А что можно сказать о жизни в таком мире? Поверхность Титана холодная, поэтому химические процессы протекают там очень медленно. Более того, у Титана никогда не было теплого прошлого (но его ожидает теплое будущее, когда Солнце превратится в красный гигант). Сейчас на поверхности Титана нет жидкой воды, а в атмосфере нет водяных паров. Но средняя плотность Титана говорит о том, что он наполовину состоит из каменистых пород, а наполовину — из водяного льда. Расчеты показывают, что под толстой ледяной корой может быть океан из смеси воды и аммиака. При высоком давлении могут существовать углеводородные клатраты, под слоем которых, вплоть до каменистого ядра, должны располагаться льды высокого давления. В некотором смысле это напоминает Землю, с той лишь разницей, что роль земных силикатов на Титане играет вода. Вероятно, на Титане действуют вулканы, извергающие воду, метан и аммиак. Озера «водяной лавы» могут сохраняться в жидкой форме сотни лет, становясь потенциальными оазисами для развития жизни.
Рис. 31.7 Озера и их берега на Титане. Радарное изображение подучено орбитальным аппаратом «Кассини». С разрешения NASA/JPL.
Холодные области за пределом вулканов и тектонических областей Титана непригодны для знакомых нам форм жизни. Если там и есть жизнь, то она совершенно иная. В любом случае, Титан может оказаться наилучшим полигоном предбиологической химии. В атмосфере, на высоте 200–300 км от поверхности, есть зона фото-активного тумана. В этой зоне, простирающейся до высоты 1000 км, метан и азот ионизуются под действием солнечного ультрафиолета и энергичных частиц. Ионы весьма активны: они стимулируют формирование сложных молекул различного состава и длины. Они объединяются в дегтеобразные вещества под названием толины; возможно также, что там могут формироваться различные аминокислоты и длинные углеводородные цепи. Когда толины становятся достаточно тяжелыми, они начинают осаждаться на поверхность Титана. Все это напоминает процессы, происходившие в атмосфере Земли, когда на ней зарождалась жизнь.
Другие спутники Сатурна, например Энцелад, Тефия и Диона, значительно меньше Титана. 14 июля 2005 года «Кассини» пролетел мимо Энцелада и обнаружил, что в районе южного полюса наблюдаются огромные выбросы водяного пара и кристаллов льда. Расчеты показывают, что эти гейзеры извергаются из теплого моря, возможно, богатого органикой. Согласно некоторым моделям, это море глубиной 50 км лежит под 10-км слоем льда. Близость теплого и холодного может играть важную роль для формирования компонентов жизни. Это также нужно иметь в виду, изучая Европу и Титан. Измерение параметров плазмы вокруг Сатурна показывает, что Тефия и Диона выбрасывают в пространство частицы. Возможно, эти ледяные спутники тоже геологически активны.
Во внешней части нашей планетной системы холодно. Уран и Нептун — уменьшенные версии Юпитера и Сатурна. Они недостаточно велики, чтобы в их недрах мог образоваться металлический водород. Вероятно, в их составе большую долю занимают соединения водорода с другими элементами. По тем же причинам, что и в случае Юпитера и Сатурна, они считаются непригодными для жизни.
На таком большом расстоянии от Солнца вода принимает твердую форму. Метан и азот превращаются в жидкость, а затем — в снег. На Тритоне, крупнейшем спутнике Нептуна, видны своеобразные вулканы, извергающие, по-видимому, жидкий азот или метан. Но эти вулканы не дают тепла, необходимого для жизни.
Некоторые объекты, движущиеся за Нептуном, — Плутон и еще полдюжины тел радиусом 400 км и более, — достаточно велики, чтобы иметь почти сферическую форму. Сейчас их, а также Цереру из Главного пояса астероидов называют карликовыми планетами (врезка 31.1). Мы мало знаем об этих далеких мирах. Первые оценки массы Плутона были косвенными и лежали в широком диапазоне, вплоть до значения, почти равного массе Земли. В 1978 году был открыт спутник Плутона Харон, движение которого позволило измерить массу Плутона: она оказалась очень маленькой, всего лишь пятая часть массы Луны, то есть около 1/1400 массы Земли (рис. 31.8).
Поверхность Плутона в основном покрыта азотным льдом. Любопытно, что, продвигаясь к периферии Солнечной системы, мы обнаруживаем, что газы наподобие азота, составляющие основу атмосферы таких внутренних объектов, как Земля, в далеких системах принимают форму твердого льда. У Плутона разреженная атмосфера. Недра его, по-видимому, холодные. Если в коре есть жидкие зоны, то в них жизнь или даже продвинутая предбиологическая химия с трудом могла бы развиваться со сколько-либо значительной скоростью. Другие крупные объекты за орбитой Нептуна удалены еще дальше, чем Плутон, поэтому условия на них или внутри них оценить трудно. Если бы в той области обнаружился объект размером с Землю, то под поверхностью у него мог бы быть жидкий океан, но эти рассуждения лучше оставить фантастам.
Рис. 31.8 Карликовая планета Плутон кроме крупного спутника Харон, открытого в 1978 году, имеет два маленьких спутника — Никта и Гидра, обнаруженных космическим телескопом «Хаббл».
