100 великих загадок астрономии - Александр Викторович Волков

А можем ли мы узнать, как выглядела Венера в далеком прошлом? Похоже, миллиарды лет назад она и впрямь напоминала нашу планету. Громадные континенты, океаны и моря, действующие вулканы… Это доказывают инфракрасные снимки, сделанные тем же зондом «Венера-Экспресс».

Обширные плато, обнаруженные на Венере, например, Земля Иштар (по размерам она сравнима с Австралией), – это остатки континентов, омывавшихся когда-то океанами. Судя по результатам спектрального анализа, проведенного зондом, на Венере – например, на плато Альфа-Регио – имеются скалы из гранита. Этот материал образуется при медленном застывании лавовых (базальтовых) потоков, унесенных в глубь планеты в результате тектонических процессов и там вступивших в химическую реакцию с водой. Если на Венере действительно есть гранитные породы, это может служить косвенным доказательством того, что в далеком прошлом там, как и на Земле, тоже наблюдалось движение литосферных плит, полагает астроном Нильс Мюллер из Мюнстерского университета. Неужели это так?

Венера и Земля сходны по своим размерам. Однако процессы, протекающие в коре обеих планет, разительно отличаются. Облик земной поверхности определяет тектоника плит. Вновь и вновь на Земле происходят землетрясения, исподволь движутся континенты, вздымаются молодые горы. Поверхность Венеры, наоборот, поразительно неподвижна. Так, может быть, все было когда-то иначе? И если эта догадка верна, то почему движение плит на Венере прекратилось?

Моря принесены на Землю из космоса?

Молодая Земля, как и впоследствии Венера, была планетой поистине адской. Всю ее поверхность покрывал океан раскаленной магмы, в котором лишь кое-где, словно айсберги, вздымались отдельные острова, объятые со всех сторон текучим огнем. Постепенно жар остывал, и они соединялись друг с другом, образуя подобие материков.

Своим обличьем безжизненная Земля напоминала теперь Луну: это была темная каменистая пустыня, сложенная из базальтовых пород. Многочисленные кратеры, оставшиеся после падения астероидов и комет, усеивали ее просторы, как испещряют они сейчас и лунный лик.

Поток времени, разглаживая и меняя лицо Земли, не сохранил почти никаких свидетельств о той эпохе. Всё стерла эрозия, а литосферные плиты, погружаясь в земные недра в зонах субдукции, унесли с собой и эту «пыль веков». Раннее детство Земли забыто ею, как забываем и мы первые месяцы младенческой жизни.

Большинство астрономов уверены в том, что воду на Землю принесли кометы

Когда наконец температура на Земле опустилась ниже точки кипения, с неба полились первые дожди. Ведь планета была окружена воздушной оболочкой, содержавшей в том числе водяной пар, который теперь конденсировался. Этот сезон дождей длился тысячелетиями. По неглубоким разломам коры побежали реки, они впадали в кратеры, оставленные метеоритами. Уровень воды в этих озерах повышался; они соединялись друг с другом, образуя моря.

Вполне правдоподобный сценарий, но некоторые вопросы остаются. И главный вопрос звучит так: откуда взялась вся эта вода? Что наполнило до краев эти «хляби небесные», которые разверзлись, едва планета стала пригодной для выживания здесь простейших организмов?

Сегодня масса всей воды на нашей планете составляет примерно 0,05 % массы Земли. На первый взгляд, это может показаться пустяком, но речь идет о громадных цифрах. На Земле скопилось больше воды, чем на любой другой планете Солнечной системы. Реки и моря, водяные пары и Мировой океан, а еще неимоверные запасы грунтовых вод. Так, по оценке исследователей из Токийского университета, в одной только мантии Земли в далеком прошлом содержалось в 50 раз больше воды, чем во всех современных морях, вместе взятых. Так откуда эта вода?

Наша Земля образовалась в той части протопланетного облака, где царила неимоверная жара. Поэтому планетезимали, те части «конструктора», из которых складывалась Земля, – а именно глыбы километровой величины, сраставшиеся друг с другом, – не содержали воду. Вся она была доставлена на планету впоследствии, когда ее поверхность значительно остыла. Долгое время считалось, что воду на Землю принесли кометы, регулярно падавшие на ее поверхность в ранний период земной истории. Но астероиды еще чаще, чем кометы, обрушивались на Землю. А что они несли с собой?

Между орбитами Марса и Юпитера пролегает обширный пояс астероидов, возникший еще в ту пору, когда шло формирование планет. Именно отсюда и прилетали те астероиды, что, не удержавшись на каком-нибудь вираже, падали затем на Марс, Венеру или Землю. Их и сейчас там мерено-немерено – от скромных каменных глыб до миниатюрных планет.

