50 лет не наблюдается. Все это дает основание ряду ученых говорить, что потепление носит локальный характер, связанный с Северным полушарием Земли. Объяснение в этом случае предлагают искать в недостаточно изученных пока квазипериодических процессах перестройки океанических течений, подобных явлению Эль-Ниньо (это теплое течение, эпизодически возникающее у берегов Эквадора и Перу, воздействует на погоду во всем Тихоокеанском регионе), но, возможно, еще более медленных.

     Наиболее сильные колебания температуры наблюдаются в Арктике, Гренландии и на Антарктическом полуострове. Именно приполярные регионы, где вода находится на границе таяния и замерзания, наиболее чувствительны к изменениям климата. Здесь все пребывает в состоянии неустойчивого равновесия. Небольшое похолодание приводит к увеличению площади снегов и льдов, которые хорошо отражают в космос солнечное излучение, способствуя тем самым дальнейшему понижению температуры. И наоборот, потепление приводит к сокращению снежно-ледового покрова, что приводит к лучшему прогреву воды и почвы, а от них уже и воздуха. Возможно, что именно эта особенность полярного равновесия является одной из причин тех периодических оледенений, которые неоднократно переживала Земля на протяжении последних нескольких миллионов лет. По мнению некоторых климатологов, это равновесие настолько хрупко, что наблюдаемое в ХХ веке потепление уже стало необратимым и закончится полным таянием льдов, по крайней мере, в Северном полушарии. Однако большинство специалистов не столь радикальны в своих суждениях.

     Множество архивных источников содержат информацию о том, что в XVI-XVIII веках Европа пережила так называемый малый ледниковый период. В Лондоне зимой замерзала Темза, в Центральной Европе значительно увеличились горные ледники, а в России отмечались особенно суровые зимы. Эти сведения получили более надежное подтверждение, когда во Франции были обработаны записи о датах начала сбора винограда. Записи охватывают период с середины XIV века, и по ним можно с хорошей точностью определить среднюю температуру летом. Более универсальный метод, позволяющий заглянуть в прошлое на столетия, а в некоторых случаях и на тысячелетия, основан на анализе годовых колец, которые в теплые годы у деревьев толще, чем в холодные.





Динами глобального потепления. Изменение глобальной температуры за последние полтора века по данным различных исследовательских центров. Точки отмечают отклонения глобальных среднегодовых значений температуры от некоего нуль-пункта, за который выбрана средняя температура в период с 1950 по 1980 год. Кривые аппроксимируют данные для более наглядного восприятия. В целом все четыре массива данных показывают примерно одинаковый ход потепления в ХХ веке.

Динамика глобального потепления, зафиксированная метеостанциями США и Великобритании


     На масштабах до 20 тысяч лет, охватывающих последнее оледенение, определить климат отдельных территорий можно по пыльце растений, которую находят в осадочных породах на мелководье. Конечно, таким способом численные значения температуры не вычислишь, но зато можно проследить за процессами изменения климата на большой территории и за долгое время. И уже совсем в далекое прошлое позволяют заглянуть ледовые керны, которые добывают в ледниках Антарктиды и Гренландии. Например, из скважины, пройденной на Земле Королевы Мод и на антарктическом куполе Конкордия, удалось добыть лед возрастом около 900 тысяч лет. Главную ценность для климатологов представляют вмороженные в лед крошечные пузырьки воздуха. По соотношению изотопов кислорода 16О и 18О в древнем воздухе можно определить среднюю температуру в соответствующую эпоху. Эта методика основана на том факте, что молекулы, в состав которых входит менее тяжелый изотоп 16О, легче улетают с поверхности океанов в атмосферу, а значит, изотопный состав воздуха зависит от температуры верхних слоев воды. Кроме того, пузырьки несут информацию о химическом составе атмосферы.

     За миллионнолетним рубежом ледники уже не могут помочь палеоклиматологам. На помощь приходят морские осадочные породы. По содержащимся в них окаменелым остаткам, а также по изотопному составу можно судить о средней температуре воды на поверхности океана, отодвинув тем самым известный климатический горизонт на десятки миллионов лет в прошлое. А дальше исследования становятся неотделимыми от палеонтологических работ. Фактически климат угадывают по данным о животных, обитавших в те далекие времена. Точность таких реконструкций невысокая, но все же некоторые факты определяются довольно уверенно. Например, известно, что кораллы погибают, если температура воды надолго опускается ниже 18°С. А динозавры, будучи хладнокровными животными, обитали только в зоне положительных температур. И если их скелеты находят в Антарктиде, значит, там был в свое время достаточно мягкий климат. (Правда, и сама Антарктида не находилась тогда на Южном полюсе.) Опираясь на подобные факты, палеонтологи пришли к заключению, что на протяжении последних 2,5 миллиарда лет теплые и холодные эпохи чередовались, причем на долю теплых приходится более 80% времени.

     Таким образом, сами по себе смены климата - для Земли естественны. Причем в некоторых случаях такие пертурбации происходят довольно быстро. Например, выход из последнего ледникового периода длился порядка тысячи лет (но на отступление ледников ушло в несколько раз больше времени). И все же нынешнее потепление определенно ставит рекорды скорости. Чтобы температура менялась на градус всего за столетие, это беспрецедентный случай. По крайней мере, в ледниковых «летописях» ничего подобного не обнаруживается.





За четверть века, с 1979 по 2003 год, область, покрытая арктическим льдом, заметно уменьшилась. Многие ученые связывают это явление с начавшимся глобальным потеплением на нашей планете.

Изменение площади арктического льда на Земле

За четверть века, с 1979 по 2003 год, область, покрытая арктическим льдом, заметно уменьшилась. Многие ученые связывают это явление с начавшимся глобальным потеплением на нашей планете.



     Итак, в дальнейшем будем исходить из гипотезы, что глобальное потепление действительно имеет место. В таком случае резонно поставить вопрос о его причинах. Сказать, что современная наука не может объяснить это явление, было бы не совсем верно. Скорее, загвоздка в том, что она может истолковать его слишком большим числом способов, и на сегодняшний день совершенно непонятно, какому из них следует отдать предпочтение. Самая ходовая гипотеза, объясняющая все происходящее, связывает изменение климата с так называемым парниковым эффектом, то есть различной степенью прозрачности земной атмосферы для видимого и инфракрасного излучения.

     Максимум спектра солнечного излучения, как известно, приходится на видимый диапазон. Это излучение почти беспрепятственно проходит через земную атмосферу, если только в ней нет облаков. Попав на земную поверхность ли в воду, фотоны частично поглощаются, отдавая свою энергию, и частично рассеиваются - отражаются в произвольном направлении. Рассеянное излучение с высокой вероятностью уходит обратно в космос, и его энергия для Земли оказывается потерянной. То же самое происходит со светом, рассеянным облаками. Причем они отражают гораздо больше фотонов, чем почва или вода. Именно поэтому увеличение глобальной облачности понижает среднюю температуру. То же самое можно сказать про снег и лед на поверхности Земли. В целом долю света, которая теряется за счет рассеяния, характеризуют параметром под названием «альбедо». Первоначально им пользовались в основном астрономы, но теперь заинтересовались и климатологи. Альбедо Земли составляет 35-37%. Это значит, что 63-65% солнечной энергии поглощается нашей планетой.

     А раз энергия непрерывно поступает, значит, должна расти температура. Но она миллиарды лет остается почти постоянной, испытывая лишь небольшие колебания относительно среднего значения. Вывод: должен существовать канал для оттока энергии обратно в космос. И такой канал действительно существует - это тепловое излучение самой Земли. Как известно, любое нагретое тело испускает кванты, соответствующие его абсолютной температуре. Средняя температура поверхности Земли - около 15° Цельсия, или около 300 по Кельвину. Этой температуре соответствует середина инфракрасного участка спектра. Вся поверхность нашей планеты, включая дневную и ночную стороны, моря и горы, пустыни и ледники, постоянно светит в этом диапазоне длин волн. Однако именно в ИК-области находятся линии поглощения ряда газов, входящих в земную атмосферу. В их числе углекислый газ, метан и водяной пар - так называемые парниковые газы. Хотя этих газов в атмосфере относительно мало - углекислого газа, например, менее 0,04%, - различных линий поглощения так много, что они сливаются в сплошные полосы. Инфракрасный квант, излученный земной поверхностью, будет неоднократно переизлучаться, пока не доберется до высоты 4-5 км. Только оттуда у него есть шанс уйти в космос.

     Но температура на этой высоте примерно на 35° ниже, чем на поверхности Земли. Поэтому мощность излучения тоже заметно меньше (примерно на 40%), и это делает процесс охлаждения менее интенсивным. Если парниковых газов становится больше, то тепловое излучение уходит в космос с еще большей высоты при еще меньшей температуре. Что могло бы случиться с Землей, если бы парниковых газов в ее атмосфере было намного больше, можно видеть на примере Венеры. Укрытая плотной шубой из углекислого газа, планета разогрелась почти до 500°С, и только тогда было достигнуто равновесие между притоком и оттоком энергии. Впрочем, и недостаток парниковых газов - тоже не лучше. На Марсе атмосфера хотя и состоит в основном из СО2, но столь разрежена, что условия там даже на экваторе - Антарктида.

     Можно сказать, что парниковые газы - это своего рода форточка Земли, с помощью которой можно регулировать теплоотдачу нашей планеты, меняя тем самым температуру на ее поверхности. И вот, похоже, что сейчас эту форточку довольно сильно прикрыли. Как показывают измерения, концентрация СО2, основного парникового газа в земной атмосфере, повысилась за последние сто лет на 26% и сейчас каждый год увеличивается на полпроцента. Причем соответствующего роста совокупной биомассы зеленых растений, питающихся углекислым газом, почему-то не наблюдается. Казалось бы, нет ничего более естественного, чем увязать глобальное потепление с ростом концентрации углекислого газа в атмосфере, а этот рост - со сжиганием ископаемого топлива. При таком объяснении звенья выстраиваются в одну цепь, да еще и сразу становится понятно, что надо делать - сокращать выбросы CO2.

     Именно этого и требует Киотский протокол, подписанный в 1997 году. Но если при его подготовке ситуация казалась вполне ясной, то к моменту вступления его в силу, в 2005 году, сомнения в научной обоснованности предлагаемых в нем мер стали общим местом в высказываниях климатологов. Оказывается, пока нельзя уверенно утверждать, что наблюдаемые изменения действительно связаны с деятельностью человека. Вполне возможно, что, принимая на себя вину за глобальное потепление, правительства вместо поиска истины идут по пути самооговора, к которому их активно склоняют экологи. Люди, не имея достоверных данных о том, что повышение уровня СО2 в атмосфере носит техногенный характер, тем не менее готовы принять на себя весьма обязательства по сокращению его выбросов.

Автор статьи: Александр Сергеев 



^ Что может влиять на климат?
     Вариации радиуса и вытянутости земной орбиты. Расстояние от Земли до Солнца изменяется не только на масштабах времен порядка 100 миллионов лет, но и с периодом около 20 тысяч лет. При этом уровень летней инсоляции полушарий регулярно варьируется почти на 10% из-за удаления от Солнца.

     ^ Колебания наклона земной оси. Наклон земной оси к плоскости орбиты составляет 23,5° и испытывает колебания величиной 1° за десятки и сотни тысяч лет. Эти изменения влияют на температурный контраст между высокими и низкими широтами.

     ^ Изменение светимости Солнца. Сейчас количество энергии, поступающей от Солнца, колеблется очень незначительно (примерно на 0,1%). Между тем нельзя исключить более значительных колебаний на длительных отрезках времени.
     ^ Переполюсовка земного магнитного поля. Характерный масштаб - порядка четверти миллиона лет. Правда, последняя переполюсовка произошла 780 тысяч лет назад. В момент смены полярности атмосфера в меньшей мере защищена от действия солнечного ветра и космических лучей.

     ^ Парниковые газы в атмосфере, удерживают инфракрасное излучение Земли, препятствуя его уходу в космос.

     Изменения ландшафтов. От характера земной поверхности и растительности на ней зависит количество рассеиваемого излучения и, в конечном счете, альбедо Земли. В частности, существенное влияние на ландшафт оказывают сельское хозяйство и урбанизация.

     ^ Падения астероидов, крупные вулканические извержения, ядерные взрывы на поверхности Земли. Выброс аэрозолей в стратосферу уменьшает количество солнечной энергии, поступающей на Землю, а пыль в тропосфере увеличивает облачность - так называемый эффект «ядерной зимы».

^ Космические лучи и "погода"
     Впервые слова о том, что космические лучи могут влиять на погоду, зазвучали в конце 50-х годов. В основу идеи легли реальные наблюдения, демонстрировавшие совпадения колебаний мощности космических лучей с вариациями погоды. Палеоклиматические исследования также показывали, что эпохи холодного климата вполне коррелируют с периодами времени, когда поток лучей был выше. Говоря о космических лучах, обычно имеют в виду частицы с энергиями 10-20 ГэВ, которые рождаются в основном там, где недавно вспыхивали сверхновые звезды. Эти лучи влияют на степень ионизации тропосферы, то есть число заряженных частиц в единице объема. Новые данные о связи космических лучей с климатом были получены в конце 90-х годов Хенриком Свенсмарком (Henrik Svensmark) и его коллегами. Эти исследователи обнаружили связь потока галактических космических лучей с облачным покровом Земли. Чем сильнее поток лучей, тем, оказывается, больше облачность. Поскольку высокая облачность приводит к росту коэффициента отражения солнечного света, то глобальная температура в такие периоды падает. Обнаружилась еще одна возможная причина обледенения - увеличение потока космических лучей. Космические лучи ионизируют атомы в атмосфере Земли. Ионы служат центрами конденсации пара и способствуют образованию облаков, что повышает альбедо Земли. Интенсивность лучей меняется при движении по Галактике.

     Причин для этого изменения может быть несколько. Одна состоит в том, что Солнце, совершая свой путь вокруг центра Галактики, периодически проходит сквозь ее спиральные рукава, где плотность космических лучей максимальна из-за взрывов массивных сверхновых. Вторая причина связана с возможностью возрастания темпа вспышек сверхновых в окрестности Солнца. Более того, даже при неизменном галактическом потоке космических лучей вариации солнечной активности могут приводить к существенным колебаниям числа быстрых заряженных частиц вблизи Земли. Дело в том, что солнечный ветер как бы несет с собой магнитное поле. Оно, в свою очередь, препятствует проникновению космических лучей в центральную часть планетной системы. Активное Солнце, влияя на поток космических лучей, приводит к увеличению температуры на Земле, и, напротив, наблюдается некоторое падение температуры во время одиннадцатилетних минимумов солнечной активности. Причем эти колебания нельзя объяснить теми микроскопическими изменениями яркости Солнца (на уровне долей процента), которые связаны с изменением числа пятен и протуберанцев. Магнитное поле Земли тоже препятствует проникновению космических лучей в ту область атмосферы, где формируются облака. Скорее всего, все перечисленные выше причины работают. В итоге получается очень сложная совокупность эффектов, приводящих к вариации потока галактических космических лучей в тропосфере. Некоторые исследователи полагают, что большая часть так называемого глобального потепления может быть связана именно с наблюдающимся сегодня уменьшением потока, космических лучей.

Автор текста "Космические лучи и погода": Сергей Попов  




    В 2003 году британские климатологи запустили проект Climateprediction, в рамках которого любой владелец компьютера с выходом в Интернет мог поучаствовать в прогнозировании изменений климата. Для этого надо было установить небольшую программу, которая работала в периоды простоя центрального процессора. Один расчет - 45 лет модельного времени - занимал около 2-х месяцев. По мере расчета можно было видеть меняющиеся распределение температуры, облачности и осадков. Желание лично внести вклад в исследование привлекло к участию в проекте около ста тысяч человек из 150 стран. Спустя два года после его старта были опубликованы результаты: практически все модели показали значительное потепление климата во второй половине XXI века (от 2 до 11,5 C). К началу 2006 разработчики существенно улучшили свою программу. Популяризацией новой версии занялась телерадиовещательная корпорация BBC, что позволило уже за первые два месяца привлечь больше участников, чем за все время реализации первой версии.


     КЕРНЫ ПРОТИВ «КИОТО». Вполне возможно, что во всем происходящем виноваты естественные процессы, имеющие ту же природу, что и чередование малых и больших ледниковых периодов. Неожиданно высокая сегодняшняя скорость изменения температуры может быть лишь краткосрочным эпизодом, который впоследствии окажется рядовым всплеском на графике. Нельзя также исключить, что в прошлом уже были такие быстрые колебания, - просто при «записи» в ледниковые керны информация о скорости изменений исказилась, например, за счет диффузии. Результаты исследований все тех же ледниковых кернов заставили усомниться в обоснованности требований Киотского протокола. Дело в том, что повышение уровня CO2 в атмосфере зачастую не предшествовало, а следовало за потеплением. То есть оно являлось не причиной, а следствием потепления. Механизм этого явления нетрудно объяснить - при повышении температуры в атмосферу выходит углекислый газ, растворенный в воде (а здесь его в 60 раз больше, чем в воздухе) и находящийся в твердых породах. Этот эффект может, конечно, усиливать потепление, но вовсе не обязательно, что рост содержания СO2 может спровоцировать потепление.

     Другое дело, если земная атмосфера находилась в состоянии шаткого равновесия, будучи готова в любой момент перейти в режим потепления. В этом случае любое, даже малое воздействие - неважно, естественное или искусственное - вполне может спровоцировать начало такого перехода, подобно тому, как маленький камень вызывает лавину. Для того чтобы разобраться в хитросплетениях климатических изменений, надо, во-первых, продолжать сбор и анализ данных, а во-вторых, научиться максимально точно моделировать происходящие в атмосфере процессы. Здесь важно различать предсказания погоды и климата. Из-за случайных атмосферных флуктуаций уверенный прогноз погоды ограничен сроком около недели, максимум двух. Однако при моделировании климата нам важны лишь средние значения и коридоры, которые описывают погоду. Эти показатели можно вычислить на основе некоторых общих принципов - закона сохранения энергии, химических превращений атмосферных газов, динамики морских течений. Но даже таких общих принципов довольно много и далеко не все из них хорошо известны. К примеру, недавно совершенно неожиданно обнаружилось, что обычные зеленые растения могут поставлять в атмосферу метан, а некоторые новые леса, растущие на влажной торфянистой почве, выделяют больше углекислого газа, чем поглощают. Другой пример: до недавнего времени в климатических моделях не учитывалось влияние соединений серы, которая способствует образованию аэрозолей, а вместе с ними и облаков. Пока еще плохо понятно, как происходит теплообмен между океаном и атмосферой. Неизвестны особенности долгопериодических океанических циркуляций.





Кроме земных и солнечных процессов на климат могут влиять и космические лучи. Стерильная распиловка ледяных кернов из Антарктиды предшествует их скрупулезному химическому анализу.

Глобальное потепление - распределение по странам

В проблеме глобального потепления почти невозможно отделить политику от науки. Выбросы парниковых газов странами, наиболее активно сжигающими нефть, в 2000 году. Лидер - США



     Во всех подобных случаях климатологи вынуждены подбирать параметры модели методом проб и ошибок. Делается это примерно так. Строится компьютерная модель, по которой можно рассчитать эволюцию климата при различных вариантах параметров. Затем берется информация о состоянии климата, например, в начале ХХ века, и строится ретропрогноз - прогноз для уже прошедших десятилетий. Если модель дает результаты, близкие к тому, что было на самом деле, то считается, что на нее можно положиться и в прогнозе на десятилетия вперед, а если нет, то параметры немного изменяются, и делается новая попытка. Беда, однако, в том, что таким способом удается построить довольно много моделей, которые хорошо согласуются с прошлыми данными, но дают разные прогнозы на будущее.

     Именно таким способом получены прогнозы, приводимые в отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Вот некоторые из них. Ожидаемое глобальное потепление за период с 1990 по 2100 год составит от 1,4 до 5,8°С. Это многим больше, чем в ХХ веке, а температура в итоге станет рекордной за последние 10 тысяч лет. При этом в континентальных районах Северного полушария потепление будет примерно на 40% больше, чем в среднем по Земле. На всех материках уменьшится разница дневных и ночных температур. В Северном полушарии продолжится сокращение снежного покрова, площади морских льдов и объема Гренландского ледника. А вот масса антарктического льда, наоборот, вырастет из-за повышения влажности воздуха на Южном полюсе. Одним из самых долгосрочных эффектов нынешнего потепления должно стать повышение уровня моря. Здесь скажется не только таяние континентальных ледников, но и постепенный прогрев морской воды, сопровождающийся ее тепловым расширением. Кажется, что это незначительный эффект, однако если учесть глубину океанов, прогнозируемое повышение уровня на 0,5 м за 100 лет (именно из-за расширения) уже не выглядит фантастическим. Впрочем, неопределенность этого прогноза очень велика - от 0,1 до 0,8 м. Для сравнения: в последнее время уровень моря возрастает примерно на 2-3 мм в год (0,2-0,3 м в столетие).

     Если потепление действительно имеет антропогенную природу и выбросы парниковых газов останутся на прежнем уровне, то температура на Земле будет продолжать расти и дальше, что приведет со временем к разрушению Гренландского ледника и росту уровня моря на З-7 м через тысячу лет. При этом огромные территории суши уйдут под воду. Это произойдет, конечно, не скоро, и кто-то может утешать себя мыслью, что после нас хоть потоп. Но, даже не заглядывая в столь отдаленное будущее, мы обнаруживаем весьма скорые и неприятные последствия глобального потепления. Например, похолодание в Европе. Да-да, именно похолодание, и довольно резкое. Оно может случиться, если остановится Гольфстрим - теплое течение, играющее роль европейской «системы центрального отопления», формирующее массы теплого влажного воздуха и гарантирующее мягкий европейский климат. Как показывает изучение осадочных пород, Гольфстриму уже случалось останавливаться в прошлом. Первые признаки его замедления зафиксированы двумя независимыми исследовательскими группами - британской и американской. Измеряя расход воды, они обнаружили ослабление потока примерно на 30% по сравнению с прошлыми исследованиями в 1957, 1981 и 1992 годах. Пока в Европе не замечают снижения температур (возможно, недостаток тепла от Гольфстрима компенсируется общим глобальным потеплением), но сам факт замедления течения выглядит тревожно.




Карта возможного затопления территории Евразии при различных величинах вероятного подъема уровня океана. Масштабы бедствия (при ожидаемом в течение XXI века повышении уровня моря на 1 м) будут гораздо меньше заметны на карте и почти не скажутся на жизни большинства государств. В увеличении даны районы побережий Северного и Балтийского морей и южного Китая.