С далекой периферии Солнечной системы в ее внутренние области регулярно прилетают гости. Это кометы, довольно маленькие, состоящие изо льда и пыли. Они приходят по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Самая удаленная часть такой орбиты — афелий — может находиться в сотнях и тысячах астрономических единиц от Солнца, тогда как в наиболее близкой к Солнцу точке орбиты — перигелии — комета может почти касаться поверхности Солнца. Некоторые кометы буквально ныряют в атмосферу Солнца, а другие не подходят к нему ближе орбиты Юпитера.
На своих вытянутых орбитах кометы большую часть времени проводят в области афелия. Их визиты вглубь Солнечной системы очень коротки и драматичны. Приближаясь к Солнцу, комета начинает согреваться в его лучах. Примерно на расстоянии Юпитера тепла становится достаточно, чтобы «разбудить» комету. Из нее начинают сублимироваться летучие газы. Твердое ядро окутывается довольно яркой газовой комой, и начинает вытягиваться хвост. Возрастающий поток солнечного излучения все сильнее нагревает комету, а давление солнечного ветра на газ и частицы пыли создает один или два хвоста. После прохождения перигелия все идет в обратном порядке, и комета удаляется в своем одиночестве в пустоту космоса. Когда-нибудь она может вернуться.
На пути вглубь Солнечной системы комета испытывает притяжение планет-гигантов. Обычно это немного меняет ее орбиту. Если она пройдет близко от планеты, то может быть захвачена на орбиту меньшего размера. Иногда комета даже может столкнуться с планетой, как это случилось 16–22 июля 1994 года, когда разрушающаяся комета Шумейкеров-Леви врезалась в Юпитер (см. цветную вкладку).
Кометы интересны с многих точек зрения. Как было сказано, именно они в эпоху молодости Солнечной системы доставили на поверхность планет много важных химических соединений. Радиоастрономическая спектроскопия выявила в кометах десятки разных молекул, в основном тех же, которые наблюдаются в холодных межзвездных облаках. В кометах найдены молекулы воды, синильной кислоты (HCN), формальдегида (Н2CO), считающиеся первыми строительными блоками жизни. Несколько космических зондов было направлено к кометам и собрало много данных. Успешными были экспедиции Stardust (комета Вилд 2), Deep Impact (Темпель 1), Deep Space-i (Борелли), ISEE-3 (Джакобини-Циннер) и пять экспедиций к комете Галлея. Stardust стала первой экспедицией, доставившей на Землю образцы вещества из объекта, находящегося дальше Луны.
А теперь забудем о хвосте и коме и рассмотрим саму комету. Среди исследованных зондами комет ни одна не похожа на другую. Комета Вилд 2 почти сферическая, кометы Борелли и Галлея довольно вытянуты и напоминают батат или земляной орех. Рассмотрим подробнее комету Темпель 1. В момент прибытия к ней зонда она была на расстоянии 1,5 а. е. от Солнца. Ее размер 8 х 5 км типичен для ядер комет. Перед наибольшим сближением от аппарата Deep Impact отделился массивный «ударник» и с большой скоро-стью врезался в комету. В результате столкновения и вызванного им взрыва стало ясно, что на поверхности ядра лежит пылевой слой толщиной десятки метров и есть признаки слоистой структуры в глубине. Низменные области ядра довольно плотно покрыты кратерами, а возвышенные выглядят более молодыми. Очевидно, что недра весьма пористые, поскольку средняя плотность составляет всего 0,6 г/см3. На стороне, обращенной к Солнцу, температура около 70 °C, а на теневой стороне -3 °C. Ясно, что поверхность слишком теплая для льда. В выбросе, наблюдавшемся после столкновения, инфракрасный телескоп «Спитцер» увидел следы глин и карбонатов. Это может означать, что где-то в глубине ядра есть или хотя бы иногда бывает жидкая вода. Это важно для предбиологической химии, а может быть, и для зарождения жизни, так как делает возможным в кометах наличие цикла «концентрации-разведения». Более того, химические процессы на поверхности с участием минералов, глин, льдов, солнечного излучения и высокоэнергичных частиц делают принципиально возможным формирование сложных молекул. Там может синтезироваться нечто похожее на толины. Доставленные на Землю образцы кометы Вилд 2 говорят о том, что в минералогических процессах вода там не играла заметной роли. С другой стороны, эти образцы содержат множество довольно сложных молекул.
Различие между кометами и астероидами не всегда однозначное. В наибольшей степени они различаются своей «пушистостью». На поверхности астероидов и у метеоритов тоже могут быть подобные, хотя и не тождественные, химические соединения. Это доказал метеорит Мурчисон, упавший в 1969 году в Австралии. В нем было обнаружено несколько десятков аминокислот и других сложных органических молекул.
Похоже, что при ударе о планету кометы не выживают. Астероид же, ударившись о планету, может расколоться, и какая-то часть вещества может быть выброшена обратно в космос. В выброшенном веществе может содержаться жизнь, скажем, в форме бактерий. Если кусок вещества имеет размер порядка 1 м, он может служить переносчиком жизни между планетами в Солнечной системе. Вполне вероятно, что такой перенос происходил неоднократно. Любопытно к тому же, что это может дать единственную возможность для обнаружения ископаемой жизни древней Венеры, если столкновение случилось очень давно.