Была ли когда-нибудь жизнь на Марсе и Венере?

Вопрос о жизни во Вселенной — один из самых неясных во всей науке. Мы знаем, что на Земле есть жизнь, что все живые организмы на Земле произошли от одного общего предка, уходящего корнями в прошлое на миллиарды лет, и что жизнь непрерывно существует на Земле уже более 4 миллиардов лет — по крайней мере 90 % времени существования нашей планеты. 

Но нам неизвестно, насколько распространена жизнь в других уголках Вселенной, если она вообще существует. У нас нет информации о жизни в других мирах нашей Солнечной системы, о жизни в других звёздных системах или вообще о разумной жизни во Вселенной. Все, что у нас есть — это уверенность в том, что в каких-то местах жизни быть не может.

На каждой планете, где могла возникнуть жизнь, события в какой-то момент могут повернуться так, что жизнь на ней и вправду может возникнуть. Мы знаем, что Земля свой шанс реализовала, но по крайней мере две других планеты нашей молодой Солнечной системы — Марс и Венера — имели не меньшие шансы. Могла ли на них существовать жизнь, если не сейчас, то в далёком прошлом? Этим вопросом задалась Кэрол Лэйк, сформулировав его так:

"Возможно ли, что Марс и Венера были обитаемыми планетами? Изменение климата Земли убивает её, изменение климата убьёт все живое на планете, и перейдёт ли Земля в категорию планет, на которых жизни нет, но её зарождение возможно?"

Это интересный вопрос, поскольку и Марс, и Венера миллиарды лет назад пережили катастрофические климатические пертурбации. Вот что, исходя из наших знаний, продолжает оставаться возможным.

Давайте вернёмся далеко-далеко назад, примерно на 4,6 миллиарда лет — к самым ранним дням формирования нашей Солнечной системы. Когда происходит формирование звёздных систем, подобных нашей, некоторые вещи должны происходить в определённом порядке. Если взять событие возникновения нашей Солнечной системы, мы предполагаем, что происходили следующие события:

1. молекулярное облако газа стало сжиматься под действием собственной гравитации,

2. регионы с наибольшей концентрацией вещества "сжимались" быстрее,

3. что привело к образованию новых звёзд и звёздных систем в областях наибольшего сжатия (коллапса),

4. в которых скопления с наибольшей массой росли быстрее всего, превращаясь в самые массивные звёзды,

5. более мелкие скопления росли медленнее, превращаясь в звёзды меньшей массы,

6. и вот, одно из таких малых скоплений, имеющее одну большую первоначальную (центральную) массу, стало протозвездой, которая со временем превратилась в наше Солнце.

Эта центральная масса продолжала расти, излучая колоссальное количество радиации, и медленно наращивать температуру ядра. По мере плавного концентрирования вещества вокруг центральной протозвезды, вокруг неё также формировался газопылевой диск. В этом диске образовались гравитационные неустойчивости, которые привели к образованию планетезималей — зачатков того, что в конечном счёте станет планетами.

Что происходило дальше, точно сказать трудно, так как формирование планет — хаотичный процесс. Вокруг формирующейся в центре звезды или протозвезды существуют три "зоны", определяющие типы формирующихся в итоге элементов.

• Во внутренней, самой близкой к звезде зоне, находится так называемая "линия сажи". Внутри этой зоны многие углеродсодержащие молекулы, считающиеся предвестниками жизни, например полициклические ароматические углеводороды, разрушаются. В самой внутренней области могут выжить только тяжёлые элементы, например металлы.

• За линией сажи могут встречаться сложные соединения, но только не лёд: ни водяной, ни аммиачный, ни сухой, ни азотный и т.д. Внутри линии промерзания такие летучие соединения будут испаряться. Молодые Венера, Земля и Марс находились за линией сажи, но до линии промерзания.

• Снаружи линии промерзания могут стабильно существовать все летучие соединения. Различные ледяные образования здесь прекрасно сохраняются; со связанными с газовым гигантом большими количествами водорода и гелия ничего не происходит; здесь часто встречаются тела, похожие на астероиды и кометы.

Со временем образующиеся планетезимали начинают гравитационно взаимодействовать, расти, сливаться в одно целое и хаотично влиять друг на друга. Некоторые тела падают прямо на Солнце, другие выталкиваются за пределы Солнечной системы, третьи присоединяются к более крупным массам. В конечном итоге достигается стабильная планетарная конфигурация.

На этих последних этапах судьба летучих соединений, связанных с объектами за линией промерзания, может быть двоякой: они либо бомбардируют одну из выживших планет, либо рассеются по другим местам. (Считается, что вода на Земле и других внутренних планетах возникла именно по этой причине). 

Как правило, мест, в которых могут возникнуть такие объекты, в долгосрочной перспективе должно остаться только два: снаружи от первоначальной линии промерзания, но внутри орбиты следующей планеты, и за орбитой последней планеты Солнечной системы. Эти места в нашей Солнечной системе соответствуют поясу астероидов и поясу Койпера / облаку Оорта.