Карта возможного затопления территории Евразии при подъеме уровня Мирового океана


     Исследование изменений климата - это передний край науки. Для измерения уровня моря и ледников используются самые современные спутниковые технологии, для моделирования климата - мощные суперкомпьютеры. Данные собираются из глубин океанов и из стратосферы, из ледниковых кернов и из подводных скважин. При этом, как это ни странно, остро не хватает простых, но качественных измерений температуры, влажности, давления, ветра. Для выяснения происходящих в земной климатической системе процессов приходится привлекать физику и химию, астрономию и биологию. Прогнозы невозможно строить без учета влияния экономики и политики, а оценивать то, что говорится об изменениях климата, нельзя без знания истории и социальной психологии. Трудно привести пример другой столь комплексной задачи, которая с такой остротой когда-либо стояла бы перед человечеством. И тем важнее при ее решении не подменять честные исследования пропагандистскими заявлениями, будь они «за» или «против» потепления. Ведь, в конечном счете, важно некто победит в споре, а что происходит на самом деле. Ну, а для того чтобы это узнать, надо продолжать исследования, держа в голове все возможные варианты и не забывая о том, что ставки в околоклиматических играх - по-настоящему глобальные.

Автор статьи: Александр Сергеев 



^ Политика потепления на Земле
     В многостраничном отчете Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата каждое утверждение сопровождается оговоркой о степени достоверности по следующей шкале. Например, «практически достоверно» означает вероятность правильности утверждения более 99%, «весьма вероятно» - 90-99%, «вероятно» - 66-90%. Характерный пример утверждения из отчета: «...с конца 1960-х годов протяженность снежного покрова, весьма вероятно, сократилась на 10%». Или: «Вероятно, на некоторых территориях увеличилась интенсивность сухих условий в летний период и связанного с этим риска засух». Столь осторожные высказывания специалистов оставляют политикам широкие возможности для произвольной трактовки темы. При этом мотивы для принятия того или иного решения могут быть далеки от научных. Например, в Европейском союзе, и особенно в Великобритании, возобладало мнение о том, что потепление происходит преимущественно по вине человека. Именно поэтому ЕС активно лоббировал принятие Киотского протокола. Построенная на нем международная система торговли квотами на выброс парниковых газов стимулирует развитие альтернативной энергетики и энергосберегающих технологий. Эти технологии еще долга оставались бы нерентабельными, но, получив «допинг» от Киотского протокола, они вполне могут лет через 10-20 составить конкуренцию традиционной нефтегазовой энергетике. А это важный для Европы шаг в обеспечении энергетической независимости. Другой мотив - скрытая экономическая помощь развивающимся странам, необходимая для повышения международной стабильности. Открыто оказать масштабную помощь не позволяет общественное мнение жителей Европы. И тут Киотский протокол оказался как нельзя кстати - для развивающихся стран в нем практически нет ограничений по выбросам углекислого газа, а вот развитым придется оплачивать превышение квот. На практике это эквивалентно экономической помощи!

     В США правительство Буша, связанное с нефтяным лобби, выступило против Киотского протокола, резонно заявляя, что влияние человека на климат пока не доказано. Вместе с тем в университетской среде США к глобальному потеплению и возможности воздействия человека на климат относятся более обеспокоенно, чем в правительственных структурах. Показателен случившийся в начале года скандал, когда один из крупных специалистов-климатологов NASA заявил, что начальство предписывало ему не информировать прессу о результатах исследований, говорящих в пользу антропогенной природы потепления. Вскоре аналогичный скандал произошел и в Австралии, которая занимает сходную с США позицию. Интересен и пример России, правительство которой проигнорировало мнение большинства отечественных климатологов о том, что Киотский протокол не имеет надежного научного обоснования, и ратифицировало его ради укрепления отношений с ЕС и в надежде получить прибыль от продажи недоиспользуемой квоты на выброс CO2. В целом проблема изменения климата на сегодня является той зоной, где наука столь тесно переплетена с политикой, что очень трудно отличить одно от другого. Остается только надеяться, что прогресс в сфере климатологических исследований позволит со временем распутать этот клубок.


^ Взгляд на историю
Возникновение земной жизни


     Жизнь зародилась из неорганической материи в космосе или она возникла именно на Земле? Эта дилемма обязательно встает перед исследователем, заинтересовавшимся проблемой происхождения жизни. Доказать правоту какой-либо из двух существующих ныне гипотез до сих пор никому не удалось, как впрочем, не удалось придумать и третий путь решения.


     Первая гипотеза о происхождении жизни на Земле стара, в ее активе - солидные фигуры европейской науки: Г. Гельмгольц, Л. Пастер, С. Аррениус, В. Вернадский, Ф. Крик. Сложность живой материи, малая вероятность ее самозарождения на планете, а также неудачи экспериментаторов по синтезу живого из неживого приводят ученых в стан приверженцев данного подхода. Существуют многочисленные вариации того, как именно жизнь попала на Землю, и самая известная из них - теория панспермии. Согласно ей жизнь широко распространена в межзвездном пространстве, но поскольку там нет условий для развития, живая материя превращается в спермии, или споры, и таким образом перемещается по космосу. Миллиарды лет назад кометы занесли спермии на Землю, где сложилась благоприятная для их раскрытия среда. Спермии - это мелкие зародыши, способные выдерживать большие перепады температур, космическое излучение и другие губительные для живого факторы внешней среды. Как предположил английский астроном Ф. Хойл, на роль спермий подходят межзвездные пылевые частицы, среди которых могут быть бактерии в графитовой оболочке. На сегодняшний день спермии в космосе не обнаружены. Но даже если бы они нашлись, столь удивительное открытие только сдвинуло бы проблему возникновения жизни с нашей планеты в другое место. И мы бы не избежали вопросов, откуда на Землю прилетели спермии и как они зародились.






Безжизненные горы, камни и вода, огромная Луна на небе и постоянная бомбардировка метеоритами и кометами - наиболее вероятный ландшафт Земли 4 млрд. лет назад.
     Вторая часть дилеммы - как из неорганической материи возникла жизнь - не столь романтична, поскольку опирается на законы физики и химии. Это узкий, механистический подход, именуемый теорией абиогенеза, вбирает в себя усилия многих специалистов. Возможно, из-за своей конкретности данный подход оказался плодотворным и за полстолетия продвинул целые разделы биохимии, эволюционной биологии и космологии. По мнению ученых, синтез живой клетки - не за горами, это дело техники и вопрос времени. Но будет ли рожденная в пробирке клетка ответом на вопрос, как произошла жизнь на Земле? Вряд ли.

     Синтетическая клетка докажет лишь то, что абиогенез неким образом возможен. Но 4 миллиарда лет назад на Земле все могло произойти иначе. Например, так.

     Поверхность Земли остыла 4,5 миллиарда лет назад. Атмосфера была тонкой, и кометы активно бомбардировали Землю, в изобилии доставляя органику. Внеземное вещество оседало в мелких теплых водоемах, подогреваемых вулканами: на дне изливались лавы, росли острова, били горячие источники - фумаролы. Континенты в то время не были такими прочными и большими, как сейчас, они легко перемещались по земной коре, соединялись и распадались.

     Луна была ближе, Земля вращалась быстрее, дни были короче, приливные волны выше, а шторма суровее. Над всем этим простирались стального цвета небеса, затемненные пыльными бурями, тучами вулканического пепла и осколками пород, выбитыми ударами метеоритов.

     Постепенно складывалась атмосфера, богатая азотом, углекислым газом и парами воды. Обилие парниковых газов вызвало потепление климата всей планеты. В таких экстремальных условиях происходил синтез живого вещества. Было ли это чудом, случайностью, произошедшим вопреки эволюции Вселенной, или только так и может появляться жизнь?

     Уже на ранних этапах проявилась одна из главных черт живой материи - приспособляемость к условиям среды. Ранняя атмосфера содержала мало свободного кислорода, озон был в дефиците, и земля купалась в ультрафиолетовых лучах, смертельных для живого. Так бы осталась планета необитаемой, если бы клетки не изобрели механизм защиты от ультрафиолета.

     Этот сценарий появления жизни в целом не отличается от предложенного еще Дарвином. Добавились новые детали - что-то узнали, изучая древнейшие горные породы и экспериментируя, о чем-то догадались. Будучи наиболее обоснованным, этот сценарий одновременно и самый спорный. Ученые бьются по каждому пункту, предлагая многочисленные альтернативы. Сомнения возникают с самого начала: откуда взялась первичная органика, произошел ли ее синтез на Земле или она упала с неба?

^ Вероятность возникновения жизни


     Теория абиогенеза предполагает, что жизнь зародилась на определенном этапе развития материи. С момента образования Вселенной и первых частиц материя встает на путь постоянных изменений. Сначала возникли атомы и молекулы, потом появились звезды и пыль, из нее - планеты, а на планетах зародилась жизнь. Живое возникает из неживого, повинуясь некоему высшему закону, сущность которого нам пока неизвестна. Жизнь не могла не возникнуть на Земле, где были подходящие условия. Разумеется, опровергнуть сие метафизическое обобщение невозможно, но семена сомнения проросли. Дело в том, что условия, необходимые для синтеза жизни, весьма многочисленны, часто противоречат фактам и друг другу. К примеру, нет доказательств того, что на ранней Земле была восстановительная атмосфера. Неясно, как возник генетический код. Удивляет своей сложностью строение живой клетки и ее функции. Какова вообще вероятность зарождения жизни? Вот несколько примеров.

      Белки состоят только из так называемых «левых» аминокислот, то есть асимметричных молекул, которые вращают поляризацию проходящего через них света влево. Почему при строительстве белка используются только левые аминокислоты, неизвестно. Может быть, это произошло случайно и где-то во Вселенной есть живые существа, состоящие из правых аминокислот. Скорее всего, в первичном бульоне, где происходил синтез исходных белков, было поровну левых и правых аминокислот. И только появление реально живой «левой» структуры нарушило эту симметрию, и биогенный синтез аминокислот пошел по «левому» пути.

     Впечатляет расчет, который Фред Хойл приводит в своей книге «Evolution from Space». Вероятность получения случайным образом 2 000 ферментов клетки, состоящих из 200 аминокислот каждый, равна 10-4000 - абсурдно малая величина, даже если бы весь космос был органическим супом.

     Вероятность синтеза одного белка, состоящего из 300 аминокислот, - один шанс на 2х10390. Опять ничтожно мало. Уменьшим число аминокислот в белке до 20, тогда число возможных комбинаций синтеза такого белка составит 1 018 - всего на порядок больше числа секунд в 4,5 миллиарда лет. Нетрудно видеть, что времени на перебор всех вариантов и выбор наилучшего у эволюции просто не было. Если учесть, что аминокислоты в белках соединены в определенные последовательности, а не случайным образом, то вероятность синтеза молекулы белка будет такой же, как если бы мартышка случайно напечатала одну из трагедий Шекспира, то есть почти нулевой.

      Ученые рассчитали, что молекула ДНК, участвующая в простейшем цикле кодирования белков, должна была состоять из 600 нуклеотидов в определенной последовательности. Вероятность случайного синтеза такой ДНК равна 10-400, Иначе говоря, для этого потребуется 400 Попыток.

     Не все ученые согласны с такими подсчетами вероятности. Они указывают, что рассчитывать шансы синтеза белка случайным перебором комбинаций некорректно, так как у молекул есть предпочтения, и одни химические связи всегда более вероятны, чем другие. По мнению австралийского биохимика Яна Мусгрейва, рассчитывать вероятность абиогенеза вообще бессмысленно. Во-первых, образование полимеров из мономеров не случайно, а подчиняется законам физики и химии. Во-вторых, рассчитывать образование современных молекул белка, ДНК или РНК неправильно потому, что они не входили в состав первых живых систем. Возможно, в структуре существующих ныне организмов ничего не осталось от прошлых времен. Как сейчас считают, первыми организмами были очень простые системы коротких молекул, состоящих всего из 30-40 мономеров. Жизнь начиналась с очень простых организмов, постепенно усложняя конструкцию. Природа даже не пыталась сразу построить «Боинг-747». В-третьих, не надо бояться малой вероятности. Один шанс на миллион миллионов? И что с того, ведь он может выпасть с первой же попытки.

^ Решающий эксперимент


     Нет никакой надежды, что однажды клетка получилась сама собой из атомов химических элементов. Это невероятный вариант. Простая клетка бактерии содержит сотни генов, тысячи белков и разных молекул. Фред Хойл шутил, что синтез клетки так же невероятен, как сборка «Боинга» ураганом, пронесшимся над свалкой запчастей. И все же «Боинг» существует,






^ А. И. Опарин (1894-1980)

Ф. Хойл (1915-2001)
значит, он был каким-то образом «собран», точнее «самособран». По нынешним представлениям, «самосборка» «Боинга» началась 4,5 миллиарда лет назад, процесс шел постепенно и был растянут во времени на миллиард лет. По крайней мере, 3,5 миллиарда лет назад живая клетка уже существовала на Земле.

     Для синтеза живого из неживого на начальном этапе в атмосфере и водоемах планеты должны присутствовать простые органические и неорганические соединения: С, С2, С3, СН, CN, СО, CS, HCN, СНЗСН, NH, O, ОН, Н2O, S. Стэнли Миллер в своих знаменитых опытах по абиогенному синтезу смешал водород, метан, аммиак и водяные пары, потом пропускал нагретую смесь через электрические разряды и охлаждал. Через неделю в колбе образовалась коричневая жидкость, содержащая семь аминокислот, и в том числе глицин, аланин и аспарагиновую кислоту, входящие в состав клеточных белков. Эксперимент Миллера показал, как могла образоваться предбиологическая органика - вещества, которые участвуют в синтезе более сложных компонентов клетки. С тех пор биологи считают этот вопрос решенным, несмотря на серьезную проблему. Дело в том, что абиогенный синтез аминокислот идет только в восстановительных условиях, вот почему Опарин полагал атмосферу ранней Земли метаново-аммиачной. Но геологи не согласны с таким выводом.

^ Проблема ранней атмосферы


     Метану и аммиаку неоткуда взяться в большом количестве на Земле, считают специалисты. К тому же эти соединения очень неустойчивы и разрушаются под действием солнечного света, метаново-аммиачная атмосфера не могла бы существовать, даже если бы эти газы выделялись из недр планеты. По данным геологов, в атмосфере Земли 4,5 миллиарда лет назад преобладали углекислый газ и азот, что в химическом отношении создает нейтральную среду. Об этом свидетельствует состав древнейших горных пород, которые в тот период были выплавлены из мантии. Самые древние породы на планете возрастом 3,9 миллиарда лет обнаружили в Гренландии. Это так называемые серые гнейсы - сильно измененные магматические породы среднего состава. Изменение этих горных пород шло миллионы лет под влиянием углекислых флюидов мантии, которые одновременно насыщали и атмосферу. В таких условиях абиогенный синтез невозможен.

     Проблему ранней атмосферы Земли пытается решить академик Э.М. Галимов, директор Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН. Он рассчитал, что земная кора возникла очень рано, впервые 50-100 миллионов лет после образования планеты, и была по преимуществу металлической. В таком случае мантия действительно должна была выделять метан и аммиак в достаточном количестве для создания восстановительных условий. Американские ученые К. Саган и К. Чайба предложили механизм самозащиты метановой атмосферы от разрушения. По их схеме разложение метана под действием ультрафиолета могло привести к созданию в верхних слоях атмосферы аэрозоля из частиц органики. Эти частицы поглощали солнечную радиацию и защищали восстановительную среду планеты. Правда, этот механизм разработали для Марса, но он применим и к ранней Земле.

     Подходящие условия для образования предбиологической органики не сохранялись на Земле долго. В течение следующих 200-300 миллионов лет мантия начала окисляться, что привело к выделению из нее углекислого газа и смене состава атмосферы. Но к тому времени среда для зарождения жизни уже была подготовлена.



^ Революционная идея

      Научные основы абиогенеза, или происхождение живого из неживого, заложил русский биохимик А.И. Опарин. В 1924 году, будучи 30-летним ученым, Опарин опубликовал статью «Происхождение жизни», которая, по мнению его коллег, «содержала семена интеллектуальной революции». Публикация книги Опарина на английском языке в 1938 году стала сенсацией и привлекла к проблеме жизни значительные интеллектуальные ресурсы Запада. В 1953 году С. Миллер, аспирант Университета Чикаго, провел успешный опыт по абиогенному синтезу. Он создал условия ранней Земли в лабораторной пробирке и в результате химической реакции получил набор аминокислот. Так, теория Опарина начала получать экспериментальные подтверждения.

      По воспоминаниям коллег, академик А.И. Опарин был убежденным материалистом и атеистом. Тому подтверждение - его теория абиогенеза, которая, казалось бы, не оставляет надежды на сверхъестественное объяснение загадок жизни. Тем не менее, взгляды и личность ученого привлекали к нему людей совершенно противоположных мировоззрений. Занимаясь научной и просветительской работой, участвуя в движении пацифистов, он много выезжал за рубеж. Однажды, где-то в 1950-х годах, Опарин читал лекции в Италии по проблеме происхождения жизни. После доклада ему сказали, что с ним хочет познакомиться некто иной, как президент Папской академии наук из Ватикана. Александр Иванович, будучи советским человеком и прекрасно зная предвзятое отношение зарубежной интеллигенции к СССР, не ожидал от представителя католической церкви ничего хорошего, наверняка какая-нибудь провокация. Все же знакомство состоялось. Преподобный синьор пожал Опарину руку, поблагодарил за лекцию и воскликнул: «Профессор, я восхищен тем, как прекрасно Вы вскрыли промысел Божий!»

^ Что такое жизнь?

     Поисками определения жизни занимаются не только философы. Такое определение необходимо биохимикам, чтобы понять: а что же получилось в пробирке - живое или неживое? Палеонтологам, изучающим древнейшие горные породы в поисках начала жизни. Экзобиологам, ищущим организмы внеземного происхождения. Дать определение жизни непросто. Говоря словами Большой Советской Энциклопедии, «строго научное разграничение на живые и неживые объекты встречает определенные трудности». Действительно, что характерно только для живого организма? Может быть, набор внешних признаков? Нечто белое, мягкое, двигается, издает звуки. В это примитивное определение не попадают растения, микробы и еще многие организмы, потому что они молчат и не двигаются. Можно рассмотреть жизнь с химической точки зрения как материю, состоящую из сложных органических соединений: аминокислот, белков, жиров. Но тогда и простую механическую смесь этих соединений следует считать живой, что неверно. Более удачное определение, по которому в целом существует научный консенсус, связано с уникальными функциями живых систем. Способность к размножению, когда потомкам передается точная копия наследственной информации, присуща всей земной жизни, причем даже самой малой ее частице - клетке. Вот почему клетку принимают за единицу измерения жизни. Слагаемые же клетки: белки, аминокислоты, ферменты - взятые по отдельности, живыми не будут. Отсюда следует важный вывод о том, что успешные опыты по синтезу этих веществ нельзя считать ответом на вопрос о происхождении жизни. В этой области произойдет революция, только когда станет ясно, как возникла целая клетка. Без сомнения, первооткрывателям тайны вручат Нобелевскую премию. Помимо функции размножения есть ряд необходимых, но недостаточных свойств системы для того, чтобы называться живой. Живой организм может приспосабливаться к изменению окружающей среды на генетическом уровне. Это очень важно для выживания. Благодаря изменчивости жизнь сохранилась на ранней Земле, во время катастроф и в суровые ледниковые периоды. Важное свойство живой системы - каталитическая активность, то есть умение проводить только определенные реакции. На этом свойстве основан обмен веществ - выбор из окружающей среды нужных веществ, их переработка и получение энергии, необходимой для дальнейшей жизнедеятельности. Схема обмена веществ, которая представляет собой не что иное, как алгоритм выживания, защита в генетическом коде клетки и через механизм наследственности передается потомкам. Химикам известно много систем с каталитической активностью, которые, однако, не умеют размножаться, и потому их нельзя считать живыми.

Татьяна Пичугина 


^ На дне морском


     Первожизнь могла зародиться вокруг вулканов. Представьте себе на еще хрупком дне океанов многочисленные разломы и трещины, сочащиеся магмой и бурлящие газами. В таких зонах, насыщенных парами сероводорода, образуются месторождения сульфидов металлов: железа, цинка, меди. Что если синтез первичной органики шел прямо на поверхности железосерных минералов с помощью реакции углекислоты и водорода? Благо вокруг много и того и другого: диоксид и оксид углерода выделяются из магмы, а водород - из воды при ее химическом взаимодействии с горячей магмой. Есть и необходимый для синтеза приток энергии.




В океане слишком много воды для зарождения жизни, поэтому ее синтез шел на тонких пленках слизи.
     Эта гипотеза не противоречит геологическим данным и основана на предположении, что ранние организмы жили в экстремальных условиях, как современные хемосинтетические бактерии. В 60-х годах ХХ века исследователи открыли на дне Тихого океана подводные вулканы - черные курильщики. Там в клубах ядовитых газов, без доступа солнечного света и кислорода, при температуре +120° существуют колонии микроорганизмов. Подобные черным курильщикам условия были на Земле уже 2,5 миллиарда лет назад, как о том свидетельствуют пласты строматолитов - следов жизнедеятельности сине-зеленых водорослей. Формы, похожие на этих микробов, есть и среди остатков древнейших организмов возрастом 3,5 миллиарда лет.

     Для подтверждения вулканической гипотезы нужен эксперимент, который показал бы, что абиогенный синтез в данных условиях возможен. Работы в этом направлении ведут группы биохимиков из США, Германии, Англии и России, но пока безуспешно. Обнадеживающие результаты получил в 2003 году молодой исследователь Михаил Владимиров из лаборатории эволюционной биохимии Института биохимии им. А.Н. Баха РАН. Он создал в лаборатории искусственный черный курильщик: в автоклав, наполненный солевым раствором, был помещен диск из пирита (FeS2), служивший катодом; через систему проходили углекислый газ и электрический ток. Через сутки в автоклаве появилась муравьиная кислота - простейшая органика, которая участвует в метаболизме живых клеток и служит материалом для абиогенного синтеза более сложных биологических веществ.

     Если на Земле не было условий для синтеза предбиологической органики, то они могли быть в космосе. Еще в 1961 году американский биохимик Джон Оро опубликовал статью о кометном происхождении органических молекул. Молодая Земля, не защищенная плотной атмосферой, подвергалась массированным бомбардировкам кометами, которые состоят в основном изо льда, но также содержат аммиак, формальдегид, цианид водорода, цианоацетилен, аденин и другие соединения, необходимые для абиогенного синтеза аминокислот, нуклеиновых и жирных кислот - основных компонентов клетки. Вода комет образовала океаны, где через сотни миллионов лет расцвела жизнь. Наблюдения подтверждают, что в космических телах и межзвездных пылевых облаках есть простая органика и даже аминокислоты. Спектральный анализ показал наличие аденина и пурина в хвосте кометы Хейли-Боппа, а в метеорите Мерчисон нашли пиримидин. Образование этих соединений в условиях космоса не противоречит законам физики и химии.

