100 великих загадок астрономии - Александр Викторович Волков

Четвертого июля 2005 года, во время обстрела кометы Темпеля-1 автоматическим зондом «Deep Impact», ученые впервые заглянули внутрь кометы. Сразу после удара над ней поднялись беловатые клубы газов, а затем и облако взвихренной пыли. Всего, по оценке экспертов, она потеряла в тот день около 1000 тонн вещества. Спектральный анализ показал, что комета Темпеля-1 содержала, например, кристаллические силикаты. Эти соединения образуются при температурах порядка 700–800 °C. Очевидно, они возникли в окрестностях Солнца.

Полгода спустя, 17 января 2006 года, в ходе другого эксперимента зонд «Стардаст» доставил на Землю тысячи крохотных частиц кометы Вильда-2. Впервые со времен лунных экспедиций на нашу планету было привезено внеземное вещество. По своему химическому составу эта комета напоминала другие тела Солнечной системы. Здесь имелись, например, зерна кальция и алюминия. Они тоже образуются лишь при очень высоких температурах, – вероятно, поблизости от Солнца.

Спектральный анализ показал, что комета Темпеля-1　содержала кристаллические силикаты

Подобные находки свидетельствуют о том, что уже 4,6 миллиарда лет назад кометы бороздили нашу планетную систему, снова и снова сближаясь с Солнцем. По-видимому, их активность была обусловлена вихревыми процессами, которые протекали в протопланетном облаке.

Период обращения комет очень разнится. Так, полторы сотни известных науке короткопериодических комет совершают оборот вокруг Солнца за период от трех до 200 лет, удаляясь от него в ту область, где пролегают орбиты планет-гигантов. Например, афелий кометы Вильда-2 (самая удаленная от Солнца точка орбиты) находится близ орбиты Юпитера, а афелий кометы Галлея – по ту сторону орбиты Нептуна.

Период обращения длиннопериодических комет составляет от 200 до нескольких миллионов лет. К из числу относятся появлявшиеся в середине 1990-х годов кометы Хейла-Боппа (период обращения – 4000 лет) и Хиякутаке (около 40 тысяч лет). Теоретически они могут и не возвращаться к Солнцу, а покинуть нашу планетную систему.

Астрономы наблюдали за сотнями комет, но тем не менее загадка их происхождения до конца не раскрыта. Какое-то время родиной всех комет считалось облако Оорта – громадная сфера из пыли, льда и каменных крупиц, окружающее Солнечную систему. В 1950 году нидерландский астроном Ян Хендрик Оорт предположил, что это облако является своего рода «резервуаром комет». Они медленно движутся по обычным для себя орбитам, и лишь из-за внешнего воздействия срываются со своих мест. Что же заставляет их устремляться к Солнцу? Возможно, влияние звезд, оказавшихся поблизости от Солнечной системы? А может, таинственная звезда Немезида?

Гипотеза Оорта хорошо соотносилась с тем, что мы знаем о длиннопериодических кометах, однако не объясняла характер движения короткопериодических комет. Тогда же Джерард Койпер высказал догадку, что в Солнечной системе имеется еще одно «вместилище комет». Оно расположено сразу за орбитой Нептуна. Небольшими темными шарами, лишенными привычного для нас хвоста, кометы проносятся в этой космической дали. Их не разглядеть даже в телескоп, ведь их размер не превышает нескольких километров.

Лишь в 1988 году канадские астрономы путем компьютерного анализа подтвердили, что особенности орбит короткопериодических комет можно объяснить существованием подобного пояса. По их расчетам, там находится от 100 миллионов до 10 миллиардов кометных ядер. Наконец, в начале 1990-х годов астрономам наконец, удалось разглядеть первые объекты из пояса Койпера. Впрочем, небольшие кометные ядра по-прежнему невозможно увидеть в телескопы, но нет никакого сомнения в том, что их там множество.

Ядра комет и теперь еще остаются «белыми пятнами» астрономии. Их строение почти неизвестно ученым. Долгое время они анализировали их состав лишь косвенными методами – методами спектрального анализа света, отраженного кометами.

По мнению американского астронома Фреда Уиппла, опубликовавшего в 1950 году свою теорию «грязных снежков», ядра комет на три четверти должны состоять из водяного льда, а также замерзшего оксида углерода, углекислого газа, метана и аммиака, а еще на четверть – из пыли и камней.

Лишь когда в 1986 году межпланетный зонд «Джотто» приблизился к комете Галлея, переданные им фотографии подтвердили правоту Уиппла. Впервые астрономы увидели, как выглядит ядро кометы. Оказалось, что оно отражает не более 5 % солнечного света, упавшего на него, – даже меньше, чем отражает асфальт. Вся поверхность ядра кометы была покрыта сажей, из-под которой местами вырывались яркие фонтаны испарявшегося льда, увлекавшего за собой пыль.