И вот, мы добрались до момента времени 4,5 миллиарда лет назад, когда в Солнечной системе существовали три относительно похожих друг на друга мира. Венера, Земля и Марс были каменистыми планетами с тонкими, но довольно плотными атмосферами, на их поверхности присутствовала вода, часть которой, по всей видимости, была в жидком состоянии, и все планеты были чрезвычайно богаты органическими соединениями: молекулами — предвестниками жизни.

Встаёт главный вопрос: что произошло?

Что такого могло произойти на Венере, что сегодня она превратилась в адское пекло? Когда это произошло? Как это произошло? и могла ли жизнь существовать и развиваться на этой планете до этого катастрофического события?

Что такого произошло на Марсе, что он утратил атмосферу, высох и промёрз? что привело к тому, что биологические процессы, которые мы связываем с жизнью, стали либо невозможными, либо настолько редкими, что мы не видим даже их признаков?

И что происходит на Земле сейчас? Может ли Земля повторить судьбу Венеры или Марса, некогда пригодных для жизни (или, по крайней мере, потенциально пригодных), на которых существование жизни, какой мы её знаем, теперь абсолютно невероятно?

Совершенно точно можно сказать одно: несмотря на все недостатки теорий происхождения жизни на Земле, мы знаем, что, как только жизнь пришла на нашу планету —  а это случилось более 4 миллиардов лет назад, — жизнь на ней сохранилась и развивалась в форме непрерывной цепи происходящих с тех пор событий. Хотя Земля пережила периоды массовых вымираний, они лишь способствовали тому, что выжившие виды размножались и заполняли освободившиеся экологические ниши. Наша планета остаётся живой.

Однако вовсе не факт, что на ранних стадиях формирования нашей Солнечной системы Земля была единственной живой планетой. Все три мира — Венера, Земля и Марс — помимо внешнего воздействия, испытывали и внутреннее — в виде различных геологических процессов. В ядрах происходили магнитные явления, дрейф материков и эрозия континентов, и в конечном итоге на планетах появлялись горные хребты и бассейны. Все эти миры сотрясала обширная вулканическая активность, добавляющая в атмосферу летучие соединения и огромное количество углекислого газа. Кстати, в результате той же вулканической активности до определённых пределов было выровнено дно океана. Весьма вероятно, что у всех трёх миров в прошлом была вода.

Но между этими планетами существуют различия, по всей видимости, направившие планеты по разным путям развития, из них три главных различия.

1. Первое отличие: разное расстояние их орбит от Солнца. Орбита Венеры находится на расстоянии ~72 % от расстояния Земля–Солнце, а орбита Марса расположена гораздо дальше, на расстоянии ~150 % от расстояния Земля–Солнце.

2. Второе отличие: скорость вращения планет. День Марса похож на земной, он длиннее всего на 40 минут. Венера вращается в противоположном направлении, и для совершения оборота вокруг Солнца ей требуется более 200 земных дней.

3. И, наконец, третье отличие: физические размеры планет. Если Венера по размерам близка к Земле (приблизительно 95 % от диаметра нашей планеты), то диаметр Марса составляет лишь половину земного.

Жизнь на планете обычно рассматривается как стабилизирующая сила, подобно тому, как буферный раствор в химии не позволяет при добавлении кислоты или основания сделать весь раствор слишком кислым или слишком основным. Жизнь достигает своего рода равновесного состояния с окружающей средой, когда любые значительные изменения температуры — как в положительную, так и отрицательную сторону — приводят к тому, что жизненные процессы работают на противодействие таким изменениям. Только при серьёзных изменениях, коренным образом меняющих состояние равновесия, например произошедшем на Земле Великом кислородном событии, или действии дрожжевых клеток в среде с неограниченным количеством питательных веществ, или сегодняшнем обращении людей с ископаемым топливом, могут произойти необратимые события.

Но на Венере и Марсе, даже если на этих планетах когда-то существовала жизнь, её присутствия было недостаточно, чтобы противодействовать запущенным процессам, которые, по всей видимости, были инициированы астрофизическими и геологическими факторами. Как считают некоторые учёные, Венера в течение сотен миллионов, а, возможно, даже до 2 миллиардов лет вполне могла быть процветающим миром. Условия на ней могли быть похожими на земные, то есть на её поверхности могла быть жидкая вода, причём, возможно, воды было гораздо больше, чем на Земле. Точно так же на и Марсе когда-то были океаны, реки, образовывались осадочные породы и гематитовые сферулы, его климат был умеренным и влажным в течение как минимум полутора миллиардов лет.

Конечно, возникает главный вопрос: "что произошло?"