     Кометная гипотеза популярна среди космологов еще и тем, что она объясняет появление жизни на Земле после образования Луны. Как принято считать, примерно 4,5 миллиарда лет назад Земля столкнулась с огромным космическим телом. Ее поверхность расплавилась, часть вещества выплеснулась на орбиту, где из него образовался небольшой спутник - Луна. После такой катастрофы на планете не должно было остаться никакой органики и воды. Откуда же они появились? Их снова принесли кометы.

^ Проблема полимеров


     Клеточные белки, ДНК, РНК - все это полимеры, очень длинные молекулы, наподобие нитей. Строение полимеров довольно простое, они состоят из частей, повторяющихся в определенном порядке. К примеру, целлюлоза - самая распространенная молекула в мире, которая входит в состав растений. Одна молекула целлюлозы состоит из десятков тысяч атомов углерода, водорода и кислорода, но вместе с тем это не что иное, как многократное повторение более коротких молекул глюкозы, сцепленных между собой, как в ожерелье. Белки - это цепь аминокислот. ДНК и РНК - последовательность нуклеотидов. Причем суммарно это очень длинные последовательности. Так, расшифрованный геном человека состоит из 3 миллиардов пар нуклеотидов.

     В клетке полимеры производятся постоянно с помощью сложных матричных химических реакций. Чтобы получить белок, у одной аминокислоты нужно отсоединить гидроксильную группу ОН с одного конца и атом водорода с другого, и только после этого «приклеить» следующую аминокислоту. Нетрудно видеть, что в этом процессе образуется вода, причем снова и снова. Освобождение от воды, дегидратация, - очень древний процесс, ключевой для зарождения жизни. Как он происходил, когда еще не было клетки с ее фабрикой по производству белков? Возникает проблема и с теплым мелким прудом - колыбелью живых систем. Ведь при полимеризации вода должна удаляться, но это невозможно, если ее полно вокруг.




Воспроизведение в лабораторных условиях водно-метаново-аммиачно-водородной атмосферы ранней Земли, мощного ультрафиолетового излучения и электрических разрядов.
     В первичном бульоне должно было находиться нечто, что помогло родиться живой системе, ускорило процесс и снабдило энергией. Английский кристаллограф Джон Бернал в 50-х годах ХХ века предположил, что таким помощником могла служить обычная глина, которой в изобилии устлано дно любого водоема. Минералы глины способствовали образованию биополимеров и возникновению механизма наследственности. Гипотеза Бернала с годами окрепла и привлекла много последователей. Оказалось, что облученные ультрафиолетом глинистые частицы хранят полученный запас энергии, который расходуют на реакцию сборки биополимеров. В присутствии глины мономеры собираются в самореплицирующиеся молекулы, нечто вроде РНК. Большинство глинистых минералов похоже по своей структуре на полимеры. Они состоят из огромного числа слоев, соединенных между собой слабыми химическими связями. Такая минеральная лента растет сама собой, каждый следующий слой повторяет предыдущий, а иногда случаются дефекты - мутации, как в настоящих генах. Шотландский химик А.Дж. Кернс - Смит утверждал, что первым организмом на Земле был именно «глиняный ген». Попадая между слоями глинистых частиц, органические молекулы взаимодействовали с ними, перенимали способ хранения информации и роста, можно сказать, обучались. Какое-то время минералы и протожизнь мирно сосуществовали, но вскоре произошел разрыв, или генетический захват, по Кернс-Смиту, после чего жизнь покинула минеральный дом и начала свое собственное развитие.

^ Самые древние микробы


     В черных сланцах Западной Австралии возрастом 3,5 миллиарда лет сохранились остатки самых древних организмов, когда-либо обнаруженных на Земле. Видимые лишь под микроскопом шарики и волоконца принадлежат прокариотам - микробам, в клетке которых еще нет ядра, и спираль ДНК уложена прямо в цитоплазме. Древнейшие окаменелости обнаружил в 1993 году американский палеобиолог Уильям Шопф. Вулканические и осадочные породы комплекса Пилбара, что к западу от Большой песчаной пустыни в Австралии - одни из самых старых пород на Земле. По счастливой случайности эти образования не столь сильно изменились под действием мощных геологических процессов и сохранили в прослоях останки ранних существ.




Художественное изображение двойственной спирали ДНК, оставляющей в воде свою копию.
     Убедиться в том, что крохотные шарики и волоконца в прошлом были живыми организмами, оказалось трудно. Ряд мелких бусинок в горной породе может быть чем угодно: минералами, небиологической органикой, обманом зрения. Всего Шопф насчитал 11 видов окаменелостей, относящихся к прокариотам. Из них 6, по мнению ученого, - это цианобактерии, или сине-зеленые водоросли. Подобные виды до сих пор существуют на Земле в пресных водоемах и океанах, в горячих ключах и близ вулканов. Шопф насчитал шесть признаков, по которым подозрительные объекты в черных сланцах следует считать живыми.

Вот эти признаки:

1. Ископаемые сложены органической материей.

2. У них сложное строение - волоконца состоят из клеток разной формы: цилиндров, коробочек, дисков.

3. Объектов много - всего 200 ископаемых включают в себя 1 900 клеток.

4. Объекты похожи друг на друга, как современные представители одной популяции.

5. Это были организмы, хорошо приспособленные к условиям ранней Земли. Они обитали на дне моря, защищенные от ультрафиолета толстым слоем воды и слизи.

6. Объекты размножались как современные бактерии, о чем говорят находки клеток в стадии деления.

     Обнаружение столь древних цианобактерий означает, что почти 3,5 миллиарда лет назад существовали организмы, которые потребляли углекислый газ и производили кислород, умели скрываться от солнечной радиации и восстанавливаться после ранений, как это делают современные виды. Биосфера уже начала складываться. Для науки в этом кроется пикантный момент. Как признается Уильям Шопф, в столь почтенных породах он бы предпочел найти более примитивные создания. Ведь находка древнейших цианобактерий отодвигает начало жизни на период, стертый из геологической истории навсегда, вряд ли геологи когда-либо смогут его обнаружить и прочесть. Чем старше породы, тем дольше они пребывали под давлением, температурой, выветривались. Помимо Западной Австралии на планете сохранилось только одно место с очень древними породами, где могут встретиться окаменелости - на востоке Южной Африки в королевстве Свазиленд. Но африканские породы за миллиарды лет претерпели сильнейшие изменения, и следы древних организмов потерялись.

     В настоящее время геологи не нашли начала жизни в горных породах Земли. Строго говоря, они вообще не могут назвать интервал времени, когда живых организмов еще не было. Не могут они и проследить ранние - до 3,5 миллиарда лет назад - этапы эволюции живого. Во многом из-за отсутствия геологических свидетельств тайна происхождения жизни остается нераскрытой.

     В теории абиогенеза поиски первоначала жизни приводят к идее о более простой, нежели клетка, системе. Современная клетка необычайно сложна, ее работа держится на трех китах: ДНК, РНК и белки. ДНК хранит наследственную информацию, белки осуществляют химические реакции по схеме, заложенной в ДНК, информацию от ДНК к белкам передает РНК. Что может входить в упрощенную систему? Какая-то одна из составных частей клетки, которая умеет, как минимум, воспроизводить себя и регулировать обмен веществ.




Рибонуклеиновая кислота (РНК) способная к репликации, то есть самовоспроизводится, служа сама себе и матрицей для дублирования, и катализатором, инициирующим сборку новой молекулы.
     Поиски наиболее древней молекулы, с которой, собственно, и началась жизнь, продолжаются почти столетие. Подобно геологам, восстанавливающим историю Земли по пластам горных пород, биологи открывают эволюцию жизни по строению клетки. Череда открытий ХХ века привела к гипотезе спонтанно зародившегося гена, который стал прародителем жизни. Естественно думать, что таким первогеном могла быть молекула ДНК, ведь она хранит информацию о своей структуре и об изменениях в ней. Постепенно выяснили, что ДНК не может сама передать информацию другим поколениям, для этого ей нужны помощники - РНК и белки. Когда во второй половине ХХ века открыли новые свойства РНК, то оказалось, что эта молекула больше подходит на главную роль в пьесе о происхождении жизни.

     Молекула РНК проще по своему строению, чем ДНК. Она короче и состоит из одной нити. Эта молекула может служить катализатором, то есть проводить избирательные химические реакции, например, соединять между собой аминокислоты, и в частности осуществлять собственную репликацию, то есть воспроизведение. Как известно, избирательная каталитическая активность - одно из основных свойств, присущих живым системам. В современных клетках эту функцию выполняют только белки. Возможно, эта способность перешла к ним со временем, а когда-то этим занималась РНК.

     Чтобы выяснить, на что еще способна РНК, ученые стали разводить ее искусственно. В насыщенном молекулами РНК растворе кипит собственная жизнь. Обитатели обмениваются частями и воспроизводят сами себя, то есть идет передача информации потомкам. Спонтанный отбор молекул в такой колонии напоминает естественный отбор, а значит, им можно управлять. Как селекционеры выращивают новые породы животных, так же стали выращивать РНК с заданными свойствами. Например, молекулы, которые помогают сшивать нуклеотиды в длинные цепочки; молекулы, устойчивые к высокой температуре, и так далее.

     Колонии молекул в чашках Петри - это и есть мир РНК, только искусственный. Натуральный мир РНК мог возникнуть 4 миллиарда лет назад в теплых лужах и мелких озерцах, где шло спонтанное размножение молекул. Постепенно молекулы стали собираться в сообщества и соревноваться между собой за место под солнцем, выживали наиболее приспособленные. Правда, передача информации в таких колониях происходит неточно, и вновь приобретенные признаки отдельной «особи» могут теряться, но этот недостаток покрывается большим количеством комбинаций. Отбор РНК шел очень быстро, и за полмиллиарда лет могла возникнуть клетка. Дав толчок возникновению жизни, мир РНК не исчез, он продолжает существовать внутри всех организмов на Земле.

     Мир РНК - почти живой, до полного оживления ему остается всего один шаг - произвести клетку. Клетка отделена от окружающей среды прочной мембраной, значит, следующий этап эволюции мира РНК-заключение колоний, где молекулы связаны между собой родством, в жировую оболочку. Такая протоклетка могла получиться случайно, но, чтобы стать полноценной живой клеткой, мембрана должна была воспроизводиться от поколения к поколению. С помощью искусственного отбора в колонии можно вывести РНК, которая отвечает за рост мембраны, но произошло ли это на самом деле? Авторы экспериментов из Массачусетсского технологического института США подчеркивают, что результаты, полученные в лаборатории, не обязательно будут похожи на реальную сборку живой клетки, а может быть, и вовсе далеки от истины. Впрочем, создать живую клетку в пробирке пока не удалось. Мир РНК не раскрыл до конца своих тайн.



^ Охотники за обитаемыми планетами

      Обе теории происхождения жизни, и панспермия и абиогенез, допускают, что жизнь не уникальное явление во Вселенной, она должна быть на других планетах. Но как ее обнаружить? Долгое время существовал единственный метод поиска жизни, который пока не дал положительных результатов, - по радиосигналам от инопланетян. В конце ХХ столетия возникла новая идея - с помощью телескопов искать планеты вне Солнечной системы. Началась охота за экзопланетами. В 1995 году поймали первый экземпляр: планету массой в пол-Юпитера, быстро вращающуюся вокруг 51-й звезды созвездия Пегас. В результате почти 10-летних поисков обнаружили 118 планетных систем, содержащих 141 планету. Ни одна из этих систем не похожа на Солнечную, ни одна из планет - на Землю. Найденные экзопланеты близки по массе к Юпитеру, то есть они гораздо больше Земли. Далекие гиганты непригодны для жизни в силу особенностей своих орбит. Часть из них вращается очень близко к своей звезде, значит, их поверхности раскалены и нет жидкой воды, в которой развивается жизнь. Остальные планеты - их меньшинство - перемещаются по вытянутой эллиптической орбите, что драматично влияет на климат: смена сезонов там должна быть очень резкой, а это губительно для организмов. Тот факт, что ни одной планетной системы типа Солнечной не обнаружили, вызвал пессимистические заявления некоторых ученых. Возможно, небольшие каменные планеты очень редки во Вселенной или наша Земля вообще единственная в своем роде, а возможно, нам просто не хватает точности измерений. Но надежда умирает последней, и астрономы продолжают оттачивать свои методы. Сейчас планеты ищут не прямым наблюдением, а по косвенным признакам, потому что не хватает разрешения телескопов.

      Так, положение юпитероподобных гигантов вычисляют по гравитационному возмущению, которое они оказывают на орбиты своих звезд. В 2006 году Европейское космическое агентство запустит спутник «Корот», который будет искать планеты земной массы, за счет уменьшения блеска звезды во время их прохождения по ее диску. Тем же способом охотиться за планетами будет спутник NASA «Кеплер», начиная с 2007 года. Еще через 2 года NASA организует миссию космической интерферометрии - очень чувствительный метод обнаружения маленьких планет по их воздействию на тела большей массы. Лишь к 2015 году ученые построят приборы для прямого наблюдения - это будет целая флотилия космических телескопов под названием «Охотник за планетами земного типа», способная одновременно искать признаки жизни.

     Когда обнаружат подобные Земле планеты, в науке наступит новая эпоха, и ученые готовятся к этому событию уже сейчас. С огромного расстояния нужно суметь распознать в атмосфере планеты следы жизни, пусть даже самых примитивных ее форм - бактерий или простейших многоклеточных. Вероятность обнаружить примитивную жизнь во Вселенной выше, чем вступить в контакт с зелеными человечками, ведь на Земле жизнь существует более 4 миллиардов лет, из них на развитую цивилизацию приходится лишь одно столетие. До появления техногенных сигналов узнать о нашем существовании можно было только по наличию в атмосфере особых соединений - биомаркеров. Главный биомаркер - это озон, который указывает на присутствие кислорода. Пары воды означают наличие жидкой воды. Углекислый газ и метан выделяют некоторые виды организмов. Искать биомаркеры на далеких планетах поручат миссии «Дарвин», которую европейские ученые запустят в 2015 году. Шесть инфракрасных телескопов будут кружиться по орбите в 1,5 миллиона километров от Земли, и обследовать несколько тысяч ближайших планетных систем. По количеству кислорода в атмосфере проект «Дарвин» способен определить совсем молодую жизнь, возрастом несколько сот миллионов лет.

     Если в излучении атмосферы планеты есть спектральные линии трех веществ - озона, паров воды и метана - это дополнительное свидетельство в пользу наличия жизни. Следующий шаг - установить ее тип и степень ее развития. К примеру, присутствие молекул хлорофилла будет означать, что на планете есть бактерии и растения, которые используют фотосинтез для получения энергии. Разработка биомаркеров следующего поколения очень перспективная задача, но это еще далекое будущее.

Татьяна Пичугина 


^ Взгляд на космос
Всюду жизнь?


     Долгое время существовала уверенность, что жизнь есть на всех планетах Солнечной системы, и даже на самом Солнце, но научные исследования принесли человечеству сплошные разочарования. Но даже, несмотря на то, что достоверных свидетельств наличия жизни где-либо еще, кроме Земли, как не было, так и нет, ученый мир неоднозначно относится к этому обстоятельству.

     Оптимисты считают, что цивилизации, далеко опередившие в техническом развитии земную, - это обычное явление во Вселенной. При этом полагаются они исключительно на веру в то, что среди огромного числа звезд нашей Галактики и еще большего количества звёзд многих других галактик обязательно должны быть как звезды с планетными системами, так и планеты с развитыми цивилизациями.

     Пессимисты утверждают, что земляне, по всей видимости, представляют собой наиболее передовую технологию в Космосе. Их главный аргумент - отсутствие не только научных свидетельств существования развитых цивилизаций, но даже планет земного типа за пределами Солнечной системы, которые могли бы служить пристанищем для жизни.

     Все домыслы и гипотезы об иных формах жизни, так же как и о возможных посланцах других цивилизаций, наталкиваются на два ключевых вопроса. Первый из них - как зародилась жизнь? Второй - какова вероятность ее возникновения при наличии соответствующих условий и «исходных материалов»?




Изображение поверхности предполагаемого спутника экстрасолнечной планеты, вращающейся около звезды HD 38629, подобной Солнцу. Звезда находится на расстоянии 140 световых лет от Земли в созвездии Ориона. В июле 2000 г на орбите в 19 млн. км от нее была обнаружена планета. На поверхности луны видны расселины, похожие на те, что наблюдались на Европе, спутнике Юпитера. Полученные данные также позволяют предположить наличие у этой звезды еще одной планеты.
     Жизнь на Земле - пока единственный известный нам пример жизни во Вселенной - «сделана» по рецепту, включающему удивительно "малое" число компонентов. Из всех имеющихся в природе химических элементов особенно важны для ее существования только 6, это - водород, углерод, азот, кислород, фосфор и сера. Из них состоит 98% материи всех живых организмов, и они являются наиболее распространенными во Вселенной, если не считать инертных газов. Этот факт указывает на родство живого вещества со звездами и дает надежду на его существование в просторах Вселенной.

     Наиболее важным для жизни является углерод, легко взаимодействующий с другими элементами (водородом; азотом и кислородом), создавая тем самым широкий диапазон органических соединений - строительных блоков жизни на Земле и, возможно, повсюду во Вселенной. Углерод - это своеобразный «клей», скрепляющий большие и сложные молекулы жизни вместе. Разнообразные химические реакции, протекающие в живых организмах, требуют источника энергии, и эту энергию земной жизни дает Солнце. Жизнь также нуждается в жидкой среде, своеобразном растворителе, благодаря которому атомы и молекулы могут вступать в химические реакции. Одним из наиболее подходящих растворителей является вода. От простых органических молекул еще очень далеко до сложных, которые составляют основу того, что мы называем жизнью. Переход от неживых органических соединений к живым (способным к самовоспроизведению по генетическому коду) все еще остается темным местом в цепи общей эволюции материи.

     Как же возникла жизнь на Земле? Этот вопрос очень важен для поиска иных ее форм в глубинах космоса. По теории биохимической эволюции А.И. Опарина, синтез всех необходимых для зарождения жизни компонентов мог произойти в условиях первичной атмосферы Земли, значительно отличающихся от нынешних. Накопление в океане большого количества органики могло создать «первичный бульон» для развития жизни. Если окажется, что жизнь зародилась именно на Земле, то можно было бы ожидать большого разнообразия ее типов в разных мирах, поскольку каждая планета будет обладать своим уникальным набором условий.

     Согласно другой гипотезе, получившей название панспермия, основные органические вещества, необходимые для возникновения жизни, могли быть занесены из космического пространства, по которому «зародыши» жизни постоянно путешествуют. Своей популярностью эта теория обязана открытию микроорганизмов, способных выживать в самых неблагоприятных условиях, схожих с космическими: в холоде, при повышенной радиации, в экстремальной кислотности. Если эта гипотеза получит подтверждение, то она будет веским аргументом в пользу того, что жизнь должна иметь примерно одинаковые формы повсюду во Вселенной, поскольку она возникла из похожих типов молекул в похожих молекулярных облаках.

^ Жилищные условия


     Рецепт получения пригодной для жизни планеты: взять скальную массу диаметром 12800 км, добавить углекислый газ, водные испарения и метан. Положить все это на стабильную круговую орбиту на нужном расстоянии от звезды (расстояние между Землей и Солнцем). Нагревать в среднем на 10°С один миллиард лет.


     Развитие жизни - столь длительный процесс, что его можно сравнить со временем жизни звезд. Краткий срок существования массивных звезд исключает их из числа кандидатов, имеющих обитаемые планеты. Такие планеты могут находиться около звезд (масса которых равна массе Солнца или чуть меньше ее), стабильно излучающих энергию в течение времени, вполне достаточного для развития разумной жизни. Большая часть солнечной энергии выделяется в видимой области спектра, создавая благоприятные для жизни условия, поэтому обитаемые планеты лучше искать вокруг звезд, имеющих температуры и химический состав, близкие к солнечным значениям.

     Среди 100 миллиардов звезд в нашей Галактике имеется вполне достаточно стабильных, способных выделять столько энергии, сколько необходимо для развития жизненно важных химических процессов. Почти повсюду найдено и большое количество углерода. Однако для возникновения биологической жизни очень важным фактором является наличие воды в жидком состоянии, зависящее от расположения планеты. Если планета находится слишком близко к своей звезде - вода испарится, если очень далеко - замерзнет. Орбита планеты должна быть стабильной и близкой к круговой, потому что при беспорядочном вращении невозможно постоянно поддерживать жидкую воду на поверхности. Та область вокруг звезды, где жидкая вода может долгое время сохраняться на планете, получила название «зона обитания». Для нашего Солнца она начинается за Венерой и кончается за Марсом.




^ Жизнь на Луне? подтверждением теории панспермии может являться тот факт, что несколько десятков бактерий Streptococcus mitis, попавших на поверхность Луны с Земли с помощью аппарата Surveyor-3, смогли выжить здесь в течение почти 3 лет в условиях космического вакуума, крайнего холода и радиации, при отсутствии воды и питательных веществ. Эти микроорганизмы были обнаружены астронавтами Apollo-12 в 1969 году и в стерильной камере возвращены на Землю.
     Независимо от того, насколько отличаются условия на разных планетах, несомненно одно: жизнь и ее окружающая среда неразрывно связаны. Живые организмы изменяют условия планеты, поскольку они потребляют пищу и энергию и выделяют отходы. Изменение планетной окружающей среды, вызванное биологической, геофизической или климатической активностью, в свою очередь, заставляет жизнь приспосабливаться к новым условиям, создавая в результате богатое разнообразие растений и животных, с которыми мы сталкиваемся на Земле.

     Нигде эта зависимость не проявляется так очевидно, как в наблюдаемых характеристиках атмосферы планеты. Так что предстоит выяснить, каким образом атмосферные газы, произведенные геологической активностью, отличаются от тех, которые произведены жизнью. Анализируя цвета в инфракрасной области излучения, астрономы будут искать атмосферные газы, такие как углекислый газ, водяной пар и озон. Вместе с температурой и радиусом обнаруженной планеты эта информация позволит определить, какие планеты являются пригодными для жизни или даже уже населены ее зачаточными формами. Своеобразным признаком жизни может быть существование в атмосфере планеты большого количества кислорода. В земной атмосфере кислород является побочным продуктом фотосинтеза - процесса, с помощью которого зеленые растения и некоторые другие организмы, используя солнечный свет, превращают углекислый газ и воду в углеводы. Но молекула кислорода не остается в атмосфере долго, а объединяется с другими молекулами в процессе, называемом окислением. Поэтому планета с атмосферой, богатой кислородом (подобно Земле), должна содержать источник его пополнения (жизнь).

