Глава 7Среди спутников Сатурна
Попробуй сядь султаном в окружении Сатурновых лун.
Существует мир, средний по размеру между Луной и Марсом, верхние слои атмосферы которого искрятся электричеством, а вечные бурые облака подернуты странным темно-оранжевым оттенком, и самая настоящая органика выпадает с небес на неизведанную сушу под облаками. Этот мир находится так далеко, что даже свет от Солнца летит к нему более часа. Космический аппарат тратит на этот путь целые годы. В этом мире еще полно тайн – в частности, не известно, есть ли там большие океаны[24]. Однако мы знаем о нем вполне достаточно, чтобы понимать, что в пределах нашей досягаемости может быть место, где прямо сейчас разворачиваются именно такие процессы, которые миллиарды лет назад привели к возникновению жизни на Земле.
В нашем родном мире протекает долгосрочный – и в некотором отношении весьма многообещающий – эксперимент по эволюции материи. Возраст древнейших известных окаменелостей – 3,6 млрд лет. Разумеется, жизнь должна была зародиться гораздо раньше. Но 4,2 или 4,3 млрд лет назад Землю так сильно сотрясало на последних этапах ее формирования, что жизнь еще не могла возникнуть. Из-за чудовищных столкновений с космическими телами суша плавилась, океаны превращались в пар, а та атмосфера, которая успевала скопиться с момента последнего столкновения, улетучивалась в космос. Итак, около 4 млрд лет назад возникло довольно узкое окно – пожалуй, всего лишь около 100 млн лет, – за которое возникли древнейшие из наших предков. Как только сложились подходящие условия, жизнь развилась очень быстро. Каким-то образом. Первые живые существа, вероятно, были неказисты – значительно менее приспособлены, чем самые примитивные нынешние микробы; пожалуй, они едва могли воспроизводить грубые копии самих себя. Но естественный отбор, основополагающий процесс, впервые непротиворечиво описанный Чарльзом Дарвином, оказался инструментом такой невероятной силы, что даже от самых скромных истоков на Земле в итоге возникла необычайно богатая и прекрасная биосфера.
Эти первые живые существа состояли из частей, компонентов, кирпичиков, которые сформировались сами по себе – то есть под действием законов физики и химии на безжизненной Земле. Строительные блоки всей земной жизни называются органическими молекулами – молекулами на основе углерода. Из колоссального количества тех органических молекул, которые могут существовать, лишь немногие составляют основу жизни. Два важнейших класса таких молекул – это аминокислоты, сырье для белков, и нуклеотидные основания, компоненты нуклеиновых кислот. Откуда же взялись эти молекулы прежде, чем возникла жизнь? Существует лишь два источника: извне или с самой Земли. Нам известно, что в древности Земля гораздо чаще подвергалась ударам комет и астероидов. Эти маленькие миры являются настоящими кладовыми органических молекул, и при столкновении некоторые молекулы могли уцелеть. Здесь я расскажу о «доморощенном», а не «импортном» добре: о тех органических молекулах, которые образовались в атмосфере и в водах первозданной Земли.
К сожалению, мы почти ничего не знаем о составе древней атмосферы, а органические молекулы очень легко образуются в одних атмосферах и почти не возникают в других. На молодой Земле не могло быть большого количества кислорода, поскольку кислород выделяют зеленые растения, которых еще не существовало. Вероятно, в атмосфере было больше водорода, так как водород очень распространен во Вселенной и утекает из верхних слоев земной атмосферы в космос лучше, чем какой-либо иной элемент (поскольку водород очень легкий). Если бы мы попытались вообразить различные возможные ранние атмосферы, то могли бы и воспроизвести их в лабораторных условиях, наполнить определенной энергией и посмотреть, какие органические вещества при этом образуются и в каких количествах. С годами такие эксперименты зарекомендовали себя как стимулирующие и многообещающие. Но наше незнание исходных условий ограничивает их значение.
Нам нужен настоящий мир, атмосфера которого по-прежнему содержит некоторые из газов, богатых водородом; мир и в других отношениях напоминающий Землю; мир, где органические первокирпичики жизни обильно образуются в наше время; мир, где мы можем поискать наши истоки. В Солнечной системе есть всего одно такое место[25]. Это Титан, большой спутник Сатурна. Его диаметр около 5150 км, что составляет чуть менее половины земного. Титан совершает полный оборот вокруг Сатурна за 16 земных суток.
Ни один мир не является точной копией другого, и как минимум по одному показателю Титан сильно отличается от первозданной Земли. Поскольку он расположен так далеко от Солнца, на его поверхности крайне холодно – гораздо холоднее точки замерзания воды, около –180 ℃. Итак, если Земля на момент зарождения жизни была, как и сейчас, в основном покрыта океанами, то на Титане не может быть океанов жидкой воды (океаны, состоящие из иной жидкости, – другое дело, как мы вскоре увидим). Тем не менее низкие температуры обеспечивают и одно преимущество: органические молекулы, образующиеся на Титане, хорошо сохраняются. Чем выше температура, тем быстрее распадаются молекулы. На Титане те молекулы, которые, подобно манне небесной, выпадали на поверхность в течение последних 4 млрд лет, по-прежнему могут оставаться в сохранности, почти неизменными, глубоко замороженными, ожидая земных химиков.