Плотность пористого кометного ядра, как предположил Уиппл, так мала, что пробить его поверхность можно легким ударом ладони. Что ж, судя по эксперименту, проведенному зондом «Deep Impact», поверхностный слой кометы, пожалуй, даже рыхлее снежной пороши.

В 2014 году состоится еще один важный эксперимент: запланирована посадка европейского зонда «Розетта» на поверхность кометы Чурюмова-Герасименко. Астрономы готовы к любым неожиданностям: к тому, что зонд увязнет в пыли, перемешанной со снегом, или ударится о ледяную гладь.

С некоторых пор кометы интересуют как астрономов, так и геологов. Ведь эти небесные тела, возможно, не только принесли на Землю жизнь (теория панспермии), но и наполнили все впадины на нашей планете водой. Оживленная дискуссия на эту тему вспыхнула в 1981 году, когда в руки ученых попали фотоснимки, сделанные в верхних слоях атмосферы спутником «Dynamics Explorer». Это были потрясающие по качеству фотографии, на которых, впрочем, виднелось множество черных точек. Дефект фотопленки? Совсем иначе рассудил Луис Фрэнк из Айовского университета. По его мнению, камера запечатлела многочисленные космические «снежки», летящие в сторону Земли. Каждый день, по словам Фрэнка, нашу планету обстреливает около 30 тысяч ледяных комет, которые испаряются, попав в атмосферу.

Смелое утверждение! Пожалуй, за миллионы лет эти «снежки» принесли на Землю столько воды, что вся планета покрылась морями и океанами! Впрочем, соотношение изотопов водорода, содержащихся в отдельных кометах, не совпадает с соотношением изотопов водорода в Мировом океане. Быть может, это связано с тем, что химический состав исследованных комет не характерен для раннего периода истории нашей планеты? Поистине, кометы хранят еще так много тайн!

Могут ли микробы перелетать из одной звездной системы в другую?

Проблема возникновения жизни на нашей планете – одна из фундаментальных проблем современной науки. Что если жизнь не зародилась на Земле, а переселилась сюда из космоса? В последние десятилетия все активнее обсуждается гипотеза панспермии – перенос жизни от одного небесного тела к другому. А не могла ли сама Земля после появления на ней живых организмов рассылать их на другие планеты?

Живучесть земных микроорганизмов поражает фантазию. Наблюдения и эксперименты, проведенные в последние годы, показали, что припорошенные пылью или притаившиеся внутри метеорита споры бактерий могут безболезненно перенести даже межпланетное путешествие. Эти организмы, которые мы не задумываясь называем «примитивными», приспосабливаются к любым условиям обитания, какие только можно представить себе. Их шансы выжить значительно выше, чем у других животных, продвинувшихся вверх по лестнице эволюции. «Панспермия скорее и чаще наблюдалась на ранней стадии существования жизни, – пишет американский биолог Питер Уорд, – когда ее формы располагали минимальным геномом и были готовы к самым суровым условиям».

Ни вакуум, ни жуткий холод, царящий в космосе, не вредят этим «бессмертным» микробам. Лишь воздействие ультрафиолетовых лучей они переносят с трудом, но достаточно густой пелены из пыли, чтобы их выживаемость в космическом аду заметно повысилась. Их не страшит и отсутствие пищи: они не гибнут, а, окутавшись плотной оболочкой, впадают в спячку – превращаются в споры. Таким образом, их генетический код сохраняется, чтобы, может быть, начать новую летопись жизни на какой-нибудь пустынной планете, куда упадет их «корабль». Тогда уснувшие микробы возвратятся к жизни.

Во время опытов, проведенных на российских спутниках серии «Фотон», контейнеры со спорами бактерии Bacillus subtilis (сенная палочка) были доставлены на околоземную орбиту и в течение двух недель оставались открытыми, подвергаясь воздействию космических лучей. По возвращении выяснилось, что до 70 % спор выживало, если они были защищены, например, слоями глины и камня. Расчеты показывают, что, оказавшись в расселине астероида, в метре-двух от его поверхности, споры бактерий могут провести без ущерба для себя миллионы лет.

Эксперименты с бактерией Deinococcus radiodurans показали, что та почти не чувствительна к космическому излучению. Ее споры могут выдержать дозы излучения в три миллиона рад, что в тысячи раз выше смертельной дозы для человека. К плаванию в открытом космосе готовы даже отдельные виды многоклеточных животных, например, тихоходки.