     И, тем не менее, присутствие кислорода, хотя и весьма важное, не может быть принято как однозначный признак жизни. А вот обнаружение озона, сосуществующего вместе с газами (окись азота или окись метана), может служить убедительным доказательством не только того, что планета пригодна для жизни, но и того, что она обитаема.
     Вполне вероятно, что даже те планеты, где кислорода вообще не будет обнаружено, также могут поддерживать жизнь. Ведь не исключено, что фотосинтез может осуществляться с другими элементами, например с серой, выполняющей роль кислорода. В иных мирах биологические процессы могут быть совсем не похожими на земные, так как химические условия на других планетах могут привести к возникновению абсолютно других организмов.
^ Где ищут жизнь?


     Марс: Согласно некоторым предположениям жизнь могла возникнуть и на Марсе. Некоторые ученые даже предполагали, что изначально она и возникла именно там и только затем была перенесена на Землю. Возможно, геологи, анализируя осадочные марсианские породы старше 4 млрд. лет, сумеют обнаружить окаменелые остатки не только бактерий, но и более сложных организмов.

     Европа: Исследование Европы - одной из гигантских лун Юпитера, указывает на то, что под ее ледяной поверхностью скрывается огромный океан жидкой воды. Это обширное подледное море вполне могло дать кров микроорганизмам, по размеру и сложности подобным земным. Хотя солнечный свет не может обеспечить достаточно энергии для поддержания жизни на Европе, поэтому ученые полагают, что наиболее вероятным источником энергии являются заряженные частицы, постоянно летящие с соседнего Юпитера.

     Титан: Спутник Сатурна Титан - единственная луна в Солнечной системе, обладающая толстым слоем атмосферы (состоит в значительной степени из азота) и сложной органической химией. Также рассматривается возможность отправки к этой планете аппарата Titan Biologic Ехрlогег (после 2006 года) для изучения добиотической органики (химических составов, являющихся стандартными блоками жизни) как на его поверхности, так и в атмосфере.

     Венера: Некоторые исследователи не исключают существования микробной жизни и в облаках Венеры (на высоте около 50 км от поверхности), хотя атмосфера этой планеты очень сухая, а облака состоят из капелек серной кислоты. Впрочем, для подтверждения таких предположений необходимы дополнительные исследования. Ученые располагают данными, свидетельствующими о наличии значительных количеств органического вещества в межзвездных молекулярных облаках.


^ Исследовательские запуски



Межзвездный газ: Ученые располагают данными, свидетельствующими о наличии значительных количеств органического вещества в межзвездных молекулярных облаках. Чтобы понять химию процессов, происходящих в межзвездных облаках, и выяснить, может ли происходить в космосе синтез аминокислот, ESA планирует запуск космического телескопа «Гершель» (2007 год) с рекордным для подобного инструмента диаметром зеркала - 3,5 метра. Он сможет получать изображения объектов в недоступных ранее областях спектра - далекой инфракрасной и субмиллиметровой. Именно в этих диапазонах излучают сложные химические вещества, а также органические молекулы.



Кометы: «Перевозчиками» жизни могут также служить метеориты и кометы. Аппарат Giotto, в 1986 году приблизившийся к комете Галлея на расстояние 600 км, передал данные, показавшие, что комета содержит сложные органические молекулы, богатые углеродом, водородом, кислородом и азотом. А значит, что в происхождении земной жизни важную роль могли сыграть кометы. Для их тщательного изучения в рейд отправится аппарат Rosetta - первая исследовательская экспедиция на орбиту кометы, которая к тому же совершит посадку на ее поверхность. Она впервые будет наблюдать за изменениями, происходящими в комете во время наращивания ею комы и хвоста при приближении к Солнцу. Автоматическая система бурения, установленная на посадочном модуле, получит образцы вещества ядра кометы с глубины 30 см и отправит их к анализаторам состава. Поскольку из-за технических проблем запуск Rosetta в январе 2003 года отложен, то его первоначальная цель - комета Виртанен - тоже изменена.



     В 1995 году весь ученый мир облетела потрясающая весть: швейцарские астрономы на орбите вокруг звезды, подобной Солнцу, обнаружили планету. Конечно, наблюдатели не увидели планету, ее присутствие было выявлено по небольшому доплеровскому смещению линий в спектре звезды. С тех пор количество планет, обнаруженных этим методом, стало расти очень быстро, и в настоящее время их уже насчитывается более 150.

     Вопреки ожиданиям того, что другие планетные системы будут похожи на нашу собственную (планеты земного типа - вблизи звезды и газовые планеты - гиганты - на больших расстояниях от нее), большинство из них - газовые гиганты, слишком близкие к своим родительским звездам и неспособные дать приют жизни.

     Разнообразие экстрасолнечных (обнаруженных у других звезд) планет вселяет надежду на то, что должны существовать и планеты земного размера на таком расстоянии от звезды, которое позволяет существовать жизни. Планет малых размеров пока обнаружить не удалось, но их поиски с помощью космических телескопов продолжаются.



Французское космическое агентство CNES при участии Испании, Австрии, Бельгии и Европейского Космического агентства (ESA) в 2014 году планирует произвести запуск аппарата СОRОТ-маленького космического телескопа с диаметром главного зеркала 27 см и камерой из четырех CCD детекторов, который будет использовать метод транзита, позволяющий точно определить размеры планет и их орбиты. Транзит происходит каждый раз, когда планета пересекает луч зрения между наблюдателем и родительской звездой, вокруг которой она вращается. Когда это происходит, планета блокирует часть света от своей звезды, вызывая периодическое падение блеска звезды. Этот периодический сигнал используется, чтобы обнаружить планету и определить ее размер и орбиту. COROT будет наблюдать большое количество относительно далеких звезд на расстояниях до 1500 световых лет, пытаясь представить факты существования планет земного типа.



Darwin это целая флотилия из 8 космических аппаратов для поиска земноподобных планет и анализа их атмосфер на наличие химических признаков жизни. Шесть из них это телескопы. Восьмой предназначен для объединения света от шести телескопов и имитации зеркала намного большего, чем зеркало одного телескопа. Восьмой аппарат предназначен для связи между Землей и флотилией. Найти внесолнечные планеты очень сложно. Даже для ближних звезд это все равно, что пытаться разглядеть разницу между слабым светом свечи и горящим по близости маяком на расстоянии 1000 километров. По световым волнам звезды ярче твердых планет в тысячи миллионов раз. Чтобы частично обойти эту трудность, Darwin будет наблюдать звезды в середине инфракрасного спектра. На этих длинах волн контраст между звездой и планетой представляется как миллион к одному, что несколько облегчит поиск. Darwin использует инфракрасный спектр еще и потому, что жизнь на Земле оставляет следы именно в этом волновом диапазоне.

     ^ Как находят планеты. Когда планета вращается вокруг звезды, ее масса создает гравитационные силы, которые слегка притягивают звезду, заставляя ее "дрожать" - покачиваться вперед - назад.



В рамках программы Discovery готовится миссия Kepler. Она будет «охотиться» за планетами, используя однометровый телескоп с фотометром, специально разработанный для поиска планет, подобных Земле, вокруг звезд вне Солнечней системы. Чувствительность фотометра достаточна, чтобы «видеть» изменения в яркости, вызванные планетой, проходящей перед звездой, которая в 100 раз превосходит ее по диаметру. Измеренная орбита планеты и известные свойства родительской звезды позволят определить, находится ли каждая обнаруженная планета в зоне обитания. Инструменты Керlег будут способны обнаружить объекты земного размера на орбитах вокруг звезд, находящихся на расстоянии до 4 000 световых лет, измерения же будут производиться каждые 10 минут. Так как Керlег сможет обнаружить только планеты, выполняющие транзит, на помощь ему отправится Space lnterferometry Mission (SIM).



^ Тегrestrial Planet Finder (TPF) - Искатель планет земной группы, изучающий следы, оставленные жизнью в атмосферах планет. Его главная цель - прямое обнаружение и характеристика планет земного типа, вращающихся вокруг близких звезд. Станция будет исследовать состав их атмосфер и искать озон, молекулы кислорода или двуокиси углерода, которые видны в земной атмосфере. Ее находки, возможно, станут базой для следующей экспедиции - Life Finder, состоящей из нескольких телескопов, работающих как один - для получения спектров высокого разрешения атмосфер далеких планет. В настоящее время Life Finder (LF) остается только проектом, потому как требует технологий, которые еще не созданы. Мы можем вписать собственную страницу в историю Земли.

Людмила Князева 


^ Парадоксы молчания


     "Вечное молчание этих бесконечных пространств ужасает меня", - раз заглянув в ночное небо, записал французский ученый и философ Блез Паскаль. Но он жил в Париже времени мушкетеров: тогда о бесконечных пространствах Вселенной и знали, и задумывались еще очень мало. Хотя и Галилей, и Ньютон уже наблюдали звезды в телескоп, последний мало еще чем отличался от сильной подзорной трубы. До сенсационного открытия марсианских «каналов» Джованни Скиапарелли в 1878 году оставалось чуть более 200 лет, однако ужас одиночества, испытанный Паскалем, оказался - все же фундаментальнее эйфорических представлений «цивилизованного человечества», уверившегося в начале ХХ века в повсеместном заселении, Вселенной. Сейчас просто невозможно себе представить, насколько упрямой, оказалась эта вера, и какое разочарование принесли землянам первые полеты автоматических станций на Луну, Венеру и Марс, передав на Землю первые, лишенные фантастических представлений, сведения о том, что никакой жизни на этих планетах не обнаружено, а судя по окружающей обстановке, и не может быть обнаружено...





Ученые агентства НАСА сообщили об открытии строгого косвенного доказательства микроскопической жизни, когда-то существовавшей на Марсе. Группа исследователей химическим способом нашли доказательство существования древней жизни на Марсе. Они интерпретировали трубчатые образования (которые видны на картинке) как окаменелые бактерии.
     Своеобразной психологической компенсацией стал поиск более отдаленных внеземных высокоразвитых цивилизаций. Конгрессы по внеземным цивилизациям следовали один за другим, отчаяние Паскаля было сформулировано в виде принципиального научного парадокса, получившего название «парадокс молчания Вселенной», который так и остался неразрешенным - Вселенная монотонно испускала только «белый шум». Кончилось тем, что даже такие ярые сторонники поиска внеземного разума, как астроном И.С. Шкловский, в конце концов, потеряли веру в возможность обрести в «бесконечных пространствах» братьев по разуму. В общем, настала пора, когда бытовавшие еще недавно представления о Космосе как о некоей фантастической лаборатории, готовой производить жизнь там и тотчас, как только для этого представятся хоть сколько-нибудь подходящие условия, сменились совершенно противоположными, упадническими взглядами: жизнь в Космосе - не правило, а исключение.

     Однако к началу XXI века все, что было связано с новыми открытиями в астрофизике и биологии, опять изменилось. За последние 10 лет путем изучения отклонений орбит некоторых звезд было «просчитано» существование более 150 планет вне нашей Солнечной системы. Конечно, изучение этих планет - дело весьма отдаленного будущего, но само их обнаружение вселило надежду в сердца сторонников теории внеземной жизни, возродив наиболее радикальные проекты, связанные с исследованием ближайших планет Солнечной системы. И прежде всего, конечно, проекта полета на Марс. Напомним, что в 1976-м году, после визита «Викингов», астробиологи были крайне разочарованы Марсом: 21 снимок поверхности Красной планеты, сделанный посадочным аппаратом экспедиции, зафиксировал изображения совершенно безжизненной пустыни. Органики на поверхности Марса оказалось даже меньше, чем на Луне. Однако Марс слишком сложен и загадочен, чтобы на основании первых же полученных человечеством сведений можно было вынести окончательный вердикт о наличии или отсутствии жизни на нем.

^ Какая жизнь?


     Наука о формах внешней («экзо») по отношению к Земле жизни называется экзобиология. Один из ведущих специалистов в этой области, член-корреспондент РАН, директор Института микробиологии РАН В.Ф. Гальченко, так определил сферу интересов этой необычной дисциплины: как наука экзобиология может относиться и к палеонтологии, и к биологии. А предмет ее исследования... виртуален. Ибо мы до сих пор не знаем ни одной формы жизни за пределами Земли. И судить о том, какой могла бы быть эта жизнь, мы можем только по аналогии с ее земными формами. Ведь материя Вселенной - одна и строится из «кирпичиков» известной каждому школьнику системы элементов. Поэтому и жизнь вне Земли будет, скорее всего, подчиняться тем же законам, что и на Земле, как бы парадоксально это ни звучало.

     Выстроить химически - непротиворечивую модель какой-то иной жизни до сих пор не удалось, хотя попытки такого рода предпринимались. Причем самые радикальные.

     Известно, что основой земной жизни является углерод - в силу способности его атомов составлять длинные цепочки, сцепляясь друг с другом и с другими соединениями и образовывать сложные и пластичные формы, которые, в конечном счете, выходят за пределы чисто химического синтеза на новый уровень, постепенно наращивая и усложняя обмен энергией между атомами, обмен веществ, налаживая процессы деления... Иначе говоря, приобретая все признаки живой материи. Первая же попытка построить модель другой жизни заключалась как раз в том, чтобы углерод заменить, скажем, на кремний, поскольку по ряду свойств эти элементы схожи друг с другом. Но чем заменить кислород? Фтором - опять же в силу некоей гипотетической «схожести». А чем заменить водород, который из-за своих химических свойств оказывается идеальным носителем энергии? Нечем. Однако свойства кремний-фторо-водородных соединений резко меняются. Они теряют пластичность и образуют очень жесткие молекулярные решетки. И моделируемая нами жизнь начинает напоминать... кристаллы. Она теряет жизненную гибкость и возвращается обратно в мир неорганической химии. Получается, что жизнь вышла из неживой природы, а мы опять ее туда загоняем.

     В свое время Джеймс Дьюи Уотсон, один из первооткрывателей ДНК, написал небольшую книгу, в которой рассматривал жизнь с точки зрения атомных и молекулярных сил. И пришел к выводу, что свойства молекулы ДНК (как носителя всей информации о живом организме) определяются атомными свойствами химических элементов, из которых она состоит: углерода, кислорода, азота и фосфора. И замена любого из этих элементов на «сходный», скорее всего, приведет к полному нарушению всех функций молекулы и сделает невозможным само продолжение жизни...

     Поэтому и на далеких мирах посланцам Земли, если и придется иметь дело с жизнью, то именно с той, органической жизнью, для существования которой, как и на Земле, необходимы три условия: наличие соединений углерода, жидкой воды и источников энергии для синтеза сложных биомолекул. Если наличествуют три этих условия, жизнь на планете возникает удивительно быстро. Скажем, Земля образовалась 4,5 миллиарда лет назад. А спустя миллиард лет, как полагают экзобиологи, жизнь на ней уже присутствовала в виде безъядерных метанобразующих бактерий, заселивших первые моря, вода в которых была насыщена органическими и минеральными соединениями, в то время как атмосфера, лишенная кислорода, состояла в основном из разного рода небезвредных для современного человека газов. Еще через несколько миллионов лет в воде этих морей появились сине-зеленые бактерии, которых биологи ХIХ столетия причислили к разряду водорослей: они освоили фотосинтез, научившись напрямую использовать энергию солнца, чтобы разлагать воду на водород и кислород. Так в атмосфере появились первые «излишки» кислорода. Но кислород этот первоначально был «захвачен» земными породами, главным образом железом, которое, как и почвы Марса, стало бурно окисляться. Однако железа не хватило, и в атмосфере образовался избыток кислорода, который и дал возможность развиться другим, более сложным и совершенным формам жизни - эукариотам, то есть ядерным формам клеток.

     В устройстве мироздания бактериям принадлежит колоссальная роль. И хотя человечество по праву гордится своей преобразующей деятельностью на Земле по количеству и качеству работы, до бактерий ему еще далеко. Начать с того, что люди до сих пор живут богатствами «царства бактерий», добывая из недр остаточные продукты их жизнедеятельности - нефть, газ, серу и так далее. А что стало бы делать человечество с тем немыслимым количеством ежегодно умирающего живого, если бы не бактерии? Травы, деревья, палая листва, ржаная солома, навоз и вообще все, что только возможно представить себе в этом поэтическом или скорбном списке, бактерии медленно, но неумолимо превращают в почву, богатую питательными веществами, создавая тем самым условия для дальнейшего процветания жизни...

^ Есть ли жизнь на Марсе?


     В классификации КОСПАР (Комитет по космическим исследованиям при Международном совете научных союзов) Марс наряду с Европой (одним из спутников Юпитера) занимает совершенно особое место. Даже непосредственный полет к Марсу, «без прямого контакта», сразу повышает категорию сложности полета до 3 (из 5) и требует разработки особых мер для предотвращения удара космического аппарата о поверхность планеты. Все эти предосторожности продиктованы экологическими и медицинскими опасениями, сведенными в свод правил межпланетарного карантина и, конечно, свидетельствуют о нашей убежденности в том, что жизнь на Марсе все-таки есть.






Таким мог быть древний Марс в возрасте 1 млрд. лет - настоящий водный мир, в котором гора Олимпус была окружена реками и озерами, а вовсе не безжизненной пустыней. 3,5 млрд. лет назад на Марсе было столько воды, что она могла покрыть всю поверхность слоем глубиной 100 м.


     Но так ли это? Успела ли она возникнуть? А если успела, то, в каких формах удается ей сохраняться под ледяным панцирем? Как планетное тело Марс возник в одно время с Землей. Тогда на нем существовали все условия для развития жизни: углерод, открытая вода, мощное вулканическое тепло. Его моря не менее интенсивно, чем древние моря Земли, бомбардировались метеоритами с налипшей на них космической органикой, и это был вполне подходящий «котел» для разнообразных органохимических превращений. Так продолжалось миллиард лет. Конечно, за это время жизнь могла возникнуть и даже получить некоторое эволюционное развитие. Но тут случилась катастрофа. Мы не знаем, какая именно. Но в результате ее активность марсианских вулканов упала на порядок, кислород атмосферы был «съеден» марсианскими породами, истонченная атмосфера «оголила» планету и подвергла воздействию солнечной радиации, а вода обратилась в лед, и только в глубинах Марса, возле горячего еще ядра, она должна сохраняться в жидкой форме. Жизнь вместе с этой водой должна была буквально «уйти под землю»...

     Ближайшим земным аналогом марсианской «модели» являются постоянно покрытые льдом антарктические озера. Во-первых, выяснилось, что летом даже сквозь 5-метровую толщу льда туда все же проникает от 1 до 4% солнечного излучения. И этого достаточно, чтобы в озерах расплодились и прекрасно себя чувствовали сине-зеленые фотосинтезирующие бактерии. Поскольку они насыщают воду кислородом, под бактериальными матами «сидят» простейшие метанобразующие, а рядом с ними - метаноокисляющие и главное - бактерии-гетеротрофы, которые «поедают» останки сине-зеленых. Такая замкнутая экосистема способна прекрасно существовать тысячи лет, не чувствуя себя ущербной в сравнении с теми своими собратьями, которым повезло родиться в местах с более теплым климатом...

     Аналогии с Марсом здесь очевидны. Конечно, толщина подповерхностного марсианского льда, покрытого ветровыми наносами, не даст выжить под ним никаким фотосинтезирующим бактериям - для этого там просто нет света. Но вот метанобразующие вполне могли бы выжить, правда, при одном условии - если образованный ими метан смог бы найти выход на поверхность планеты, иначе бактерии просто задохнутся в продуктах своей жизнедеятельности. На Марсе выходы на поверхность глубинного тепла уже зафиксированы автоматическими станциями. Большая часть их расположена у подножия марсианских вулканов, в частности у 22-километрового Олимпуса. Вероятно, вместе с теплом в эти отдушины могут выходить и метан, и вода, содержащая жизнь. И даже если, «выплеснувшись» на поверхность планеты, эта жизнь очень скоро погибает, ее остатки все равно следует искать именно возле марсианских горячих источников, или фумарол. Так что, когда в 70-е годы американцы отправляли посадочный аппарат «Викингов» на Марс, они в буквальном смысле слова искали жизнь не ту и не там.








^ Слева - метеорит "Аллан Хиллз" с вкраплениями напоминающие окаменевшие бактерии. Справа - окаменевшие бактериальные маты из земного озера возрастом 12 000 лет.
      Теперь представим себе, что мы оказались возле тепловой «отдушины» не в тот день, час или год, когда из нее изливается вода. Вокруг нас - камни, вероятно, просто «облепленные» останками марсианской жизни. Но как отличить живое от неживого? Вернее, как погибшую, мертвую уже бактерию отличить от минерального образования?

     «Сенсационная» история «марсианского» метеорита, названного по месту нахождения в Антарктиде «Аллан Хиллз 84001», великолепно иллюстрирует эту проблему. Исследовавший метеорит Дэвид Маккей с коллегами приняли априори, что сей «небесный камень» имеет марсианское происхождение. Откуда такая уверенность? Кроме посадочного устройства «Викингов» никто марсианский грунт в руках не держал, на Землю он не доставлялся, и сколь бы ни были оригинальны и остроумны гипотезы, объясняющие, как камень с Марса прилетел на Землю, логичнее все же предположить, что прилетел он, как и большинство метеоритов, из космоса, где рассеяно немыслимое количество вещества протопланет, взорвавшихся на заре планетарной истории мира. Кроме того, сенсацией стало заявление о том, что на поверхности метеорита обнаружены кристаллизовавшиеся останки марсианских бактерий. Но как отличить их от минеральных образований? Сторонники биологического и приверженцы минерального происхождения этих структур могут спорить до хрипоты - решающих аргументов нет ни у тех, ни у других. Проблему, как отличить мертвое живое от неживого изначально, науке еще только предстоит решить. Несомненно, в XXI веке человечество, так или иначе, коснется одной из величайших тайн - тайны жизни в других мирах. И, может быть, отчасти даже разгадает ее. И вот тогда и, видимо, не раньше сможет во всем объеме оценить великую загадку жизни на Земле, и станет, наконец, любить свою планету.


