Полезный показатель наших знаний о планете – это количество битов информации, необходимых, чтобы охарактеризовать наше представление о ее поверхности. Мы можем представить ее как количество черных и белых точек на газетной факсимильной копии, которая, если ее держать на расстоянии вытянутой руки, суммировала бы всю существующую информацию. В дни Гюйгенса на наши знания о поверхности Марса хватило бы около десяти битов информации, полученной урывками через телескоп. К тому времени, когда Марс близко подошел к Земле в 1877 г., это число увеличилось, вероятно, до нескольких тысяч, если исключить большое количество ошибочных сведений: например, рисунки «каналов», которые, как мы теперь знаем, абсолютно иллюзорные. С дальнейшими визуальными наблюдениями и развитием наземной астрономической фотографии количество информации росло медленно, пока не произошел резкий рост кривой с наступлением эры исследований планеты с помощью космических аппаратов.
Двадцать фотографий, полученных «Маринером-4» при облете планеты в 1965 г., составили 5 млн битов информации, что, в общем, сравнимо со всеми предыдущими фотографическими сведениями о планете. Но эти фотографии покрывают лишь крошечную часть планеты. Двойная миссия «Маринер-6» и «Маринер-7» в 1969 г. увеличила это число в 100 раз, а орбитальный зонд «Маринер-9» в 1971 и 1972 гг. увеличил его еще в 100 раз. Фотографические результаты, полученные «Маринером-9» с Марса, приблизительно в 10 000 раз больше суммы предыдущих фотографических знаний о Марсе, полученных за всю историю человечества. Аналогичное продвижение по сравнению с лучшими, полученными до этого наземными данными произошло, когда «Маринер-9» провел исследования с помощью инфракрасной и ультрафиолетовой спектроскопии.
С увеличением количества информации стремительно улучшается и ее качество. До «Маринера-4» самый малый объект, который можно было обнаружить на поверхности Марса, имел несколько сотен километров в диаметре. После «Маринера-9» несколько процентов поверхности планеты было сфотографировано с эффективным разрешением 100 м, что в 1000 раз лучше разрешения последних десяти лет и в 10 000 раз лучше разрешения времен Гюйгенса. У «Викинга» разрешение было еще лучше. Только благодаря ему мы сегодня знаем об огромных вулканах, полярных шапках, извилистых руслах с притоками, больших рифтовых долинах, полях дюн, пылевых полосах на склонах кратеров и многих других объектах марсианского ландшафта, информативных и загадочных.
Чтобы исследовать неизведанную планету, необходимы и должное разрешение, и область покрытия. Например, даже с превосходным разрешением по неудачному совпадению космические аппараты «Маринер-4», «Маринер-6» и «Маринер-7» наблюдали старую, испещренную кратерами и относительно неинтересную часть Марса и не добыли сведений о молодой и геологически активной трети планеты, обнаруженной «Маринером-9».
Жизнь на Земле совершенно не распознается на орбитальных фотографиях, и только при разрешении 100 м становится различима геометрическая форма городских поселений и сельскохозяйственных угодий нашей технологической цивилизации. Если бы на Марсе существовала цивилизация сравнимого масштаба и уровня развития, ее нельзя было бы увидеть на фотографиях до миссий «Маринера-9» и «Викинга». Нет причин надеяться на обнаружение таких цивилизаций на ближайших планетах, но это сравнение показывает, что мы только начинаем в полной мере познавать соседние миры.
Безусловно, нас ожидают удивительные открытия, когда и разрешение, и область покрытия при фотографировании станут еще лучше, а спектроскопия и другие методы исследования также будут значительно усовершенствованы.
Самая большая профессиональная организация планетологов в мире – это Отдел планетных наук Американского астрономического общества. Рвение ученых этой развивающейся области наук заметно на собраниях общества. На ежегодном собрании 1975 г., например, было объявлено об обнаружении водяного пара в атмосфере Юпитера, этана на Сатурне, предположительно, углеводородов на астероиде Веста, атмосферного давления, близкого к земному, на спутнике Сатурна Титане, всплесков радиоизлучения декаметрового диапазона на Сатурне, а также об обнаружении спутника Юпитера Ганимеда с помощью радиолокатора, определении спектра радиоизлучения спутника Юпитера Каллисто, не говоря уже об ошеломляющих видах Меркурия и Юпитера (и их магнитосфер), полученных в ходе экспериментов на «Маринере-10» и «Пионере-11». И на последующих собраниях были представлены не менее значимые достижения.