Летом 2010 года сразу две группы исследователей сообщили на страницах журнала «Nature» о том, что на поверхности малой планеты впервые удалось обнаружить тонкий слой водяного льда. Обе группы вели наблюдение за астероидом Фемида, достигающим в поперечнике почти 200 километров. Это одно из самых крупных небесных тел в упомянутом поясе астероидов. Спектральный анализ света, отраженного от его поверхности, и показал наличие на Фемиде льда.

Эксперимент, проведенный в лаборатории, подтвердил, что именно такие линии спектра дают крупицы минералов, покрытые слоем льда толщиной не более 0,0001 миллиметра. Это открытие стало неожиданностью, ведь оно показало, что водяной лед, очевидно, широко распространен на астероидах.

Ранее другие группы астрономов уже находили на астероидах минералы, которые могли сформироваться лишь в присутствии воды. Впрочем, принято было считать, что вода здесь давно исчезла – улетучилась в космическое пространство. Почему же лед на Фемиде сохраняется миллиарды лет?

Авторы статей в «Nature» предположили, что всего в нескольких метрах от поверхности астероида залегают слои грунта, изобилующие льдом. Они и подпитывают наледь, сковавшую планету. Эта ледяная корка понемногу испаряется, но из грунта постоянно поднимаются водяные пары, которые, достигая поверхности Фемиды, вновь превращаются в лед.

Расчеты, которые проделал австрийский астроном Норберт Шёргхофер, подтвердили, что водяной лед может пролежать в грунте, на небольшой глубине, очень долго, если будет укрыт метровой толщей пыли, надежно защищающей его.

Впрочем, большинство астрономов по-прежнему уверены в том, что воду на Землю принесли кометы. Так, по расчетам Фрэнсиса Альбареде из Лионского университета, опубликованным на страницах «Nature», вода появилась довольно поздно – примерно через 100 миллионов лет после возникновения нашей планеты, когда многочисленные кометы стали снова и снова врезаться в Землю.

Однако Альбареде и его коллеги игнорируют один странный факт, выявившийся после того, как межпланетные зонды взяли образцы водяного льда с поверхности комет. По своему химическому составу этот лед отличался ото льда (и, значит, воды) на нашей планете. Формула воды – пресловутая «аш-два-о» – известна всем со школьной скамьи. Многие, правда, не знают, что вода содержит также небольшое количество тяжелого водорода, то бишь изотопа водорода, иногда замещающего обычный водород в молекулах воды. Соотношение между тяжелым и обычным водородом – весьма характерный показатель. Как выяснилось, в водяном льде комет он примерно в два раза выше, чем у нас на Земле. Очевидно, воду на Землю приносили не только кометы.

Некоторые ученые идут еще дальше, заявляя, что вода на Земле была с самого начала. Все дело в том, что наша планета строилась из разных материалов. Поначалу – из планетезималей. Почти на 80 % Земля сложена именно из этих глыб. Когда же ее масса разрослась и сила притяжения стала очень велика, планета начала удерживать и попадавшие на ее поверхность – после падения астероидов и комет – летучие вещества, в том числе воду. Тогдашние астероиды были очень крупны – не чета нынешним Фемидам. Некоторые из них не уступали по размерам Луне, а то и Марсу. Потребовалось, очевидно, не так много столкновений с этими протопланетами, чтобы Земля запаслась живительной влагой на миллиарды лет вперед.

Любопытна и компьютерная модель, которую создал астроном Алессандро Морбиделли из Обсерватории Лазурного берега в Ницце. Согласно его выводу, «большую часть запасов воды наша планета получила после падения на нее нескольких протопланет, образовавшихся во внешней части пояса астероидов». Эти протопланеты упали на Землю, когда процесс ее формирования был уже почти завершен. По мнению Морбиделли, самое большее, лишь 10 % воды принесено на Землю кометами; все остальное – малыми планетами, столкнувшимися с ней.

Исследования астероидов и комет продолжаются. Так, в середине этого десятилетия американский зонд «Dawn» («Рассвет»), стартовавший в 2007 году, должен достичь Цереры. Это – самый крупный из астероидов, может быть, последняя уцелевшая протопланета (диаметр Цереры составляет 1003 километра). Возможно, исследовав ее, астрономы сумеют ответить на вопрос, действительно ли воду на нашу планету принесли астероиды. Ждать осталось недолго. Забытые младенческие тайны Земли, может быть, скоро вспомнятся.