^ Бактерии везде


Их сотни тысяч видов. При этом тысячи видов облюбовали себе для жизни экологические ниши, более ни для какой жизни не пригодные - именно их называют экстремофилами. В Средиземном море недавно обнаружены бактерии, живущие в горячих источниках при температуре +113°С, и в то же время многие виды бактерий сохраняют жизнеспособность, будучи заброшенными в верхние слои атмосферы, где температура ниже - 20°С. Бактерии живут в самых глубоких местах океана, в снегу, во льду, в воде, наполняющей контуры ядерных реакторов, и в сухих пустынях Антарктики. Микроорганизмы, живущие при низких температурах, зовутся психрофилами. Другие - термофилы, предпочитают места обитания «погорячее», например упоминавшиеся уже горячие источники, компостные кучи или стога сена, которые они в содружестве с термофильными грибами способны довести до самовоспламенения. Третьи - как, например, некоторые бактерии, обнаруженные в пещерах, приспособились к жизни в полной темноте, да к тому же на таком скудном рационе, что им пришлось «изобрести» высокоспецифичные ферменты для расщепления и поедания неорганических питательных веществ, например известняка. В Австралии бактерии обнаружены в керне, поднятом с глубины полтора километра. Галофилы издревле известны солеварам: именно они окрашивают в красный цвет стенки солеварен, где под воздействием солнца соль выпаривается из морской воды. Бактерии выживают не только в Мертвом море, но и в знаменитом незамерзающем озере Дон-Жуан в Антарктиде, воды которого представляют собой насыщенный раствор хлорида кальция. В разряд экстремофилов попали анаэробные бактерии, развивающиеся в бескислородной среде. Некоторые из них находят себе прибежище в очистных сооружениях, где весь кислород связывается мощным слоем специфической органики. Так что если «неземная жизнь» когда-нибудь обнаружится, то представлена она будет, скорее всего, бактериями.

1 - Микроколония неизвестных бактерий группы SLIME (подземные лито-автотрофные микробные экосистемы), найдены в 1995 году на глубине 1000 м от поверхности в толще скалы. Клетки бактерий показаны красным, базальтовая скальная порода - зеленым. Лишенные света и кислорода, они могут быть метаногенами, питающимися содержащимся в камне водородом и раствором двуокиси углерода.

2 - Делящаяся клетка сине-зеленой водоросли. Microcystis aeruginosa (или Аnаcystis cyanea). Видны образующиеся дочерние клетки. Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) - это клетки, не имеющие окруженного мембраной ядра; вместо него, как у бактерий, ядерный материал рассеян по всей клетке. Фотосинтезирующие ламеллии (нитевидные структуры) представляют собой примитивные хлоропласты. Именно сине-зеленые водоросли, появившиеся на Земле 3,5 млрд. лет назад, насытили атмосферу кислородом и создали условия для существования высших форм жизни.

3 - Теплолюбивые бактерии Staphylothermus marinus. Показан срез одной клеток (стенки клеток - зеленым цветом, внутренность - розовым). Эти простейшие имеют энзим STABLE, позволяющий им выживать при температурах до 135°С. Staphylothermus marinus находят в гидротермальных источниках на дне океана, они прекрасно себя чувствуют в серных вулканах и воде с температурой до 98°С.




^ Слушая космос

Несмотря на все усилия, исследователям все еще не удалось обнаружить даже слабого писка искусственного сигнала. Но радиоастрономы не теряют надежды и разрабатывают новые проекты.

^ Радиотелескоп Аресибо
В 1960 году американские ученые направили свой радиотелескоп на тау Кита и ипсилон Эридана - самые близкие к нам, похожие на Солнце, звезды, чтобы выяснить, не идут ли оттуда сигналы искусственного происхождения. Считается, что подходящей частотой для передачи сигналов может быть частота вблизи 1420 МГц-частота излучения свободного атома водорода, одного из самых распространенных элементов во Вселенной. Любая цивилизация, технически способная построить радиомаяк, должна сознавать всю важность этой частоты. Так было положено начало сообществу, которое сейчас называется SETI (Поиск внеземных цивилизаций). Прослушивание этих звезд велось в течение нескольких месяцев, но никаких сигналов принять не удалось, и программа была прекращена. А спустя 14 лет, используя телескоп «Аресибо» (Пуэрто-Рико), ученые решили сами отправить послание инопланетянам в направлении шарового звездного скопления М13 в созвездии Геркулеса. В этом созвездии около миллиона звезд, подобных Солнцу, и вполне возможно, что на одной из них существует цивилизация, способная принять данное послание. Отправленное «письмо», содержащее графический символ телескопа «Аресибо», человеческую фигуру и двойную цепочку ДНК, доберется до адресата только через 24 тыс. лет. В пределах двух сотен световых лет от Земли имеется почти 1 000 звезд, подобных Солнцу. Именно они, как полагают большинство исследователей из SETI, наиболее вероятные кандидаты для планетных систем, способных дать приют жизни, с которой мы могли бы установить связь. К несистематическим попыткам сообщить о себе можно отнести и посылку в космос двух гравированных золотых пластин, помещенных на космические зонды «Пионер-11» и «Пионер-12», которые уже покинули Солнечную систему.

^ Serendip IV. Один из таких проектов является Serendip IV (Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations - Поиск внеземного радиоизлучения от соседних развитых цивилизаций). Благодаря частому финансированию в нем участвует несколько обсерваторий разных стран. Главным в проекте является гигантский радиотелескоп Аресибо, приемник которого может вести поиск почти на 168 миллионах каналов, каждый шириной около 0,6 Гц.

Phoenix. Проект Phoenix, полностью существующий сейчас на частные пожертвования, направлен на всесторонний поиск внеземного интеллекта. Его цель - 1 000 звезд, подобных Солнцу, в пределах 200 световых лет от Земли, - наиболее вероятных мест существования планет, имеющих жизнь на поверхности. Он ищет сигналы в диапазоне от 1 000 до 3 000 МГц, распределяя частотный спектр на 2 млрд. каналов для каждой звезды.

SETI@home. Самый известный из всех проектов SETI-SETI@home захватил сегодня воображение миллионов людей во всем мире. Одна из проблем с SЕТI-исследованиями состоит в том, что для обнаружения сигнала компьютером должен быть проанализирован гигантский объем данных радиотелескопа. Так вот, SETI@home предложил свое решение: данные, собранные SЕRЕNDIР-приемником в «Аресибо», разделяются на рабочие единицы, затем посылаются через Интернет на индивидуальные домашние ПК, где они подвергаются автономной обработке, и только потом возвращаются в SETI@home. В настоящее время в проекте задействованы 1 млн. 400 тыс. участников из 244 стран, помогающих анализировать данные «Аресибо». Потратив суммарно 110 000 лет вычислительного времени, все они вместе практически сформировали суперкомпьютер.

^ Оптический проект SETI был предложен Чарльзом Таунсом, лауреатом Нобелевской премии за работы в области лазеров, в расчете на то, что другие цивилизации могут использовать лазеры в качестве космических маяков. Существует несколько проектов, которые ищут космические вспышки лазерного света с помощью оптических телескопов. Гарвардский университет использует 1,80-метровый телескоп, чтобы следить за 2 500 звездами, подобными Солнцу. Группа исследователей в Университете Беркли, используя 75-сантиметровый телескоп обсерватории им. Лейшнера, также будет наблюдать 2 500 близлежащих звезд.

^ Одногектарный телескоп в Северной Калифорнии. Такое название он получил потому, что будет иметь размер стороны 100 метров. Этот изобретательный и дешевый проект объединит сигналы от 500 или больше антенн коммерческого спутникового телевидения. Благодаря объединению сигналов от индивидуальных антенн и умелой их обработке 1 НТ будет способен наблюдать 100 звезд одновременно во множестве частот. В случае успеха к 1 НТ присоединится «большой брат» с километровой стороной, теоретически способный обнаруживать сигналы намного более слабые, чем современные.

Людмила Князева 


^ Взгляд из космоса
Магнитные полюса - магнитосфера


      По сравнению с магнитными полями, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни (сердечники акустических колонок, магнитные импульсы переменного тока в бытовых приборах, лампы, линии электропередач и др.), магнитное поле Земли относится к разряду очень слабых полей. Так, к примеру, магнитный элемент защелки книжного шкафа создает магнитное поле напряженностью 5-10 эрстед, в то время как магнитное поле Земли меняется в пределах от 0,3 до 0,7 эрстед от экватора до полюса. Тем не менее, это, так называемое главное геомагнитное, поле, имеющее планетарную природу, существует на Земле повсеместно. Некоторые его элементы люди научились измерять еще до открытия самого магнитного поля. Так, первые карты магнитного склонения, доставлявшего столько бед морякам древности, появились еще в середине XVI века.

     Осознание того факта, что магнитные полюса не совпадают с географическими, расставило все по своим местам и позволило понять, что склонение - это угол между направлением на север и магнитным меридианом, вдоль которого устанавливается стрелка компаса. Столь же давно измеряется и величина наклонения - угла между горизонтальной плоскостью и магнитной стрелкой.

     Ныне магнитное поле на поверхности нашей планеты изучено достаточно подробно. Оказалось, что оно отнюдь не постоянно, а непрерывно меняется. Круглый год сотни магнитных обсерваторий, десятки специальных судов и самолетов, многочисленные отряды магнитологов в самых разных точках земного шара ведут наблюдения за геомагнитным полем. Измеренные его элементы анализируются, обрабатываются, по ним составляют магнитные карты, с помощью которых и изучают пространственное распределение магнитного поля.




Модель инверсии геомагнитного поля Земли показывает изменение поля с прямого на обратное, при котором южный и северный магнитные полюса меняются местами. Желто-красные линии соответствуют исходящим линиям магнитного поля, сине-голубые - входящим. Это изображение - компьютерная модель магнитного поля Земли через 31 000 "лет" перед инверсией.
     Выяснилось, что магнитное поле подвержено самым разным изменениям. Некоторые из них являются регулярными и наблюдаются ежедневно в частности, так называемые суточные вариации, для которых характерны циклические колебания напряженности магнитного поля и магнитного склонения. Не менее хорошо известны и другие вариации - короткопериодические колебания, продолжительность которых не превышает нескольких минут, а также магнитные бури, чья длительность может измеряться сутками.

     Все эти вариации непосредственным образом связаны с деятельностью Солнца. В «спокойные магнитные дни» взаимодействие солнечного ветра с ионосферными токами вызывает плавные, регулярные изменения компонентов магнитного поля с периодом, близким к 24 часам. Магнитные бури, упомянутые выше, - это нерегулярные спорадические возмущения магнитосферы Земли. Они начинаются в момент, когда резко изменяется давление солнечного ветра на магнитосферу, и она оказывается не в состоянии «отвести» поток высокоэнергетических частиц от Земли. В результате они пронизывают ионосферу, нарушая регулярную структуру околоземных электрических токов. Магнитные бури бывают разной интенсивности и длительности, но, как правило, полное восстановление «спокойствия» геомагнитного поля происходит через 2-3 суток после начала бури.

      В том случае, если скачок давления (плотность) солнечного ветра не в состоянии «пробить» магнитосферу, то искажения магнитных силовых линий носят локальный характер и магнитные возмущения охватывают не весь земной шар, а лишь какой-то отдельный район. Такие возмущения называют суббурями. Они очень частые «гости» в северных районах земного шара. Полярные сияния также чаще всего связаны с суббурями.

      В течение года наблюдается два периода резкого повышения магнитной активности - это периоды весеннего и осеннего солнцестояния, то есть март и сентябрь. В это время количество магнитных бурь значительно возрастает. Если в среднем в месяц происходит 1-2 магнитные бури, то в марте и сентябре их число возрастает в несколько раз, причем осенний пик магнитной активности более энергичный - осенью количество магнитных бурь больше, чем весной, и может доходить до 7-8 в месяц.

      Очень сильное влияние оказывает на частоту возникновения бурь глобальный 11-летний цикл солнечной активности, который во многом определяет все природные процессы на Земле. Кстати, 2003-й был - год - максимума солнечной активности.

      Помимо таких кратковременных колебаний магнитного поля существуют и гораздо более медленные, плавные изменения его параметров, с периодом в несколько сотен лет. Они связаны с процессами, происходящими внутри Земли, и названы вековыми вариациями. Вековые вариации можно уподобить дыханию магнитного поля - в каждой точке земной поверхности периодически меняется направление магнитного поля, не остается постоянной и величина намагниченности планеты в целом. История регулярных магнитных наблюдений насчитывает немногим более 100 лет, поэтому сведения о вековых вариациях, полученные на основе этих измерений, конечно, не могли быть полными. Долгое время казалось, что любые попытки магнитологов заглянуть в отдаленное прошлое нашей планеты, выяснить, как менялось с течением времени ее магнитное поле, обречены на провал. Однако сама Природа припасла для людей замечательную подсказку, которая помогла разрешить одну из наиболее каверзных загадок эволюции Земли.

      В середине XIX века было обнаружено явление термоостаточного намагничивания лав - палеомагнетизм. Постепенно, шаг за шагом, ученные установили, что носителями древнего геомагнитного поля могут быть горные породы самого разного происхождения, как магматические, так м осадочные. Оказалось, что излившиеся во время извержений вулканов в виде лавы горные породы обладают удивительной способностью хранить в себе информацию о магнитном поле Земли. Породы, разогретые до температуры 500-700°С, по мере остывания приобретают намагниченность, величина и направление которой соответствуют магнитному полю Земли, действовавшему на породу во время охлаждения. Эта намагниченность сохраняется в течение миллионов лет и, словно магнитофонная лента, доносит до нас свидетельства из отдаленного прошлого планеты. Определив геологическими методами возраст лавовых образований и «прочитав» хранящуюся в них палеомагнитную информацию, можно доподлинно восстановить историю магнитного поля Земли.

      Палеомагнитные исследования выявили неопровержимые свидетельства неоднократных инверсий (обращений полюсов) геомагнитного поля в прошлые эпохи. Оказалось, что магнитные полюса не раз менялись местами. Благодаря достижениям физиков, разработавших методы определения абсолютного возраста горных пород, у палеомагнитологов появилась возможность не только фиксировать главные события в истории геомагнитного поля (прежде всего инверсии), но и определить их длительность и абсолютное время начала и окончания инверсий - то есть создать шкалу времени (временную шкалу) инверсий геомагнитного поля. Магнитологи называют такую шкалу магнитохронологической.

     Первая подобная шкала была довольно «куцей» - охватывала период лишь в 3,5 млн. лет и не отличалась большой детальностью. Дело в том, что лавы в большинстве своем извергались только в определенные тектономагматические эпохи, в сравнительно узком временном интервале. А потому стало ясно, что, исследуя лишь лавы вулканических извержений, «прочесть» всю историю магнитного поля Земли не удастся.




Это изображение - компьютерная модель спустя 5000 "лет" - переменное магнитное поле в процессе инверсии. После которого наступает время обратного магнитного поля. Еще через 5000 "лет" инверсия будет закончена.
     Ситуация изменилась радикальным образом, как только начались масштабные исследования магнитного поля океанов. Первые же непрерывные измерения вдоль линий, пересекающих Атлантический океан, выявили резкие отличии в строении магнитного поля океана по сравнению с сушей. Результат оказался поистине сенсационным. Выяснилось, что вместо сложной формы магнитных аномалий на суше, которая сильно меняется от района к району, океанические магнитные аномалии во всех океанах имеют регулярный, систематический характер.

      Магнитное поле Мирового океана представляет собой параллельные полосы с чередующимся направлением намагниченности горных пород - оно попеременно то совпадает с направлением современного магнитного поля (прямая намагниченность), то прямо ему противоположно (обратная намагниченность). Эти аномалии протягиваются на тысячи километров, иногда без всяких искажений. Например, в Атлантическом океане они прослеживаются от Исландии до мыса Горн.

      Океанические аномалии имеют большую интенсивность и огромные размеры. Но, пожалуй, наиболее поразительной чертой этих магнитных полос является их зеркальная симметрии относительно срединно-океанического хребта, то есть любая положительная или отрицательная аномалии с одной стороны хребта обязательно имеет своего «близнеца» - с другой. Причем расположены аномалии-«близнецы» от оси хребта на одинаковом расстоянии.

      Геофизики-магниторазведчики, привыкшие объяснить аномалии магнитного поля особенностями геологического строения и вещественного состава горных пород в районе исследований, были в недоумении: привычные, хорошо разработанные для суши модели и схемы приложительно к океану не «работали». Впрочем, объяснения этого феномена не заставили себя ждать - произошедшая в геологии революция возвела на пьедестал наук о Земле глобальную тектонику литосферных плит. Она и преподнесла магнитологам поистине бесценный дар - возможность исследовать историю геомагнитного поля за все время существования океанов.

      Совместными усилиями палеомагнитологов и морских магнитометристов была создана детальнейшая магнитохронологическая шкала - история инверсий геомагнитного поля за 4 миллиарда лет. Причем достаточно просто беглого взгляда на эту шкалу для того, чтобы заметить, что жизнь магнитного поля Земли - достаточно бурная.

     Магнитные полюса нашей планеты время от времени меняются местами - происходит инверсия магнитного поля. Южный магнитный полюс становится Северным, и наоборот. В такие периоды направление магнитного поля оказывается противоположным современному. Процесс «ротации» полюсов занимает не менее 10 тысяч лет. И, несмотря на огромные достижения магнитологии и геофизики последних десятилетий, причины подобных трансформаций все еще остаются загадкой.

     Впрочем, систематические детальные исследования инверсий позволили высказать предположение о том, что, возможно, существует связь между периодической сменой растительного и животного мира на Земле и циклическими изменениями магнитного поля. Многие исследователи считают, что в период смены полярности магнитное поле весьма существенно ослабевает или даже исчезает вовсе, а Земля в это время остается беззащитной перед потоками космического излучения, которое оказывает колоссальное влияние на биосферу планеты. Наиболее же смелые гипотезы связывают со сменой полярности магнитных полюсов даже появление человека.

      Насколько справедливы те или иные предположения, говорить пока преждевременно. Несомненно, одно - само существование жизни на нашей планете невозможно без магнитного поля, защищающего все живое от губительного воздействия космических излучений.



^ Источник информации - ОКЕАН
     Как только были сформулированы основные постулаты теории литосферных плит, стало ясно, что дно океана - это грандиозный носитель информации об инверсиях магнитного поля за многие миллионы лет. Действительно, согласно тектонике литосферных плит - восходящие конвективные потоки мантии приподнимают литосферу и, раздвигая ее, образуют срединно-океанические хребты, сквозь трещины в которых изливаются базальтовые лавы. Магма же, заполнив трещину в срединно-океаническом хребте, остывает и превращается в кристаллическую горную породу - таким образом, разрастается и постоянно обновляется океаническая литосфера. Ее формирование невозможно без постоянной подпитки расплавами горных пород, поднимающимися из недр Земли. А это значит, что в процессе охлаждения и кристаллизации изверженные расплавы неизбежно «запишут» всю информацию о магнитном поле Земли. Таким образом, дно океана представляет собой гигантский «конвейер», две ленты которого перемещаются с одинаковой скоростью - от оси срединно-океанического хребта к берегам континентов. Так, в Атлантическом океане одна лента конвейера движется от оси Срединно-Атлантического хребта к берегам Американского континента, а вторая - к Европе и Африке. Состоят эти ленты из изверженных горных пород, которые поднимаются из глубин Земли в осевой части хребта сначала в расплавленном состоянии. У поверхности дна океана они, соприкасаясь с морскими водами, затвердевают и начинают свое движение в сторону континентов, причем поднявшийся из глубин блок горных пород раскалывается надвое вдоль оси хребта и каждая из половинок движется к «своему» берегу. Таким образом, расплавленные горные породы, поднимаясь вверх по каналам к трещинам в оси срединно-океанического хребта, остывают и намагничиваются в соответствии с направлением и величиной геомагнитного поля в тот момент. А литосферные плиты разъезжаются от оси срединноокеанического хребта, унося на своих «спинах» свидетельства инверсий геомагнитного поля. Пожалуй, самым важным следствием этой модели явилось осознание того факта, что непрерывная последовательность магнитных аномалий от оси хребта до окраин континента - есть не что иное, как законченная, полная история инверсий геомагнитного поля за все время жизни океанов.

^ Синий, зеленый, оранжевый - участки прямой направленности магнитного поля.
Серый - участки обратной направленности магнитного поля.

Михаил Лейбов 


^ Из истории открытий


      Знакомство человека с удивительными свойствами земного магнетизма состоялось еще на заре исторического времени. Уже в античную эпоху людям был известен магнитный железняк - магнетит. А вот кто и когда определил, что природные магниты всегда ориентируются одинаково в пространстве по отношению к географическим полюсам Земли, точно неизвестно. В китайских трактатах, датированных XII веком до н. э., встречаются фрагменты, которые можно истолковать как свидетельства применения компаса для целей навигации. Первые из известных описаний компаса появились в Китае лишь спустя 23 столетия - в XI, а в Европе еще позже - в XII веке. Первым же достоверным сообщением о магнитном компасе, появившемся в Европе, мы обязаны английскому монаху Александру Некэму. Он около 1187 года описал устройство, состоящее из стрелки, указывающей направление, причем в его компасе стрелка плавала, а не была подвешена на нити. Еще одной важной вехой в истории геомагнетизма является письмо, написанное в 1269 году Пьером де Мерикуром. В этом послании, в частности, говорилось, что природный магнит имеет два полюса и что полюсы эти стремятся установиться вдоль географического меридиана, указывая на полюса Земли - северный и южный. Однако в 1544 году Гартман, пастор из Нюрнберга, установил, что направление на географический и на магнитный полюсы отличаются, причем угол между этими направлениями (склонение) зависит от координат места наблюдений. Следующий важнейший шаг сделал Роберт Норман, открывший еще один параметр геомагнитного поля, а именно - наклонение. Норман обнаружил, что свободно подвешенная стрелка магнита не только устанавливается по направлению магнитных полюсов, но и наклоняется по отношению к горизонтальной плоскости. Благодаря этому наблюдению Норман сделал поистине фундаментальный вывод о том, что источник силы, направляющей стрелку, расположен внутри Земли, а не во вне ее.










Современное местонахождение Северного и Южного магнитных полюсов и их перемещение с 1900 по 2005 год.
      В 1600 году Уильям Гильберт, личный врач английской императрицы Елизаветы I, на основе своих бесконечных опытов, которым он посвятил всю жизнь, пришел к мысли о том, что большим магнитом является сама Земля. XVII столетие ознаменовалось новыми открытиями в области геомагнетизма. И самым замечательным из них можно считать открытие явления «векового хода». Эдмунд Галлей, королевский астроном при Английском дворе, произведя многочисленные повторные измерения склонения как в Лондоне, так и в других пунктах, доказал, что оно подвержено систематическим закономерным изменениям. В XVIII - XIX веках проблемами геомагнетизма занимались такие выдающиеся ученые энциклопедисты, как Гумбольдт, Гей-Люссак, Максвелл и Гаусс. Среди проектов, организованных Гауссом и Гумбольдтом, был, в частности, беспрецедентный по масштабам в истории геомагнетизма «Геттингенский союз». В рамках этого проекта в 50 точках земного шара на протяжении 5 лет (с 1836 по 1841 год) в течение 28 интервалов времени проводились одновременные измерения геомагнитного поля.