БЛАГОДАРЯ ИЗОБРЕТЕНИЮ ТЕЛЕСКОПА в XVII в. удалось открыть множество новых миров. В 1610 г. Галилей впервые заметил четыре крупных спутника Юпитера. Система Юпитера напоминала Солнечную систему в миниатюре: маленькие спутники летали вокруг Юпитера, точно как, по мысли Коперника, планеты обращаются вокруг Солнца. Это был еще один удар по геоцентризму. Сорок пять лет спустя прославленный голландский физик Христиан Гюйгенс открыл спутник, обращающийся вокруг Сатурна, и назвал его Титаном[26]. Это была яркая точка, удаленная на миллионы километров, блиставшая отраженным солнечным светом. Со времен открытия Титана, когда в Европе мужчины носили длинные пышные парики, до конца Второй мировой войны, когда американцы стали предпочитать ежик, о Титане не удалось узнать практически ничего, за исключением одного факта: спутник имеет странный рыжевато-коричневый цвет. Наземные телескопы теоретически позволяли различить на Титане лишь некоторые загадочные детали. На рубеже XIX–XX вв. испанский астроном Х. Комас Сола сообщил о слабых и косвенных доказательствах в пользу того, что у Титана есть атмосфера.
В определенном смысле я рос под сенью Титана. Я писал докторскую диссертацию в Чикагском университете под руководством Джерарда Койпера – астронома, который смог убедительно доказать, что атмосфера у Титана действительно есть. Койпер – голландец, прямой интеллектуальный потомок Христиана Гюйгенса. В 1944 г., изучая Титан через спектроскоп, Койпер с изумлением обнаружил в его атмосфере характерные спектральные линии метана. Направил телескоп на Титан – появились линии метана[27], отвернул телескоп от спутника – ни следа метана. Но считалось, что спутники не могут удерживать плотную атмосферу – так, у Луны никакой атмосферы нет. Титан же обладал атмосферой. Койпер понял, что, несмотря на слабость гравитации Титана по сравнению с земной, атмосфера вокруг спутника сохраняется по той простой причине, что в верхних слоях этой атмосферы очень холодно. Молекулы просто не развивают достаточной скорости, чтобы преодолеть притяжение Титана и в больших количествах утекать в космос.
Дэниэл Харрис, ученик Койпера, убедительно доказал, что Титан красноватый. Возможно, мы видим на нем такую же ржавую поверхность, как на Марсе. Чтобы еще кое-что узнать о Титане, можно было измерить поляризацию отражаемого им солнечного света. Обычный солнечный свет не поляризован. Джозеф Веверка, в настоящее время сотрудник Корнеллского университета, был моим аспирантом в Гарварде; можно сказать, Койпер приходился ему «научным дедушкой». В своей докторской диссертации, которую Веверка защитил около 1970 г., он описал измерения поляризации Титана и открыл, что она изменяется в зависимости от относительного расположения самого Титана, Солнца и Земли. Но это явление совершенно не походило на аналогичные изменения, скажем, у Луны. Веверка пришел к выводу, что характер подобных изменений согласуется с наличием обширных облаков или дымки на Титане. Рассматривая этот спутник через телескоп, мы не видим его поверхность. Мы ничего не знаем о том, какова эта поверхность. Не представляем, насколько глубоко под облаками она находится.
Итак, к началу 1970-х гг. благодаря наследию Гюйгенса и его интеллектуальных потомков мы как минимум узнали, что у Титана плотная, насыщенная метаном атмосфера, что он, вероятно, окутан вуалью красноватых облаков или аэрозольной дымкой. Но какие облака могут быть рыжими? В начале 1970-х гг. мы с коллегой Бишуном Харе ставили в Корнелле эксперименты: облучали различные модели насыщенной метановой атмосферы ультрафиолетом или потоками электронов. В результате у нас получался красноватый или коричневатый осадок; это вещество покрывало стенки лабораторных сосудов. Мне казалось, что если богатый метаном Титан имеет красновато-коричневые облака, то они вполне могут походить по составу на то вещество, которое мы получали в лаборатории. Мы назвали этот материал «толин», что в переводе с греческого означает «мутный». Сначала мы могли только гадать, из чего состоит толин. Он представлял собой некую вязкую органику, образующуюся при распаде исходных молекул и при последующей рекомбинации молекулярных фрагментов, состоящих из атомов углерода, водорода и азота.
Слово «органика» не подразумевает биологического происхождения. По давней традиции, закрепившейся в химии более века назад, молекулы называются «органическими», просто если их основу образуют атомы углерода (за исключением немногих простейших молекул, например, моноксида углерода CO или диоксида углерода CO2). Поскольку в основе земной жизни лежат органические соединения, а Земля в течение какого-то времени была