За всей суматохой и волнением недавних открытий пока не сформировался общий взгляд на происхождение и эволюцию планет, но эта тема сейчас изобилует провокационными намеками и проницательными догадками. Становится ясно, что изучение любой планеты обогащает наши знания об остальных, и, если мы хотим в полной мере понять, как функционирует Земля, мы должны иметь представление и о других планетах. Например, сейчас модно одно предположение, которое я впервые высказал в 1960 г., что высокие температуры на поверхности Венеры обусловлены быстро нарастающим парниковым эффектом, при котором вода и углекислый газ в атмосфере планеты препятствуют тепловому инфракрасному излучению с поверхности в космос; температура поверхности поэтому поднимается, чтобы достичь равновесия между видимым солнечным светом, поступающим на поверхность, и инфракрасным излучением, исходящим от нее; повышенная температура поверхности вызывает повышенное давление паров парниковых газов, углекислого газа и воды и так далее, пока весь углекислый газ и водяной пар не перейдут в газообразную фазу, что приводит к высокому атмосферному давлению и высокой температуре поверхности планеты.
Итак, причина, по которой у Венеры есть такая атмосфера, а у Земли нет, заключается в относительно малом поступлении солнечного света. Если бы Солнце светило ярче или поверхность Земли и облаков была темнее, стала бы Земля похожа на классическое представление об Аде? Венера может служить предупреждением нашей технической цивилизации, которая способна значительно изменить окружающую среду Земли.
Несмотря на ожидания почти всех планетологов, Марс оказался покрыт тысячами извилистых каналов, вероятно, возникших несколько миллиардов лет назад. Образованные проточной водой или жидким СО2, такие каналы, вероятно, не могли появиться при нынешних атмосферных условиях; для этого требуется гораздо более высокое давление и, вероятно, более высокие полярные температуры. Таким образом, каналы – так же как полярные шапки на Марсе – могут служить свидетельством по крайней мере одной, а, возможно, и многих предыдущих эпох гораздо более благоприятных условий, подразумевая значительные климатические изменения на протяжении истории планеты. Мы не знаем, обусловлены ли такие изменения внутренними или внешними причинами. Если внутренними, интересно будет посмотреть, не возникнут ли на Земле из-за деятельности человека столь же резкие климатические изменения, как на Марсе, – гораздо более значительные, чем Земля испытывала, по крайней мере в последнее время. Если марсианские климатические изменения вызваны внешними факторами – например, изменением яркости Солнца, – тогда сопоставление марсианского и земного палеоклимата окажется чрезвычайно важным.
«Маринер-9» прибыл на Марс в разгар глобальной пылевой бури, и полученные им данные позволяют проследить, нагревают или остужают поверхность планеты такие бури. Было бы лучше, если бы теории, претендующие на прогнозирование климатических последствий увеличения концентрации аэрозолей в атмосфере Земли, давали правильный ответ, объясняющий планетную пылевую бурю, которую наблюдал «Маринер-9». Основываясь на нашем опыте с «Маринером-9», мы с Джеймсом Поллаком из Исследовательского центра Эймса НАСА и Брайаном Туном из Корнеля вычислили воздействие одиночного и многократных извержений вулканов на климат Земли и смогли воспроизвести, с погрешностью эксперимента, наблюдаемые климатические последствия больших извержений на нашей планете. Взгляд с точки зрения планетной астрономии, которая позволяет нам видеть планету в целом, полезен для исследования Земли. В качестве другого примера влияния исследований планет на земные наблюдения могу привести работы одной из основных групп, изучающих воздействие использования сжатого фреона в аэрозольных баллончиках на озоносферу емли, – это группа под руководством М. Макэлроя в Гарвардском университете, которая приступила к разработке данной проблемы при исследовании аэрономии[112] атмосферы Венеры.
Теперь благодаря наблюдениям с помощью космических аппаратов мы кое-что знаем о плотности распределения по поверхности Меркурия, Луны, Марса и его спутников ударных кратеров разных размеров; с помощью радиолокационных методов исследования мы начинаем получать такую информацию для Венеры, а также мы обладаем некоторой информацией о кратерах на поверхности Земли, хотя они сильно разрушены текущей водой и тектонической активностью. Если бы популяция объектов, столкновения с которыми приводят к таким последствиям, была одинакова для всех этих планет, тогда можно было бы восстановить и абсолютную, и относительную хронологию образования кратеров. Но мы пока не знаем, являются ли популяции объектов столкновений общими (например, все происходят из пояса астероидов) или локальными (например, выметенные обломки из колец на последних стадиях аккреции планет).
Лунные возвышенности, сильно испещренные кратерами, рассказывают нам о ранних этапах истории Солнечной системы, когда кратерообразование было гораздо более распространено, чем сегодня; количество межпланетных обломков в настоящее время слишком мало, чтобы объяснить изобилие кратеров на возвышенностях. С другой стороны, в лунных морях гораздо меньше кратеров, возникновение которых можно объяснить существующей в настоящее время популяцией межпланетных обломков, в основном астероидами и, возможно, мертвыми кометами. Можно сказать кое-что об абсолютном возрасте поверхностей планет, которые не так сильно испещрены кратерами, многое об их относительном возрасте и в некоторых случаях даже что-то о распределении размеров объектов, которые оставили кратеры после падения. На Марсе, например, мы находим склоны больших вулканических гор, почти лишенные ударны