      В начале ХХ века, в 1909 году, на воду была спущена плавучая магнитная лаборатория - яхта «Карнеги», принадлежавшая Отделу земного магнетизма Института Карнеги в Вашингтоне. На ней в течение почти 20 лет производились измерения магнитного поля в самых разных точках Мирового океана, а в 1953 году в свой первый рейс отправилась советская немагнитная шхуна «Заря», которая за три десятка лет постоянных экспедиций прошла все океаны, оставив за бортом 350 тысяч морских миль. В 1947 году советским физиком Я.И. Френкелем для объяснения причин возникновения магнитного поля была предложена гипотеза земного динамо, впоследствии развитая и существенно дополненная другими учеными и превратившаяся в стройную теорию происхождения геомагнитного поля. Эпохальным событием в истории магнитологии стало объяснение природы магнитных аномалий океана. Честь этого открытия принадлежит двум ученым - Д. Метьюзу и Ф. Вайну. В своей единственной совместной статье, опубликованной в 1963 году в журнале «Nature» под названием «Магнитные аномалии над океаническими хребтами», они предложили модель, которая объясняла все главные особенности океанических магнитных аномалий с необыкновенной легкостью и изяществом. Эта работа и легла в основу всех современных исследований геомагнитного поля.




     Внешнее магнитное поле Земли - магнитосфера - распространяется в космическом пространстве более чем на 20 земных диаметров и надежно ограждает нашу планету от мощного потока космических частиц. Наиболее же ярким проявлением магнитосферы являются магнитные бури - быстрые хаотические колебания всех компонентов геомагнитного поля. Зачастую магнитные бури захватывают весь земной шар: они регистрируются всеми магнитными обсерваториями мира - от Антарктиды до Шпицбергена, причем вид магнитограмм, полученных в самых отдаленных точках Земли, удивительно схож. Поэтому не случайно такие магнитные бури называют глобальными.

     Амплитуда колебаний магнитного поля во время бури в сотни, а то и в тысячи раз превышает уровень колебаний в «спокойные» дни, однако по отношению к главному (внутреннему) магнитному полю Земли они обычно увеличиваются не более чем на 1-3%. Внешнее магнитное поле - это поле токов, текущих в ионосфере - внешней оболочке атмосферы Земли, расположенной примерно на расстоянии от 100 до 600 км от ее поверхности. Эта оболочка насыщена частично ионизированным газом - плазмой, которая пронизывается геомагнитным полем. Вращение Земли неизбежно приводит к вращению ее газовых внешних оболочек, которые, помимо земного тяготения, испытывают давление солнечного ветра.

^ СТРОЕНИЕ МАГНИТОСФЕРЫ: (1) Солнечный ветер, (2) фронт ударной волны, (3) межпланетное магнитное поле, (4) хвостовая часть магнитосферы, (5) магнитопауза (граница магнитосферы), (6) ночная сторона магнитопаузы, (7) дневная сторона магнитопаузы, (8) точка пересечения силовых линий, (9) ионосфера, (10) захваченные силовыми линиями частицы, (11) сфера плазмы, (12) овал полярных сияний.

(1) Сюрпризом для исследователей стало обнаружение магнитосферы Меркурий. Она была открыта в 1974 году при помощи космического аппарата «Маринер-10». Магнитное поле Меркурия оказалось, правда, весьма слабым - его напряженность на поверхности планеты почти в 100 раз меньше, чем на поверхности Земли, а расстояние, на которое простирается магнитосфера Меркурия, составляет лишь около 2,5 тысячи километров. Хотя, несмотря на свои миниатюрные размеры, меркурианская магнитосфера обнаруживает достаточно много общего с земной.

(2) Следующая за Меркурием Венера не располагает сколько-нибудь заметным магнитным полем. Это стало ясно после многочисленных исследований планеты аппаратами серий «Венера» и «Маринер». Однако у Венеры имеется довольно плотная ионосфера, чье взаимодействие с электрическим полем межпланетного пространства и солнечным ветром создает эффект наведенной магнитосферы.

(3) Спутник Земли - Луна не имеет ни магнитного поля, ни магнитосферы, способной противостоять солнечному ветру. Лунные поверхностные слои обладают весьма низкой электропроводностью, а потому в них не удалось обнаружить и магнитных явлений, связанных с протеканием электрических токов через тело нашего спутника. Тем не менее, магнитометры, оставленные экипажами «Аполлонов», так же как и приборы, размещенные на борту «Луноходов», обнаружили небольшие участки Луны, обладающие высокой магнитной активностью. Связаны такие локальные магнитные явления с вкраплениями в тело Луны намагниченных или хорошо проводящих масс.

(4) Очень слабое магнитное поле у Марса - его едва хватает на то, чтобы остановить поток солнечного ветра. Правда, в отличие от Меркурия Марс обладает еще и ионосферой, и потому магнитосфера Красной планеты сочетает в себе свойства как собственного, так и наведенного магнитного поля.

(5) Единственной планетой, существование магнитосферы которой было предсказано на основе наземных радиоастрономических наблюдений, оказался Юпитер. Анализ мощности и поляризации радиоизлучения, распределения яркости источника позволил не только предсказать сам факт наличия магнитного поля, но и оценить его величину, а также получить информацию о радиационном поясе Юпитера. Полеты аппаратов «Пионер-10» и «Пионер-11» расширили представления о магнитосфере этой планеты. Оказалось, что Юпитер обладает мощным магнитным полем - его магнитный момент в 50 000 раз превосходит магнитный момент Земли, а граница магнитосферы находится на расстоянии около 7 млн. км от поверхности планеты.

(6) Не вызывает сомнений и наличие магнитного поля Сатурн - доказательством тому стали данные, полученные в 1979 году в ходе исследований, использовавших аппарат «Пионер-11». Магнитное поле, замеренное над облачным поясом Сатурна, почти не отличается от магнитного поля на поверхности Земли. Ось вращения Сатурна практически совпадает с его магнитной осью, а форма магнитосферы этой планеты - гиганта обнаруживает гораздо большее сходство с земной, нежели с юпитерианской.

(7) Что касается Урана, то обнаружить магнитное поле этой планеты удалось с помощью аппарата «Вояджер-2», приборы которого зафиксировали крайнюю его переменчивость. Магнитная ось Урана наклонена к оси его вращения более чем на 55% (это больше, чем у любой другой планеты Солнечной системы). Напряженность его магнитного поля достаточно близка к земной, а вот полярность - обратная. Магнитосфера Урана по мере удаления от планеты закручивается в длинную спираль.

(8) Восьмая по удаленности от Солнца планета Нептун также обладает магнитным полем, обнаруженным приборами «Вояджера-2». Оно по некоторым параметрам схоже с урановым, в частности наклон его магнитной оси к оси вращения составляет 47%. Магнитосфера Нептуна сильно вытянута.

(9) Данных по наличию магнитного поля самой удаленной от Солнца планеты - Плутон - пока не существует.





     С момента гениальной догадки основателя магнитологии Уильяма Гильберта, высказавшего предположение о том, что сама Земля является магнитом, прошло уже более 400 лет, но до сих пор человечество смогло выработать лишь более или менее достоверную гипотезу, объясняющую механизм возникновения геомагнитного поля. На сегодняшний день этот механизм наиболее полно описывает модель самовозбуждающегося динамо, «работающего» во внешнем ядре Земли. С развитием геофизических методов исследований появилась возможность по-новому взглянуть на внутреннее строение нашей планеты. В частности, выяснилось, что внешняя оболочка ядра находится в жидком состоянии. Это обстоятельство, по мнению большинства ученых, и является ключом к пониманию природы земного магнетизма. Распад радиоактивных элементов внутри ядра приводит к разогреву его вещества, в то время как внешняя оболочка сохраняет несколько более низкую температуру. Естественно, при этом возникают конвективные потоки - холодные массы с периферии ядра стремятся опуститься к его центру, а им навстречу из глубины ядра поднимается горячее вещество. Вращение Земли по-разному сказывается на скорости движения масс в ядре. Причем на внешней оболочке вещество перемещается быстрее, чем в глубине ядра, поэтому жидкость, поднимающаяся от центра ядра, тормозит его периферийные слои, а нисходящие холодные потоки, напротив, сообщают ускорение внутренним слоям. За счет этого внутренняя часть ядра вращается быстрее внешней и в результате формируется подобие динамо-машины, в которой происходит самовозбуждение электрических токов, создающих магнитное поле нашей планеты.

Михаил Лейбов 







^ Сияние земного щита


     Земной щит от космических бурь - это тонкий слой внешней ионосферы, расположенный на высоте между 300 и 1 000 км, который содержит электрически заряженные атомы. Этот экран поглощает энергию космических возмущений, выбрасывая некоторые свои заряженные частицы в пространство. Но подобная защита достается высокой ценой, поскольку выброшенные частицы, покидая атмосферу, приобретают огромную дополнительную скорость, запираются в магнитом поле Земли и, в конце концов, формируют вокруг планеты горячее плазменное облако.




Последние наблюдения, проведенные с орбитального космического аппарата, показали, что внешний слой земной атмосферы действует, подобно тепловому экрану, поглощая энергию космических штормов и снижая их способность нагревать нижние слои атмосферы. Платой за работу этого щита является создание вокруг нашей планеты облака ионизированного газа, нагретого до миллиарда градусов. Это открытие подтверждает факт, что магнитосфера Земли активно участвует в космических возмущениях.





Эти изображения получены на основе компьютерного моделирования, иллюстрирующего действие экрана, защищающего Землю во время космических бурь. Солнечный ветер (желто-зеленый) взаимодействует с магнитным полем Земли. Когда его частицы пролетают мимо магнитного поля Земли, оно генерирует огромный электрический ток, который нагревает внешние слои ионосферы, и заставляет их испускать в пространство ионы кислорода. Изгнанные частицы (зеленые потоки) получают огромные скорости, когда они покидают атмосферу и становятся пленниками магнитного поля Земли, образуя вокруг нее облако ионизованного газа (красная область сверху). Высокоскоростной поток этих частиц вокруг Земли показан областью голубого цвета в форме бублика. Красные огненные кольца - «полярное сияние».
     Согласно исследованиям, проводимым Стивеном Фюзелером (Центр передовых технологий Локхид-Мартин) и Дональдом Митчеллом (Лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса), приблизительно половина энергии, поставляемой космическими штормами в нашу атмосферу, поглощается именно таким образом.

      Солнечный ветер - это тонкая, высокоскоростная плазма, постоянно испускаемая Солнцем со средней скоростью 400 км/с. Если бы Земля не имела всеобъемлющего магнитного поля, или магнитосферы, солнечный ветер ударял бы прямо в нашу атмосферу, постепенно ее разрушая. Вместо этого солнечный ветер сталкивается с земной магнитосферой, которая направляет его вокруг нашей планеты. Бомбардировка магнитосферы усиливается во время космических бурь, когда вспышки на Солнце создают солнечный ветер необычно высокой скорости или плотности или особо мощные магнитные поля. Поскольку солнечный ветер состоит из заряженных частиц, их быстрое движение мимо магнитного поля Земли генерирует электрический ток (несколько миллионов ампер), который течет к Земле вдоль невидимых магнитных силовых линий и «накачивает» магнитосферу до мощности в триллионы ватт, особенно над полярными областями, где формируются северные и южные полярные сияния.

     Первые результаты, полученные со спутника IMAGE показали, как работает защита Земли: во время вспышек она поглощает электрически заряженные потоки и выбрасывает их в космическое пространство. Фюзелер использовал аппарат LENA (Low Energy Neutral Atom), регистрирующий частицы с низкой энергией, чтобы выяснить, что электрически заряженные атомы кислорода выбрасываются в космическое пространство тотчас в ответ на внезапное увеличение нагрева ионосферы мощными электрическими полями. Во время типичной магнитной бури ионосфера теряет несколько сот тонн вещества. Дальнейшие наблюдения IMAGE показали, какую цену приходится платить за работу этого щита. Ионы кислорода, будучи заряженными частицами, испытывают влияние магнитного поля и захватываются магнитосферой Земли. Под действием солнечного ветра магнитосфера искажается, подобно зонтику во время урагана. В частности, потоки солнечного ветра приводят к тому, что часть магнитосферы, обращенная «от Солнца», приобретает форму вытянутого хвоста. Силовые линии магнитного поля обладают упругостью и под действием солнечного ветра растягиваются, как резиновые ленты. Если натяжение становится слишком большим, эта часть магнитосферы разрывается, и поток частиц из магнитосферы уносится от Земли со скоростью выстрела.

      Митчелл, используя аппарат НЕМА (High Energy Neutral Atom) для высокоэнергетичных частиц, показал, что такие ионы, достигшие гигантских скоростей (4 000 км/с), немедленно проявляются в виде полярных сияний и облаков горячей плазмы, циркулирующих вокруг Земли на время космической бури. Земля поставляет вещество, а солнечный ветер - энергию, которая превращает холодное вещество атмосферы в облака плазмы, нагретые до опасно высоких температур. Горячие облака плазмы могли бы быстро рассеиваться, если бы не вещество, которое постоянно поставляет для них атмосфера Земли. Эта новая точка зрения помогает ученым лучше понять влияние космических бурь, создающих движущиеся облака плазмы, от которых идут помехи в телекоммуникациях и системах навигации, использующих Глобальную спутниковую систему слежения.
^ Астероидная угроза


     Ракетный полигон Уайт-Сэндс в американском штате Нью-Мехико - закрытая военная база - испытательная лаборатория военно-воздушных сил с восемью уставившимися в небо телескопами. Два из них служат целям обороны, но не совсем в обычном понимании этого слова: они "заботятся" не об обороне США, а обо всем человечестве. Ночь за ночью, когда позволяет видимость, ученые исследуют небо в поисках астероидов и комет, которые могут появиться вблизи Земли.

     Они вполне успешно занимаются этим: к началу сентября 2001 года здесь было обнаружено более 700 околоземных астероидов и несколько комет. «С тех пор, как мы в 1998 году взялись за это дело, - с гордостью говорит астроном Грант Стоукс, - 70 процентов "околоземных объектов", замеченных во всем мире, обнаружено нами». Грант Стоукс руководит программой поиска околоземных астероидов (LINEAR), которая объединила лабораторию Массачусетского технологического института по исследованию околоземных астероидов и военно-воздушные силы. Секретом успеха в первую очередь является специальная микросхема, размером десять на десять сантиметров, которая воспринимает уловленный телескопом свет звезд и передает картинку в компьютер. К достоинствам микросхемы относят баснословную скорость передачи снимков. Гораздо больше впечатляет то, что можно увидеть в забитом мониторами кабинете. На экранах переливаются множеством светящихся точек ночное небо над Нью-Мехико, попавшее в объектив телескопа.

     Есть ли среди них околоземные объекты?

     Сотрудник LINEAR Фрэнк Шелли нажатием нескольких клавиш, может с помощью компьютера быстро обнаружить их. «Мы делаем по пять снимков каждой области с промежутком в 30 минут. Компьютер сравнивает фотографии. Все, что за это время осталось на своем месте, а именно далекие неподвижные звезды, он отсеивает". Остаются небесные тела, которые достаточно близко расположены к Земле для того, чтобы их перемещение было заметно на снимках: это искомые околоземные объекты, а также астероиды, которые вращаются вокруг Солнца в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Помеченные зеленым астероиды - как раз из этого пояса, они не представляют опасности для обитателей Земли. А красный означает: «Внимание! Околоземный объект!». Часто это астероид, слишком приблизившийся к Земле, или околоземный астероид. Кометы попадаются гораздо реже.

^ Голливудский Армагеддон и реальная угроза


     "Околоземные астероиды, обычно не несут в себе никакой опасности. Но время от времени, и такое небесное тело может оказаться на слишком близком расстоянии от Земли или даже нестись прямо на нее. У человечества должна быть возможность защитить себя от вероятного столкновения с космическим телом, поэтому мы стремимся, как можно раньше предсказать развитие событий".

     В блокбастере 1998 года "Армагеддон" предотвратить конец света было легко. Исполинский астероид, размером с Техас, несся со скоростью 35 тысяч километров в час к Земле. Всего за 18 остававшихся до катастрофы дней команда специалистов-буровиков прошла курсы космонавтов, освоила космический корабль «Шаттл», пробурила в астероиде дыру глубиной 255 метров и раскола его атомной бомбой на две части. Половинки пролетели мимо Земли, и человечество

было спасено.














^ Визитеры из космоса меняют облик Земли

Долгое время их не замечали и недооценивали; ныне кратеры выглядят предупреждением: астероид может опустошить обширные области, если не предотвратить удар из космоса.








      Такой сценарий не имеет ничего общего с действительностью. Небесные тела, с которыми может столкнуться Земля, существенно меньше чудовища из «Армагеддона», правда, обезопасить их гораздо сложнее, чем описано в фильме.

     Но и более слабые атаки из космоса ставят жизнь на Земле на грань уничтожения. Астероид диаметром всего 10-15 километров небезосновательно обвиняется в том, что 65 миллионов лет назад он уничтожил 75-80 процентов видов животных и растений, в частности динозавров.

     Он пробил кратер диаметром двести километров, одна половина которого расположена на мексиканском полуострове Юкатан, вторая - в Мексиканском заливе. Миллиарды тонн пыли и водяного пара, сажа и пепел от чудовищного пожара затмили солнце на многие месяцы; это могло привести к катастрофическому для всего живого падению температуры на поверхности Земли.

      Даже намного меньшие небесные тела могут нанести значительный ущерб. Так, в 1908 году в атмосфере над Сибирью взорвался астероид или ядро кометы диаметром до 100 метров. Он повалил лес на площади 2200 квадратных километров; погибло несколько человек. Но что бы натворил такой взрыв сравнительно небольших масштабов, если бы он произошел над плотно заселенной территорией?

      Многочисленные кратеры на всех континентах свидетельствуют о том, что Земля на протяжении своей истории постоянно подвергалась бомбардировкам из космоса. Ныне найдено около 150 таких гигантских воронок. Совершенно ясно, что это следы далеко не всех столкновений, которые пережила наша планета. Во многих труднодоступных регионах поиск метеоритных кратеров еще не проводился. Районы падения небесных тел определить очень сложно или практически невозможно из-за деформации земной коры, геологических отложений и эрозии почвы.

     Но главное - чрезвычайно трудно обнаружить следы столкновения в океанах, которые покрывают 70 процентов поверхности Земли. Те немногие кратеры, которые обнаружены к настоящему времени, находятся на плоском шельфе континентов. С уверенностью можно говорить только об одном месте падения небесного тела в водных глубинах - в восточной части Тихого океана, западнее мыса Горн.

     В этом самом районе, как показали исследования, проведенные в 1995 году международной экспедицией на немецком научно-исследовательском судне Polarstern, 2150000 лет назад рухнул обломок астероида размером от одного до четырех километров. Исследователи с Polarstern, "просвечивая" морское дно с помощью эхолотов, обнаружили на нем область длиной более ста километров, испещренную глубокими, в 20-40 метров, бороздами; однако никакого кратера замечено не было. Тем не менее, в придонных осадочных отложениях, осевших в характерной последовательности, были найдены частицы астероида.

     «Благодаря этим находкам, - считает научный руководитель экспедиции Райнер Герзонде из Института морских и полярных исследований имени Альфреда Вегенера, - мы теперь знаем, по меньшей мере, о том, что мы должны искать в глубинах океана».

     Моделирование падения небесных тел в глубины океана показывает, что оно вызывает столь же роковые последствия, что и удары по суше. Огромные массы горячего водяного пара и соли, обломки камней выбрасывались в верхние слои атмосферы; из эпицентра падения расходились гигантские волны. Если после падения небесного тела их высота достигала 20-40 метров, то на берега обрушивались уже двухсотметровые монстры - разрушители.

^ Земля - это мишень в космическом тире


     Тот факт, что с неба на Землю что-то может упасть, европейские ученые долго не могли объяснить. До конца XVIII века падения метеоритов считались обманом зрения. И еще долгие годы, до шестидесятых годов двадцатого века, специалисты искали земное объяснение появлению кратеров, которые сейчас однозначно признаются результатом космических бомбардировок.

     Сегодня, после открытия все новых и новых «шрамов» от космических столкновений, стало совершенно очевидно, что и в будущем человечеству придется считаться с гостями из Вселенной.

     «Земля, - метко заметили американские специалисты по околоземным объектам Дэвид Моррисон и Кларк Чапман, - парит в космическом тире». В начале 1994 года Чапман и Моррисон опубликовали результаты исследования, где попытались определить степень риска для человечества, который исходит из космоса. В своих расчетах ученые преимущественно опирались на данные о Луне, которая, как и Земля, находится под обстрелом. Но в отличие от нашей планеты на Луне следы космических ударов сохраняются миллиарды лет.

     Чапман и Моррисон считают, что в результате падения астероидов раз в 500000 лет на Земле происходит глобальная катастрофа. А исполинские глыбы размером в 10 километров и более, которые по статистике падают каждые 100 миллионов лет, практически не оставляют шансов на выживание ни человеку, ни животному миру. Чапман и Моррисон предсказывают: если такое столкновение произойдет в наше время, погибнет 5 миллиардов человек.

^ Миллионы "хиросим" на Юпитере


     Ученые решили вычислить, какую опасность представляют падения метеоритов различной величины. Оказалось, что наибольшую угрозу несут глыбы средней величины: из-за них за 500 тысяч лет погибло полтора миллиарда человек - 3 тысячи жертв в год.
     Показательно столкновение кометы Шумейкера-Леви-9 с Юпитером в 1994 году. Эта комета состояла из двадцати частей, достигавших полутора километров в диаметре; они напоминали нанизанные на нитку бусы и неслись со скоростью 200 тысяч километров в час. Шесть дней продолжался космический фейерверк, во время которого части кометы одна за другой врезались в Юпитер. Энергия, выделившаяся от того чудовищного взрыва, эквивалентна почти миллиону атомных бомб, сброшенных на Хиросиму.



^ Странники Вселенной
Астероиды: небесные тела, диаметром от 1 до 1000 километров, как и планеты, вращаются вокруг Солнца. Большинство этих преимущественно каменных обломков кружится в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Однако некоторые прорываются сквозь орбиту Марса во внутреннюю относительно орбиты Земли часть Солнечной системы; отдельные тела могут столкнуться с Землей, проходя ее орбиту.
Кометы: малые небесные тела с громадной газовой оболочкой и хвостом, который растягивается на миллионы километров. Ядро состоит из смеси замороженных твердых веществ, воды и газов. Множество комет проникает во внутреннюю часть Солнечной системы и может быть опасно для нашей планеты.