Что касается Венеры, обречённость этой планеты, скорее всего, объясняется очень просто: её близостью к Солнцу. На каждый квадратный метр поверхности этой планеты приходится примерно вдвое больше энергии падающего солнечного потока, чем на Землю. При наличии даже небольшого количества водяного пара в атмосфере ранней Венеры возник бы грандиозный парниковый эффект, что ещё больше повысило бы температуру Венеры. При более высоких температурах концентрация водяного пара в атмосфере увеличивается ещё больше, и это обстоятельство также приводит к повышению температуры.

К несчастью для Венеры, температура не могла расти вечно. В какой-то критический момент температура поверхности Венеры достигла критического значения около 100 °C (212 °F) или даже немного большей, в зависимости от атмосферного давления в тот момент времени. Когда это произошло, жидкая вода на поверхности Венеры начала выкипать, выбрасывая в атмосферу огромное количество водяного пара — проще говоря, испарились все венерианские океаны, что привело к внезапному парниковому эффекту. Атмосфера Венеры резко стала горячей, и жизнь на её поверхности исчезла; единственным местом, где она теоретически могла бы сохраниться, были верхние слои атмосферы Венеры — это высота примерно в 60 километров. Неважно, когда могли произойти описанные события: любая ранее существовавшая на Венере жизнь, скорее всего, прекратила бы существование.

Между тем на Марсе на каждый квадратный метр приходится лишь приблизительно 43% энергии, получаемой Землёй от Солнца. На Марсе определённо была вода — и этому имеется огромное количество геологических доказательств — но для этого он должен был быть окружен довольно плотной атмосферой. Поддерживать температуру и давление на уровне, необходимом для существования жидкой воды на марсианской поверхности, мог только мощный парниковый эффект.

Так что же произошло на Марсе?

Единственное, что могло бы сохранить атмосферу Марса в целости, это защита планетарного магнитного поля, подобная защите, имеющейся у Земли. Без него атмосфера Марса была бы разрушена солнечным ветром, и эту гипотезу подтвердили измерения, сделанные в ходе миссии MAVEN NASA. Из-за гораздо меньших размеров Марса по сравнению с Землёй его ядро остывало гораздо быстрее, что в конечном итоге привело к гибели внутреннего магнитного динамо, активно отражавшего солнечные частицы. Без защитного магнитного поля, которое по нашим оценкам окончательно разрушилось примерно через 1,5 миллиарда лет, практически вся марсианская атмосфера была бы уничтожена всего за 0,01 миллиарда лет: в космических масштабах это ничто, космическое мгновенье.

Без этой атмосферы жидкая вода либо замерзла, либо сублимировалась, любая жизнь либо прекратила активно себя проявлять, либо вообще исчезла, и с тех пор Марс оставался холодным и (в основном) безжизненным в течение приблизительно 3 миллиардов лет.

Уничтожит ли человечество все живое на Земле? Такая перспектива маловероятна. Мы не утверждаем, что это невозможно, так как человечество уже вступило в период, который учёные называют шестым великим массовым вымиранием. Климат меняется; нетронутые человеком места исчезают (сегодня площадь таких мест составляет менее одной трети площади поверхности Земли); океаны окисляются; концентрация CO2 в атмосфере выше, чем миллионы лет назад, и благодаря деятельности человека продолжает расти рекордными темпами. Если мы не будем проявлять осторожность, возможность экологического коллапса очень реальна, и это вполне может привести к уничтожению человечества и, возможно, даже к полному исчезновению класса млекопитающих.

Но в той или иной форме жизнь на нашей планете должна сохраниться. Как и в случае с Венерой и Марсом, момент "завершения игры" для жизни на Земле, скорее всего, наступит по причине влияния Солнца. Со временем, по мере сжигания своего ядерного топлива, Солнце нагреется и станет более ярким. Примерно ещё через 1 миллиард лет или около того его энергетическая мощность вскипятит океаны Земли, и жизнь на нашей планете, какой мы её знаем, прекратится. Хотя инициированное человеком изменение климата может привести к его же собственной гибели, сама жизнь на Земле гораздо более устойчива к таким воздействиям. Если мы сможем выползти из нашей технологической колыбели, впереди у нас будет по крайней мере несколько сотен миллионов лет до наступления кризиса, угрожающего планете смертью. Надеюсь мы научимся находить баланс с природой, ведь это наша единственная надежда на долгосрочное выживание.

Наблюдения за планетами и Солнцем генерируют огромный объем всевозможных данных и для их обработки и интерпретации — нужны аналитики. Именно с их помощью, люди могут попытаться "заглянуть в будущее" и понять, как нужно действовать сейчас. Если вам интересна сфера анализа данных, либо в вашей текущей работе есть пересечения с аналитикой, и вы хотите профессионально вырасти, получив сильную базу и практику в новой области — обратите внимание на наш курс по анализу данных, или на его расширенную версию Data Analyst pro.

Узнайте, как прокачаться и в других специальностях или освоить их с нуля:

• Профессия Data Scientist

• Курс по Data Engineering