^ Метеоры (падающие звезды): световое явление на небе, которое возникает, когда небольшие частички вещества из космоса сгорают в атмосфере вблизи Земли.
Метеориты: небесные тела из камня или железа, или того и другого, которые упали на поверхность Земли. По большей части - обломки астероидов.
^ Potentially Hazardous Asteroids: "потенциально опасные астероиды", небесные тела диаметром от 150 метров, приближающиеся к Земле ближе, чем на 7500000 километров.
Near-Earth Asteroids: "околоземные астероиды", которые перешли орбиту Марса и оказались на относительно близком расстоянии от Земли.
^ Near-Earth Comets: "околоземные кометы", находящиеся внутри орбиты Марса.
Earth-Crossing Objects: "пересекающие земную орбиту объекты", астероиды или кометы, орбиты которых пересекаются с земной.

До сих пор на суше обнаружено более 150 кратеров космического происхождения. Но это только часть постигших Землю ударов падающих небесных тел. Существенно больше астероидов и комет "бомбило" за сотни миллионов лет акваторию Мирового океана.


^ Астероиды и кометы


     Астероиды, так же как и кометы, - свидетели того времени, когда 4,6 миллиарда лет назад из горячих, вихрящихся облаков газа и пыли возникла Солнечная система. Материя сжималась в планетезимали - небольшие небесные тела, которые потом стали соединяться; из этих "строительных блоков" образовались планеты и их спутники. Но не все планетезимали соединились в небесные тела, некоторые соединения распались, их части уходили в свободный полет.

      Астероиды по преимуществу состоят из камня и железа. Большинство из них вращаются вокруг Солнца - громадной колонной между орбитами Марса и Юпитера. Родина комет, напротив, находится в самой отдаленной области Солнечной системы: в 10 тысяч раз дальше от Солнца, чем пояс астероидов. Их «начинка» - лед и газы, такие, как диоксид углерода и аммиак. Во льду находится множество темных вкраплений - конкреции железа, углеродосодержащих веществ. За это астрономы нередко называют кометы "грязными снежными шарами" или "замороженными помойками".

     Из-за внешних причин астероиды и кометы могут сходить со своих орбит. Астероид может направиться к Солнцу или Земле в результате столкновения с другим телом или под влиянием притяжения Юпитера. Притяжение звезд нередко изменяет орбиты комет.

     Комета, проникшая в Солнечную систему, остается незамеченной до тех пор, пока не пройдет орбиту Юпитера - после этого излучение Солнца начинает превращать лед кометы в пар. Он образует газообразную оболочку, которая светится в лучах солнца и, благодаря солнечному ветру, рассеивается и создает хвост длиной до миллиона километров, нередко видимый с Земли.

     Астероиды практически не видны: они отражают слишком мало солнечного света; поэтому первый из них был открыт лишь в 1801 году. Это была Церера, астероид диаметром 970 километров.

     Прошло почти столетие, прежде чем астрономы обнаружили первый околоземный астероид. Открытия астероидов были случайными до 1973 года, когда двое ученых из США, Юджин Шумейкер и Элеонора Хелин, не начали первыми систематический поиск и изучение околоземных астероидов.

^ Эрос: близкий контакт второго рода


     Эпохальный прорыв в изучении астероидов совершила американская автоматическая межпланетная станция NEAR (Near-Earth Asteroid Rendezvous), за полетом которой пристально следил весь научный мир. Станцию запустили в космос в 1996 году, и через четыре года космический зонд «NЕАR-Шумейкер» приблизился к орбите тридцатикилометрового астероида Эрос и стал вращаться вокруг нет. В течение года зонд совершал облет Эроса на различных высотах и посылал на Землю многочисленные данные и сенсационные снимки испещренной кратерами поверхности астероида. После выполнения своей миссии зонд мягко приземлился на поверхности Эроса. Некоторые ученые относят этот астероид к планетезималям; возможно, что когда-нибудь он станет составной частью новой планеты.




     Астероиды - тела неправильной формы, поверхность их усеяна множеством вмятин и кратеров в результате бесчисленных столкновений. До сих пор только некоторые из этих летящих во Вселенной осколков творения были исследованы с помощью радиотелескопов или космических зондов, но каждый раз небесные тела преподносили сюрпризы. Например, «NEAR-Шумейкер» обследовал по дороге к Эросу Матильду, астероид размером 50 на 50 на 70 километров. Оказалось, что вес Матильды вполовину меньше расчетного - внутри нее должно быть множество полостей. Так было установлено, что Матильда - это груда сцепившихся между собой огромных камней, которые держит вместе только слабое притяжение: такие образования часто встречаются среди астероидов.

^ Матрица против космических пришельцев


     С конца восьмидесятых годов вперед в поиске околоземных объектов вышла команда Аризонского университета. Его сотрудники Том Герелс и Роберт Мак-Миллан заменили повсеместно использовавшиеся тогда в телескопах фотопластины полупроводниковым сенсором, ССD-матрицей, которая превращала поступающий свет в электрические импульсы и передавала информацию на компьютер.

     Эта технология была усовершенствована в конце девяностых годов при осуществлении проекта LINEAR. Руководитель проекта Грант Стоукс разрабатывал для ВВС США систему для слежения за искусственными спутниками и космическим мусором, когда в середине девяностых ему пришла в голову мысль, что, вооружившись точно таким же оборудованием, можно находить астероиды и кометы. ВВС присоединились к проекту.

^ Пока еще они промахиваются


     Когда ночь опускается на Нью-Мехико, в лаборатории расчехляют телескопы. Всей остальной работой управляет компьютер: направляет телескопы на определенные заранее участки неба и анализирует полученные снимки. «Данные направляются в Центр по изучению малых планет в Кембридже, - говорит Стоукс. - Там регистрируются все астероиды и кометы; центр - официальное место сбора сообщений ученых и астрономов-любителей со всего мира». К концу сентября 2001 года Центр зарегистрировал 1505 околоземных объектов: 1462 астероида и 43 кометы. Из них свыше пятисот астероидов - диаметром более километра, и столкновение с ними, несомненно, могло бы иметь тяжкие последствия для всего человечества.

     Опасность коллизии существует постоянно. В июне 2000 года в пятистах тысячах километров от Земли прошел астероид 2000 LG6-камень диаметром в 4-9 метров. Еще раньше был открыт астероид 1994 ХМ1, который пролетел в 105 000 километров от нашей планеты. Но самая большая «бомба» - астероид 1937 UB, который носит имя посланца богов Гермеса. В октябре 1937 года он пролетел примерно в 800 000 километров от Земли. После этого астрономы потеряли его след. Возможно, что потенциально опасный Гермес уже много раз оказывался поблизости. В 1998 году тревога впервые охватила весь мир. Руководитель Центра по исследованию малых планет Брайан Марсден сообщил прессе: не исключено, что астероид 1997 XF11 радиусом около километра в 2028 году столкнется с Землей. Но дальнейшие исследования показали, что на самом деле астероид пройдет в миллионе километров от нас.





Модель "солнечного паруса", предназначенного для того, чтобы убрать астероид или комету с опасного для Земли курса. Но, как известно, было уже две попытки запуска солнечного паруса (одна в этом году) и обе провальные.
^ Атомная бомба: ее взорвут над, под или на поверхности астероида; возникшая реактивная сила уводит его от Земли.
Лазерный обстрел: поверхность летящего к Земле тела приводится в газообразное состояние.
Двигатель: на астероиде устанавливают пригатели, работающие на химическом или ядерном топливе, которые меняют курс.
^ Солнечный зайчик: с помощью многокилометрового зеркала на поверхности кометы концентрируются солнечные лучи и превращают ее в пар.
Но из перечисленного ясно: что все это неосуществимо современной технологией.
     В ноябре 2000 года было сообщено о возможности падения астероида 2000 SG344 на поверхность Земли в конце сентября 2030 года. Вероятность - 1 к 500. Вслед за этим сообщением сразу последовало опровержение: опасности катастрофы в 2030 году нет, но существует риск столкновения 1 к 1000 16 сентября 2071 года. Что произошло? Один охотник за астероидами обнаружил этот объект на старых снимках, которые дали возможность более точно рассчитать его орбиту.

      Скептики тогда недоумевали: неужели нельзя было немного подождать с оповещением? Ученые оправдывались: по существующим правилам мировая общественность должна быть поставлена в известность о подозрительных объектах в течение 72 часов с момента подтверждения полученной астрономами информации.

     Даже после тщательных расчетов можно говорить только о большей или меньшей степени вероятности столкновения - абсолютное подтверждение, к сожалению, можно получить только незадолго до катастрофы. В доказательство этого тезиса ученые на компьютере смоделировали ситуацию, при которой астероид летит прямо на Землю. За 60 дней до столкновения еще сохраняются шансы, что встреча не состоится и панику поднимать не стоит. И только за несколько дней до часа «Х» выясняется, что катастрофа неизбежна. Многочисленные ложные тревоги принесли плоды: NASA стало проводить больше исследований, средств на поиск околоземных объектов стало выделяться больше, а главное - ученые всерьез задумались над тем, как предотвратить возможную катастрофу.

     Для принятия защитных мер требуется время - эксперты говорят о десятилетиях подготовки: ведь для того чтобы «сбить» астероид или комету, нужно отправить в космос огромный груз. Простое расщепление приближающегося к Земле небесного тела, которое применили герои фильма «Армагеддон», абсурдно: слишком велик был бы риск того, что части астероида все равно достигнут нашей планеты. Необходимо разбить незваного гостя на такие мелкие куски, которые, не причинив никакого вреда, неминуемо сгорели бы или взорвались в атмосфере. Но наряду со считающейся уже традиционной техникой разделения американские ученые предложили новую оригинальную методику - стрельбу по астероиду снарядами из тяжелого металла типа вольфрама, соединенными между собой прочными волокнами в сеть. С помощью такой своеобразной "мясорубки" объект диаметром 200 метров можно раскрошить на метровые обломки, которые сгорят при входе в атмосферу. Но наиболее предпочтительным большинству специалистов представляется сегодня метод перевода виновника потенциальной катастрофы на безопасную орбиту; ведь в случае с крупными космическими объектами это - единственная возможность предотвратить столкновение. Главная трудность такого метода в том, как обеспечить необходимое количество энергии для изменения орбиты небесного тела.

     Очевидно, что чем раньше начнется маневр, тем меньшее понадобится изменение курса и, значит, меньшее количество энергии. И все-таки топлива, которое может переправить к астероиду весь существующий космический "флот", хватило бы только на то, чтобы "сдвинуть" небольшое небесное тело диаметром до сотни метров. Возможности современной науки пока не позволяют реализовать другие идеи, которые выдвигают "космические охотники".

     К ним относится, например, предложение использовать энергетический потенциал соединения вещества и антивещества; не менее фантастичным выглядит метод изменения гравитации с помощью создания сильного магнитного поля. Кажется, что не ученым, а писателям-фантастам принадлежит замысел использовать гипотетические субстанции - так называемых "поедателей" («eaters»), - которых нужно поместить на околоземный объект, чтобы они биологическими, химическими или механическими способами превратили его в груду мусора.

^ Из пушки по комете - это реально


     Тем не менее, первая действительно реальная акция, которую осуществило NASA в июле 2005 года, выглядит довольно простой. Автоматическая космическая станция Deep Impact, старт которой произошел в январе 2004 года, после полуторагодового полета достигла маленькой кометы Р/Тетреl-1 и выстрелила в нее снарядом из меди весом в 500 килограммов. От удара комета незначительно изменила курс, а на ее поверхности образовался кратер.

     Официально речь идет об исследовании состава кометы. Однако менеджер проекта Deep Impact Брайан Мурхед из лаборатории реактивного движения не скрывает, что кроме этого все хотели бы получить данные о том, что в реальности можно сделать с угрожающим Земле небесным телом.

Луна



^ Взгляд на космос
Особенности "поведения"


     Луна – это, пожалуй, единственное небесное тело, в отношении которого с древнейших времен ни у кого не было сомнений, что оно движется вокруг Земли. Во II в. До н.э. Гиппарх определил наклон лунной орбиты к плоскости эклиптики и выявил ряд особенностей движения Луны. Он создал весьма совершенную для своего времени теорию ее движения, а также теорию солнечных и лунных затмений.


Название:

Луна

Диаметр:

3474 км

Масса:

7,34x1022 кг

Плотность:

3340 кг/м3

Период вращения:

27,3 суток

Ср. расстояние от Земли:

0,00257 а.е.

Период обращения:

27,3 суток

Эксцентриситет орбиты:

0,055

Наклон орбиты:

5,15°
     Теорию движения Луны вокруг Земли значительно развил александрийский астроном Клавдий Птолемей (II в.), посвятивший ей одну из книг своего капитального сочинения «Альмагест». В дальнейшем эта теория неоднократно совершенствовалась и уточнялась, а после открытия Исааком Ньютоном закона всемирного тяготения, управляющего движением всех небесных тел (1687 г.), из чисто кинематической (описывающей геометрические свойства движения) она становится динамической (рассматривающей движение тел под действием приложенных к ним сил).

     Если рассматривать обращение вокруг Солнца какой-нибудь планеты (например, Марса), то основной силой, направляющей ее движение, является притяжение Солнца. Влияние других планет во много раз слабее солнечного, потому что их массы в тысячи, десятки и сотни тысяч раз меньше массы Солнца. Дополнительные ускорения, сообщаемые Марсу притяжением других планет (Земли, Венеры, Юпитера), очень малы, и их можно рассматривать каждое в отдельности, а затем сложить.

     Другое тело Луна. Для построения сколько-нибудь точной теории ее движения приходится учитывать притяжение, как Земли, так и Солнца. Из-за эллиптичности земной орбиты воздействие Солнца изменяется в течение года, а из-за движения Луны по орбите – еще и в течение месяца. Кроме того, плоскости лунной и земной орбиты не совпадают, хотя и наклонены друг к другу под небольшим углом (5°9’). Вот далеко не полный перечень сложностей, встающих перед исследователями. Поэтому не удивительно, что построение точной теории движения Луны было одной из труднейших задач небесной механики на протяжении столетий.

     Сегодня параметры лунной орбиты известны с высокой точностью. Полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 27,32166 суток (сут.) или 27 сут. 7 ч 43 мин. Это ее звездный, или сидерический, месяц (период движения Луны на небе относительно звезд).

     Период смены лунных фаз, или синодический месяц, на двое с лишним суток длиннее сидерического – 29, 530588 суток, или 29 сут. 12 ч 44 мин.

     Астрономы различают еще драконический и аномалистический месяцы. Драконический месяц – это период обращения Луны относительно узлов ее орбиты, т.е. точек пересечения ею плоскости эклиптики. Он играет важную роль при предвычислений солнечных и лунных затмений. Аномалистический месяц – это период обращения Луны относительно перигея, ближайшей к Земле точке ее орбиты. Длительность драконического месяца – 27,21 суток, или 27 сут. 5 ч 5 мин; аномалистического – 27 сут. 13 ч 18 мин.

     Из этих чисел видно, что драконический месяц короче сидерического, а аномалистический, наоборот, длиннее его. Это связано с тем, что линия узлов лунной орбиты медленно поворачивается навстречу движению Луны, совершая полный оборот за 18,6 года, тогда как большая ось лунной орбиты поворачивается в ту же сторону, куда движется Луна, с периодом 8,85 года. Причину этих движений объяснил Ньютон: все дело оказалось в Солнце.

     Солнце вызывает еще целый ряд периодических возмущений в движении Луны. По традиции, идущей еще со времен Птолемея, их называют неравенствами, хотя смысл этого понятия (отклонения от невозмущенного движения) совсем иной, чем в математике.

     Астрономы давно уже прозвали систему Земля – Луна двойной планетой. Ведь не только Луна обращается вокруг Земли, но и Земля под действием притяжения Луны описывает небольшую орбиту вокруг их общего центра масс. Только эта орбита в 81 раз меньше, чем лунная. Центр масс системы Земля – Луна находится внутри Земли, на расстоянии 4750 км от центра планеты. И все же это небольшое движение Земли астрономы учитывают при точных расчетах.

^ Лунная карта


     Даже невооруженным глазом на диске Луны видны темные пятна различной формы, напоминающие кому лицо, кому двух людей, а кому зайца. Эти пятна еще в XVII в. стали именовать морями. В те времена полагали, что на Луне есть вода, а значит, должны быть моря и океаны, как на Земле. Итальянский астроном Джованни Риччоли присвоил им названия, употребляемые и по сей день: Океан Бурь, Море Дождей, Море Холода, Море Ясности, Море Спокойствия, Море Изобилия, Море Кризисов, Залив Зноя, Море Облаков и др. Эти топонимы отражали давнее и совершенно неправильное представление, будто Луна влияет на земную погоду. И в названии "Море Кризисов" подразумевались резкие изменения погоды, а вовсе не экономические кризисы.





     Более светлые области лунной поверхности считалось сушей.

     Уже в 1753 г. хорватский астроном Руджер Бошкович доказал, что Луна не имеет атмосферы. При покрытии ею звезды та исчезает мгновенно, а если бы у Луны была атмосфера, звезда меркла бы постепенно. Из этого следовало, что на поверхности Луны не может быть жидкой воды, так как при отсутствии атмосферного давления она бы немедленно испарилась.

     Еще Галилей открыл на Луне горы. Среди них были и настоящие горные хребты, которым стали давать названия земных гор: Альпы, Апеннины, Пиренеи, Карпаты, Кавказ. Но встречались на Луне и особенные горы - кольцевые, их именовали также кратерами или цирками. (Греческое слово "кратер" означает "чаша") Постепенно название "цирк" сошло со сцены, а термин "кратер" остался.

     Риччоли предложил давать кратерам имена великих ученых древности и Нового времени. Так появились на Луне кратеры Платон, Аристотель, Архимед, Аристарх, Эрастофен, Гиппарх, Птолемей, и др. Не забыл Риччоли и самого себя. Наряду с этими известнейшими именами есть и такие, которых сегодня не найти ни в одной книге по астрономии, например Аристилл, Автолик, Лангрен, Теофил. Но тогда, в XVII в., этих ученых знали и помнили.

     при дальнейшем изучении Луны к названиям, данным Риччоли, добавились новые. На более поздних картах видимой стороны Луны увековечены такие имена, как Дарвин (Джордж Дарвин, создавший первую теорию происхождения Луны), Лаграндж и др.

     После того как советские автоматические межпланетные станции серии "Луна" сфотографировали обратную сторону Луны, на ее карте были нанесены кратеры с именами отечественных ученых и покорителей космоса.

^ Светлые лучи лунных кратеров


     Со времени первых телескопических наблюдений Луны астрономы обратили внимание на то, что от некоторых лунных кратеров строго по радиусам расходятся светлые полосы, или лучи. Центрами светлых лучей являются кратеры Коперник, Кеплер, Аристарх. Но самую мощную систему лучей имеет кратер Тихо: некоторые из его лучей протянулись на 2000 км.

     Что за светлое вещество образует лучи лунных кратеров? И откуда оно взялось.

     В 1960 г., когда не был еще завершен спор о происхождении самих лунных кратеров, российские ученые Кирилл Петрович Станюкович и Виталий Александрович Бронштэн, оба горячие сторонники метеоритной гипотезы их образования, предложили следующее объяснение природы лучевых систем.

     Удар крупного метеорита или небольшого астероида о поверхность Луны сопровождается взрывом: кинетическая энергия ударяющего тела мгновенно переходит в тепло. Часть энергии затрачивается на выброс лунного вещества под разными углами. Значительная часть выброшенного вещества улетает в космос, преодолевая силу притяжения Луны. Но вещество, выброшенное под небольшими углами к поверхности и с не очень большими скоростями, падает обратно на Луну. Эксперименты с земными взрывами показывают, что выбросы вещества происходят струями. А поскольку таких струй должно быть несколько, получается система лучей.

     Но почему они светлые? Дело в том, что лучи состоят из мелко раздробленного вещества, которое всегда светлее, чем плотное вещество того же состава. Это установили опыты профессора Всеволода Васильевича Шаронова и его сотрудников. И когда первые астронавты ступили на поверхность Луны и взяли вещество лунных лучей для исследования, эта гипотеза подтвердилась.
^ Обитаема ли Луна? – из истории
Очерк Н. Толстого


     Вопрос об обитаемости нашей спутницы давно занимал ученых. Ведь Луна наша ближайшая соседка, расстояние до нее, всего 30 земных диаметров, ничтожное в сравнении даже с ближайшими планетами, Венерой и Марсом. И потому, если она обитаема разумными существами, то с ней легче всего войти в сношения земным обитателям.

     Известный французский астроном, Камилл Фламмарион уже двадцать пять лет изучает нашу соседку. Он открыл на ней и описал такие явления, которые до него не замечались никем, и которые как будто оправдывают предположения об ее обитаемости. Двадцать лет назад этот вопрос был разрешен в отрицательном смысле. Чтобы Луна могла быть обитаема живыми существами, необходимо две вещи: чтобы на Луне была атмосфера и вода. Между тем никаких признаков ни атмосферы, ни воды на Луне не замечалось. Во время солнечного затмения не видно, чтобы лучи солнца преломлялись через ее атмосферу.

     Когда Луна проходит перед звездами и затмевает их, звезды гаснут и появляются сразу, а не изменяются в блеске постепенно, как было бы, если б их луч прорезал атмосферу. На Луне не заметно облаков, как на Венере; ни ледяного покрова на полюсах, как на Марсе. Вид Луны даже в сильнейшие телескопы, приближающие ее поверхность: нашему глазу на расстояние сорока километров, представляется мертвым. Полночный мороз температуры междупланетного пространства, продолжающийся 15 земных дней и чередующийся с пятнадцатидневным же периодом дневного зноя, не допускает, по-видимому, мысли об обитаемости лунной поверхности. И вот Фламмарион, который всю жизнь держался этого мнения, вдруг выступает открыто противником этой теории и создает новую, восстановляющую репутацию Луны, как вполне пригодной для органической жизни и обитаемой планеты!

     Фламмарион нашел на Луне и воздух и влагу. Вот ход его доказательств, строго проверенных двадцатипятилетним неусыпным наблюдением. Во время последнего солнечного затмения, видимого в позапрошлом году в Париже, впервые было обнаружено весьма интересное явление. Затмение было не вполне полное и не вполне кольцеобразное, но среднее между ними, получившее название зернистого. В тот момент, когда центр солнца и луны совпал с лучом зрения, диск солнца просвечивал через низменные части горизонта луны, тогда как гористые - затмевали его края совершенно.

     Вот в этих-то низменностях Фламмарион и обнаружил атмосферную рефракцию света, которая подтвердилась и при наблюдении над затмением звезд лунным диском. Если звезда скрывалась за гористым краем диска, она исчезала мгновенно. Но в тех, весьма редких, случаях, когда луч звезды проникал сквозь глубокое ущелье, в момент затмения звезда сперва блекла, а затем уже пропадала из виду.

     Это явление замечалось астрономами и прежде и некоторые на основании этих наблюдений даже высказывались о том, что на Луне есть воздух, но так как их наблюдения не могли быть проверены, и, что еще хуже, были опровергаемы другими учеными, одновременно делавшими наблюдение, то на их голос никто не обращал внимания. Фламмарион же доказал, что в то время, как один наблюдатель видит звезду заходящую за край Луны через ущелье, другой наблюдатель, находящийся в каких-нибудь ста верстах от первого, этого луча, конечно, не видит и для него звезда скрывается в обыкновенных условиях. Таким образом, факт существования на Луне атмосферы может считаться отныне установленным.

     Но это еще не все. Фламмарион наблюдал за цирком своего имени и за соседними с ним и обнаружил замечательное явление. Когда на Луне начинается день, продолжающийся 14 земных суток, кратер Фламмариона имеет белесоватый оттенок, который образует яркое пятно на фоне лунного диска. С каждым последующим днем это пятно уменьшается и совершенно исчезает к полнолунию, т.е. когда для Луны полдень. Что это означает? Фламмарион отвечает: это значит, что на поверхности Луны есть влага, которая ночью замерзает и под лучами солнца испаряется.

     А раз есть воздух и вода, то не только возможно, но обязательно должна быть органическая жизнь, а если есть растения, то должны существовать и животные.

     Почему же мы не замечаем на Луне жизни? По той же причине, по которой с верхушки горы или с аэростата, поднявшегося всего на какие-нибудь 4 километра над земною поверхностью, на последней не замечается никаких признаков жизни. Правда, можно наблюдать пожары и извержения вулканов, но оказывается, что последние неоднократно наблюдались и на Луне.

     Но как согласовать жизнь с резкими переменами температуры на лунной поверхности? На это ученые отвечают различно. Во-первых, если Луна не вполне остывшее тело, как и Земля, то она имеет свою собственную теплоту, которая достаточна для того, чтобы поддержать жизнь во время 14-дневной ночи. Во-вторых, накаляемая солнечными лучами, Луна поглощает больше тепловых лучей, чем отдает их в пространство. В-третьих, жизнь там должна быть приспособлена к резким колебаниям температуры.

     Впрочем, некоторые ученые предполагают, что жители Луны, если таковые существуют, углубляются в ее недра, где температура более постоянна и где, несомненно, есть воздух. А что в эти недра можно проникнуть, видно из того, что вся поверхность Луны усеяна кратерами угасших вулканов и расселинами.

     Итак, вопрос об обитаемости нашей соседки решен в положительном смысле, но вопрос о том, населяют ли существа разумные - требует еще наблюдений.

19, 1914 г.


^ Вращение Луны
     Иногда приходится слышать мнение, будто Луна совсем не вращается, потому что она обращена к Земле одной стороной. На самом деле это не так. Если наблюдать Луну не с Земли, а с другой планеты, то можно заметить ее вращение. Просто время оборота Луны вокруг своей оси в точности соответствует сидерическому месяцу.

     Такое положение установилось за миллиарды лет эволюции системы Земля - Луна под действием приливов в лунной коре, вызываемых Землей. Поскольку Земля в 81 раз массивнее Луны, ее приливы примерно в 20 раз сильнее тех, которые Луна вызывает на нашей планете. Правда, на Луне нет океанов, но ее кора подвержена приливному воздействию со стороны Земли, так же, как земная кора испытывает приливы от Луны и Солнца. Поэтому если в далеком прошлом Луна вращалась быстрее, то за миллиарды лет ее вращение затормозилось.

     Между вращением Луны вокруг оси и ее обращением вокруг Земли есть существенное различие. Вокруг Земли Луна обращается по законам Кеплера, т.е. неравномерно: близ перигея быстрее, близ апогея медленнее. Вокруг оси же она вращается совершенно равномерно. Благодаря этому иногда можно немного "заглянуть" на обратную сторону Луны с востока, а иногда - с запада. Такое явление называется оптической либрацией (от лат. libratio - "качение", "колебание") по долготе. А небольшой наклон лунной орбиты к эклиптике дает возможность временами "заглядывать" на обратную сторону Луны то с севера, то с юга. Это оптическая либрация по широте. Обе либрации, вместе взятые, позволяют наблюдать с Земли 59% лунной поверхности. Оптическую либрацию открыл Галилео Галилей в 1635 г., уже после осуждения католической инквизицией.


^ Особенности "строения" - поверхность


     Как образовались лунные кратеры? Этот вопрос стал причиной длительной дискуссии, с легкой руки испанского астронома Антонио Палюзи - Бореля получившей название "столетней войны". Речь идет о борьбе между сторонниками двух гипотез происхождения лунных кратеров: вулканической и метеоритной.

     Согласно вулканической гипотезе, которую выдвинул в 80-х гг. XVIII в. немецкий астроном Иоганн Шретер, кратеры возникли в результате грандиозных извержений на поверхности Луны. В 1824 г. его соотечественник Франц фон Груйтуйзен предложил метеоритную теорию, объяснявшую образование кратеров падением метеоритов. По его мнению, при таких ударах происходит продавливание лунной поверхности.

     Лишь через 113 лет, в 1937 г., российский студент Кирилл Петрович Станюкович (будущий доктор наук и профессор) доказал, что при ударах метеоритов с космическими скоростями происходит взрыв, в результате которого испаряется не только метеорит, но и часть пород в месте удара. Взрывная теория Станюковича разрабатывалась в 1947-1960 гг. им самим, а потом другими исследователями.

     Полеты к Луне, начиная с 1964 г. американских космических аппаратов серии "Рейнджер", открытие кратеров на Марсе и Меркурии, а затем на спутниках планет и астероидах подвели окончательный итог в этой "столетней войне", продолжавшейся не 100 лет, а гораздо дольше. Метеоритная теория теперь является общепринятой.

     В 1811 г. французский астроном Франсуа Араго открыл поляризацию света, отражаемого Луной. Это означало, что лунная поверхность должна быть покрыта слоем тонко раздробленного грунта. В морях поляризация была сильнее, чем на материках.

     В 1918 г. российский ученый Николай Павлович Барабашов, изучая зависимость яркости лунных образований от угла падения солнечных лучей, обнаружил странное обстоятельство. Каждый участок лунной поверхности достигает максимальной яркости не тогда, когда Солнце стоит над ним в зените, как следовало ожидать, а в полнолуние, когда отраженный луч идет навстречу падающему солнечному лучу.

     Не сразу астрономы разобрались в причинах подобного явления. Ясные представления о природе лунной поверхности сформировались только в середине XX в. В 50-е гг. было установлено, что лунный грунт действительно мелко раздроблен (очевидно, ударами небольших метеоритов), а такое вещество, как показали теоретические исследования и специальные эксперименты, отражает больше всего света в том направлении, откуда приходит освещающий луч.

     В 1959 г. российская исследовательница Надежда Николаевна Сытинская предложила метеорно-шлаковую теорию формирования лунного грунта. Согласно этой теории, тепло, передаваемое при ударе метеорита наружному покрову - реголиту Луны, расходуется не только на его расплавление и испарение, но и на образование шлаков, которые проявляют себя в цветовых особенностях поверхности Луны.

     Метеорно-шлаковой теории некоторое время противостояла пылевая гипотеза американского астронома Томаса Голда. Он считал, что Луна покрыта толстым слоем пыли, в котором могут утонуть опускающиеся на ее поверхность космические аппараты и сами астронавты. Мягкая посадка на Луну советской автоматической межпланетной станции "Луна-9" 3 февраля 1966 г. полностью опровергла эту точку зрения. В справедливости метеорно-шлаковой теории смогли убедиться американские астронавты Нил Армстронг и Эдвин Олдрин, впервые ступившие на лунную поверхность 21 июля 1969г.

     Еще в XIX в. была измерена температура лунной поверхности, прослежено ее изменение в течение лунных суток, а также во время затмений, когда Луна погружается в тень Земли и лишается при этом солнечного света и тепла. Из-за отсутствия атмосферы в дневные часы (а это 14,7 земных суток) под действием палящих солнечных лучей нагревается до 120-130°С. Ночью же лунное тепло беспрепятственно уходит в мировое пространство и температура падает до -150°С. Нечто подобное наблюдается и во время лунных затмений.

^ Внутреннее строение Луны


     Плотность Луны равна 3340 кг/м3 - как у земной мантии. Это значит, что наш спутник или не имеет плотного железного ядра, или оно очень маленькое. Более детальные исследования получены в результате сейсмических экспериментов.

     Сейсмические исследования Луны начались с курьеза. В самом конце первой экспедиции человека на Луну астронавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин, удалившись на 20 м к югу от лунного корабля, установили сейсмометр - один из двух научных приборов, которые они оставляли на Луну (вторым был кварцевый отражатель для лазерной локации с Земли). Астронавтам следовало очень тщательно установить этот прибор, сориентировав его по сторонам света и по вертикали, поскольку потом уже никто не смог бы подойти к нему, чтобы исправить возможную неполадку. Наблюдения с помощью этого сейсмометра должны были показать, есть ли на Луне современная тектоническая активность, или же это геологически мертвое небесное тело. Как только сейсмометр был установлен, его сразу же включили по команде из Центра управления полетом на Земле. Присутствовавшие в зале Центра управления в предместье техасского города Хьюстона с удивлением увидели, что прибор сразу же начал сообщать о лунотрясениях. Они происходили непрерывно, в виде целой серии последовательных толчков. Однако вскоре стало ясно, что это не было результатом неспокойствия лунных недр - поверхность нашего спутника сотрясали шаги двух астронавтов, удалявшихся от сейсмометра к своему космическому кораблю. Прибор был настолько чувствительным, что мог зафиксировать падение на лунную поверхность камня размером с горошину на расстоянии в 1 км от места расположения сейсмометра.




Астронавт ^ Эдвин Олдрин проверяет точность расположения солнечных батарей первого лунного сейсмометра, только что установленного на равнине Моря Спокойствия в 20 м к югу от посадочной кабины корабля "Аполлон-11". Фото сделано 21 июля 1969 года первым человеком, ступившим на Луну, - Нилом Армстронгом.
     Впоследствии этот сейсмометр сообщил о многочисленных сотрясениях внутри Луны, развеяв тем самым представление о том, что геологическая активность на спутнике давно прекратилась. Оказалось, что сейсмические сотрясения происходят на Луне регулярно, однако они сильно отличаются от землетрясений на нашей планете. Впоследствии на лунной поверхности были оставлены еще четыре сейсмометра. Многолетние наблюдения с их помощью позволили зарегистрировать тысячи лунотрясений, большинство из которых многократно повторялись в одних и тех же очагах. За год на Луне происходит от 600 до 3 000 сейсмических событий. Было выявлено четыре вида лунотрясений - приливные, тектонические, метеоритные и термальные. Приливные сотрясения Луны случаются дважды в месяц, каждые две недели, когда Луна оказывается на одной прямой с Землей и Солнцем, то есть во время полнолуний и новолуний. В эти периоды усиливается действие на Луну приливных сил Земли и Солнца. При расположении этих трех небесных тел на одной линии силы их взаимного влияния друг на друга суммируются, что приводит к возникновению на Луне лунотрясений на глубине 800-1000 км.

     Тектонические лунотрясения происходят при подвижках в неглубоких слоях Луны (100-З00 км). Они случаются реже, чем приливные, и сила их намного слабее.

      Источник метеоритных лунотрясений - взрывы, возникающие во время падений на поверхность Луны метеоритов. Большинство лунотрясений этого типа происходит, когда орбиту Луны пересекает какой-либо из метеорных потоков. Но могут быть и падения одиночных метеоритов.

     Термальные лунотрясения, самые слабые из всех, начинаются с восходом Солнца, когда после продолжительной ночи, длящейся на Луне около 14 земных суток, холодная поверхность начинает резко нагреваться. При этом происходят подвижки грунта на крутых склонах, оползни, осыпи и другие смещения верхнего слоя, приводящие к небольшим содроганиям поверхности Луны.

     Наблюдения, проводившиеся с 1969 по 1978 год, показали, что Луна очень «звучащая» - она продолжает вибрировать после лунотрясений целый час, а иногда и дольше. Такие сотрясения резко отличаются от земных, где колебания поверхности длятся лишь несколько минут. Отсутствие на Луне воды - главная причина длительности колебаний. Наличие в горных породах воды служит на Земле сильным амортизатором, гасящим вибрацию.

     Колебания Луны при сейсмических событиях - слабые и длительные - напоминают тихий протяжный вой, в отличие от сильных, но недолгих колебаний Земли, похожих на громкий резкий вскрик.

^ Несимметричная Луна


     В результате проведенных исследований выяснилось, что наш естественный спутник оказался геологически асимметричным - почти все зарегистрированные сейсмометрами за 8 лет наблюдений лунотрясения произошли на видимой стороне Луны. На обратной же известно всего пять эпицентров лунотрясений, тогда как на видимой стороне их несколько десятков. Подобная же асимметрия наблюдается и в распределении по поверхности Луны основных типов рельефа - морей и материков. Практически все темные участки - лунные моря, находятся только на видимой стороне. Это равнины, сложенные темным материалом - базальтовыми лавами, подобными тем, что встречаются у нас на Среднесибирском плоскогорье. Светлые же участки, называющиеся лунным материком, занимают 2/3 видимой стороны Луны, а моря вкраплены в него отдельными небольшими по площади участками. Лунный материк более древний, чем моря, он сформировался 4,5 млрд. лет назад, а 3 млрд. лет назад наиболее низкие его участки были затоплены базальтами, излившимися из недр Луны. Вулканическая и сейсмическая активность Луны достигала своего пика 3 млрд. лет назад, когда происходили обширные лавовые излияния, создавшие темные базальтовые равнины лунных морей.




^ Красные треугольники - сейсмометры "Аполлон"

Зеленые кружки - очаги тектонических лунотрясений

Синие кружки - очаги приливных лунотрясений
     Энергия, выделяющаяся за год при лунотрясениях, в несколько миллиардов раз меньше той, которой обладают землетрясения. Большая часть этой энергии выделяется на глубинах 600-800 км, то есть у подошвы твердой оболочки Луны - литосферы. Глубже этого слоя вещество находится в частично расплавленном состоянии (астеносфера), а в самом центре Луны может иметься полностью расплавленное небольшое ядро из сернистого железа.

     Основными причинами сейсмической активности Луны являются приливное воздействие Земли и падения крупных метеоритов. Метеоритные лунотрясения могут приводить к обрушениям склонов лунных кратеров до тех пор, пока те не станут достаточно пологими, чтобы на них не образовывались оползни.

     На Луне очень малы потери энергии упругих волн, поэтому сотрясения ощущаются на очень больших удалениях от эпицентра сейсмического события. При этом на Луне амплитуда колебаний намного меньше, чем на Земле. Человек, стоящий на поверхности Луны, даже и не ощутит, что грунт под ним колеблется. А вот вторичные эффекты лунной сейсмической активности могут служить источником опасности для находящихся на Луне людей или приборов. Слабое затухание сейсмических волн может приводить к тому, что на обширных площадях и на больших удалениях от эпицентра возникнут обрушения склонов кратеров или оползни в горных местностях. Астронавты «Аполлона-17» - последней экспедиции на Луну, состоявшейся в 1972 году, - исследовали оползень, образование которого связывают с метеоритным ударом, создавшим 100 млн. лет назад кратер Тихо, расположенный в 2 000 км от места работы экспедиции. Однако вероятность крупных сейсмических событий очень мала. Такие лунотрясения случаются лишь при падениях крупных метеоритов, что происходит чрезвычайно редко.

^ Фонарь для каменных глубин



Кратер Аристарх и долина Штерера - разлом лунной коры. Здесь наиболее часто видно в телескоп свечение газов, выделяющихся из недр Луны
     Изучением землетрясений и причин, их порождающих, занимается сейсмология - наука, название которой происходит от греческого слова «сейсмос», что значит «колебания». Один из основоположников сейсмологии, русский физик академик Голицын, еще в 1912 году образно заметил, что «всякое землетрясение можно уподобить фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренности Земли, позволяя тем самым рассмотреть то, что там происходит». Действительно, почти все современные представления о внутреннем строении нашей планеты основаны на интерпретации сейсмограмм - записей сейсмических волн. Слагающие Землю горные породы обладают определенной эластичностью, но в местах тектонических разломов постепенно накапливаются напряжения, вызываемые действием сил сжатия или растяжения. Когда эти напряжения превышают предел прочности самих пород, происходит резкое смещение слоев в вертикальном или горизонтальном направлении. Обычно оно составляет лишь несколько сантиметров, но при этом выделяется огромная энергия - ведь в движение приходят массы в миллиарды тонн! Мгновенное перемещение масс по разрывам в глубине Земли приводит к возникновению сейсмических волн, вызывающих вибрацию горных пород и образование в них разломов. От очага землетрясения (гипоцентра) сейсмические волны расходятся во все стороны и вызывают сильные колебания поверхности вблизи эпицентра - точки на поверхности планеты, расположенной прямо над очагом. По мере удаления от эпицентра эти колебания затухают. Однако сейсмические волны могут достигать даже противоположной стороны планеты, пройдя через глубинные оболочки - мантию и ядро. Причем через жидкий, расплавленный материал ядра проходят только волны, называемые продольными, они вызывают сжатие и растяжение среды, через которую проходят. Их движение напоминает перемещение червяка, сжимающегося и растягивающегося вдоль продольной оси. Волны другого вида – поперечные - через расплав не проходят, а затухают на границе земного ядра. В этих волнах происходит колебание частиц горных пород перпендикулярно направлениям распространения волн. Такие колебания можно сравнить с движением змеи, извивающейся по поверхности поперек направления движения.

^ Ракетные удары по Луне


     Сами астронавты, чтобы вызвать «просвечивание» лунных недр, умышленно создавали лунотрясения различными способами. Например, астронавты «Аполлона-12» после возвращения на орбитальный корабль сбросили свой лунный отсек с орбиты на поверхность Луны. Астронавты «Аполлона-14» Шепард и Митчелл провели сейсмический эксперимент, в ходе которого взорвали 13 небольших зарядов, расположенных на лунной поверхности. Взрывы таких зарядов, установленных на конце шеста, которым астронавт упирался в лунный грунт, создавали маленькие лунотрясения. Сейсмические волны от них фиксировались установленным неподалеку прибором. Таким образом, были получены сведения о строении лунных недр на глубине в несколько десятков метров. Покидая Луну, несколько экспедиций оставили на ее поверхности гранатометы, которые впоследствии приводились в действие по командам с Земли. Взрывы этих гранат позволили получить представление о строении верхних слоев лунной коры на более значительной глубине, чем взрывы, произведенные самими астронавтами с помощью ручных устройств.

     Падения на Луну четырех лунных модулей кораблей «Аполлон» и пяти последних ступеней лунной ракеты-носителя «Сатурн-V» показали, что мощная материковая кора охватывает всю Луну, не разделяясь, как на Земле, на отдельные континенты, и лишь в некоторых местах она утончается и перекрывается базальтовыми покровами. Под корой до глубины 800 км лежит мантия, в которой, начиная с глубины примерно 100 км, появляются признаки слабой современной активности, проявляющиеся лунотрясениями. Глубже 800 км, по-видимому, появляется существенное количества расплава, который не пропускает поперечные сейсмические волны. Эпицентры лунотрясений складываются в два широких размытых пояса, не совпадающих с поясами темных морей.

^ Теории происхождения Луны


     За последние 120 лет были выдвинуты три гипотезы происхождения нашего спутника. Первую предложил в 1879 г. английский астроном и математик Джордж Дарвин, сын известного естествоиспытателя Чарльза Дарвина. Согласно этой гипотезе, Луна отделилась когда-то от Земли, пребывавшей в то время в жидком состоянии (такие представления о прошлом Земли господствовали в конце XIX в.). Изучение эволюции лунной орбиты действительно указывало на то, что некогда Луна была гораздо ближе к Земле, чем теперь.

     Изменение взглядов на прошлое Земли и критика гипотезы Дарвина российским геофизиком Владимиром Николаевичем Лодочниковым заставили ученых, начиная с 1939 г., искать другие пути образования Луны. В 1962 г. американский геофизик Гарольд Юри предположил, что Земля захватила уже готовую, сформировавшуюся Луну. Однако помимо весьма малой вероятности такого события против гипотезы Юри говорило сходство состава Луны и земной мантии.

     В 60-е гг. российская исследовательница Евгения Леонидовна Рускол, развивая идеи своего учителя, математика Отто Юльевича Шмидта, построила теорию совместного образования Земли и Луны как двойной планеты из облака допланетных тел, окружавшего когда-то Солнце. Эту теорию поддержали многие западные ученые. По мнению австралийского геофизика Эдварда Рингвуда, много занимавшегося проблемой происхождения Луны, из всех гипотез, созданных до запуска космических аппаратов серии "Аполлон", только модель Рускол не имеет серьезных недостатков. Разработка ее продолжается...

Георгий Бурба, кандидат географических наук 


^ Лунная минералогия
     Экспедиции американских астронавтов на Луну (1969-1972 гг.), посадки советских автоматических станций «Луна-16, -20 и -24» (1970-1976 гг.), доставлявших на Землю лунный грунт, - эти замечательные эксперименты привели к возникновению новой науки - лунной минералогии. Лунные минералы попали в руки специалистов, стало возможным сравнивать их строение и состав с земными минералами и метеоритами.

     Прежде всего, по содержанию радиоактивных изотопов был определен возраст лунных пород. Древнейшие из них, как показало исследование уран-свинцовым методом, образовались 4,46 млрд. лет назад. Близкие результаты дало применение стронциевого метода. Но ведь почти таков же (4,6 млрд. пет) возраст древнейших горных порол Земли и метеоритов. Значит, именно тогда, около 4,5 млрд. лет назад, сформировалась Солнечная система, в том числе Земля, Луна и те тела, осколки которых прилетают к нам в виде метеоритов. Анализ лунных минералов позволил понять, в чём состоят различия между материками и морями на Луне. Выяснилось, что моря покрыты вулканическими породами, в основном базальтами. Они имеют округлую форму, ровную поверхность, об относительной молодости которой говорит не только радиоактивный анализ, но и сравнительно малое число кратеров, образованных ударами крупных метеоритов. Все это показывает, что «моря» - результат грандиозных лавовых излияний из недр Луны, вызываемых ударами о её поверхность небольших астероидов.

     Таким образом, когда-то лунные моря были настоящими морями, только не водными, а лавовыми. Радиоактивный анализ показал, что большинство из них (Море Паров, Море Ясности, Море Спокойствия, Океан Бурь) образовалось 4 млрд. лет назад. Несколько моложе Море Дождей: со времени его возникновения прошло 3,87 млрд. лет. Вероятно, в этот период на Луну выпадали остатки того роя тел, из которого сформировались Земля и Луна.
  1   2   3   4   5   6



Скачать файл (6039.2 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации