В 1977 году выдающийся астроном и популяризатор науки Карл Саган представил в Королевском институте серию лекций, посвященных загадкам Красной планеты. Четвертая лекция цикла под названием «Марс перед „Викингом“» подвела итог важнейшему этапу космических исследований, навсегда изменившему представления человечества о соседнем небесном теле благодаря автоматическим станциям серии Mariner. Этот материал раскрывает, как наука совершила грандиозный прорыв, перейдя от туманных телескопических наблюдений к детальному картографированию марсианских супервулканов, глубоких ледниковых каньонов и высохших речных русел.
🛰️ Новая эра межпланетных странствий 0:45
Исследование Марса с помощью космических аппаратов кардинально отличается от наземных наблюдений прошлых веков. Типичный межпланетный аппарат 1970-х годов представляет собой сложнейший механизм, по размерам сопоставимый с лекционным столом.
Космические аппараты того времени обладали следующими техническими характеристиками:
- Вес: от половины до одной тонны.
- Место запуска: космодромы Флориды или советской Центральной Азии.
- Продолжительность перелета: около одного года.
Лектор проводит историческую аналогию, сравнивая этот полет по длительности с путешествием британских торговых судов на Дальний Восток в XVII–XVIII веках. По мнению Карла Сагана, беспилотные миссии обладают колоссальным преимуществом перед пилотируемыми: они обходятся значительно дешевле и демонстрируют абсолютное «послушание». Роботы способны выполнять самые разные задачи: пролетать мимо планеты, выходить на ее орбиту, входить в атмосферу и совершать мягкую посадку, хотя в истории освоения случались и аварийные столкновения с поверхностью.
История изучения Марса аппаратами серии Mariner началась с пролета станции Mariner 4 в 1965 году. В 1969 году мимо планеты прошли Mariner 6 и Mariner 7, но ключевой вехой стали революционные открытия, сделанные орбитальным аппаратом Mariner 9 в 1971–1972 годах.
Продемонстрировав аудитории модель аппарата Viking Orbiter, Карл Саган детально описал устройство подобных машин. Четыре массивные солнечные панели, напоминающие лопасти ветряной мельницы, преобразуют солнечный свет в электроэнергию. На борту также установлена аккумуляторная батарея, питающая системы в моменты, когда аппарат заходит в тень планеты. Связь осуществляется через крупную радиоантенну, принимающую команды с Земли и отправляющую огромные массивы данных обратно через космическое пространство протяженностью от 50 до 150 миллионов миль. Аппарат снабжен собственным ракетным двигателем и запасом топлива для корректировки орбиты и изменения ориентации в зависимости от поступающих научных задач.
На поворотной сканирующей платформе размещена научная нагрузка, включая две телевизионные камеры, способные непрерывно следить за Марсом по ходу движения. Карл Саган отмечает, что бортовой компьютер робота обладает определенным уровнем интеллекта: в него заложен длинный список «глупых действий», которые система постоянно проверяет в режиме самодиагностики, чтобы вовремя исправить программные ошибки. При этом контроллеры с Земли могут полностью перепрограммировать компьютер.
Управление миссиями осуществляется из центра Лаборатории реактивного движения (JPL) в Пасадине, штат Калифорния. Команды передаются по наземным линиям связи на гигантский 85-футовый радиотелескоп в пустыне Мохаве (Голдстоун), который посылает закодированный радиосигнал на Марс. Возвращаемые данные принимаются аналогичными антеннами. Сеть дальней космической связи США включает в себя радиотелескопы не только в Калифорнии, но также в Испании и Австралии, благодаря чему по мере вращения Земли Марс постоянно остается в поле зрения хотя бы одной из станций.
🕳️ Загадка кратеров и крушение марсианских иллюзий 7:01
В 1965 году аппарат Mariner 4 прислал первые 21 близкие фотографии Марса. Разрешение снимков позволяло рассмотреть объекты размером в несколько километров. К удивлению ученых, единственное, что отчетливо проступало на кадрах, — это многочисленные ударные кратеры.
Это открытие породило волну скептицизма относительно марсианской биосферы. Лектор вспоминает, что в обществе мгновенно набрал популярность примитивный логический довод: «На Луне есть кратеры, и она безжизненна; на Марсе есть кратеры, следовательно, Марс тоже безжизненен». Карл Саган иронично критикует это умозаключение, сравнивая его с абсурдной фразой: «Мои глаза зеленые, и у меня чешется нос; ваши глаза зеленые, значит, у вас тоже чешется нос».
Тем не менее, этот поверхностный вывод удовлетворил многих политиков и общественных деятелей. По словам Сагана, президент США Линдон Джонсон публично заявил, что искренне рад отсутствию жизни на Марсе. Причиной такой предвзятости оказался сильный детский испуг президента, вызванный знаменитой радиопостановкой Орсона Уэллса по роману Герберта Уэллса «Война миров», рассказывающей о жестоком вторжении марсиан. Аналогичную радость по поводу безжизненности соседа выражал и американский проповедник Билли Грэм.
Лектор подчеркивает:
«Существуют люди, которые отчаянно хотят, чтобы жизнь на других планетах существовала, невзирая на улики. И есть те, кто так же отчаянно хочет, чтобы ее там не было. Истинная позиция ученого заключается в том, чтобы смиренно и открыто искать правду, полностью отделяя свои личные желания от объективной реальности».
Объясняя природу кратеров, Карл Саган напоминает, что на ранних этапах формирования Солнечной системы, когда вещество только конденсировалось из газопылевого облака, космическое пространство было перенасыщено обломками горных пород разного размера. Их орбиты хаотично пересекались, вызывая колоссальные столкновения. Со временем планеты «расчистили» свои орбиты, и сегодня подобные катастрофы происходят редко — ярким примером служит Аризонский метеоритный кратер диаметром около одного километра.
Земля подвергалась точно такой же бомбардировке, как и Луна. Однако на нашей планете действуют мощные эрозионные агенты — проточная вода и ветровая пыль, которые со временем заполняют впадины и полностью стирают следы ударов. На Луне эрозия практически отсутствует, что позволяет древнейшим кратерам сохраняться миллиарды лет. Чтобы наглядно продемонстрировать аудитории эффект «насыщенного кратерообразования» (когда новые удары разрушают и перекрывают старые структуры), Карл Саган вместе с юными волонтерами из зала провел интерактивный эксперимент, забрасывая жидкую грязь металлическими шариками.
🌙 Уроки Луны: от лавовых морей к глобальной хронологии Марса 15:56
Анализируя фотографии лунной поверхности, ученые выделяют две принципиально разные зоны: яркие, сильно кратерированные высокогорья и низменные темные равнины. Последние называют «морями» (Maria), поскольку Галилео Галилей ошибочно принял их за водные океаны, хотя на самом деле они абсолютно сухие. Крупные кратеры на Луне обладают характерными деталями: террасированными стенами, оползнями, радиальными выбросами грунта и центральными пиками. Последние возникают в результате эффекта упругого отскока породы в момент колоссального взрыва при ударе метеорита.
Хронология формирования лунного ландшафта включает несколько ключевых этапов:
- На финальной стадии зарождения Луны на нее непрерывно падали гигантские астероиды.
- Столкновения вызывали локальное плавление коры и мощные сейсмические волны, застывавшие в виде многокольцевых горных хребтов.
- За счет энергии ударов и последующего внутреннего радиоактивного разогрева недр расплавленная магма изливалась наружу, затапливая низменные бассейны огромными озерами жидкой лавы.
- Застыв, эта лава образовала темные базальтовые равнины.
Поскольку «моря» сформировались значительно позже высокогорий, они содержат крайне мало кратеров — за последующие 4 миллиарда лет на них успела накопиться лишь редкая текстура из мелких свежих ударов.
Этот метод геохронологического анализа ученые применили к Марсу благодаря миссии Mariner 9, сумевшей картографировать 100% площади планеты, в отличие от прошлых аппаратов, охвативших лишь 1% территории. Выяснилось, что Марс четко разделен пополам: одна половина планеты густо усыпана древними кратерами возрастом около 4,5 миллиардов лет, а вторая — практически лишена их. Это доказывает, что на Марсе есть обширные геологически молодые регионы, где старый рельеф был уничтожен внутренними процессами планеты.
Согласно правилам Международного астрономического союза, кратеры на Марсе называют исключительно в честь умерших людей, оставивших заметный след в истории. Карл Саган перечислил несколько ключевых названий на марсианской карте:
- Лоуелл (в честь Персиваля Лоуэлла, чьи ошибочные идеи о марсианских каналах, тем не менее, заставили целые поколения 11-летних подростков стать планетологами);
- Берроуз (в честь Эдгара Райса Берроуза, автора романтической фантастики о Марсе);
- Райт (в честь британского астронома Уильяма Райта, доказавшего иллюзорность каналов Лоуэлла);
- Хаксли (в честь Томаса Генри Хаксли, соратника Чарльза Дарвина, неоднократно читавшего лекции в Королевском институте);
- Уэллс (в честь автора «Войны миров» Герберта Уэллса).
🌋 Олимп и гигантские вулканы Тарсиса 22:19
Когда аппарат Mariner 9 приблизился к Марсу в конце 1971 года, его встретила беспрецедентная глобальная пылевая буря, полностью скрывшая поверхность планеты. Единственным исключением стал высокогорный регион Тарсис (Tharsus), где над бескрайним морем желтой пыли отчетливо проступали четыре загадочных темных пятна, расположенных строго в ряд. Среди ученых даже возникла шутливая идея назвать их в честь комиков братьев Маркс — Харпо, Граучо и Чико, но в итоге возобладал научный подход. Пятна получили технические имена: Северное, Среднее и Южное, а четвертое, самое крупное, совпало с яркой деталью альбедо, замеченной астрономами еще в XIX веке и поэтично названной Nix Olympica («Снега Олимпа»).
Применив компьютерные методы повышения контраста изображений, исследователи увидели, что темные пятна представляют собой массивные округлые возвышенности с огромными провалами в центре. Физический подход подсказывал: если объект возвышается над глобальной бурей и имеет дыру на вершине — это вулкан. Геологический метод требовал детального сравнения морфологии со структурами на Земле.
Когда пылевая буря утихла, Mariner 9 передал фотографии невероятной четкости. Гипотеза подтвердилась блестяще: перед учеными предстали величайшие щитовые вулканы Солнечной системы. Самый крупный из них, Nix Olympica, переименовали в Olympus Mons (гора Олимп).
Морфология горы Олимп включает уникальные геологические зоны:
- Высокое плато Тарсис, служащее основанием вулкана.
- Вертикальный обрыв высотой от 1 до 2 километров по периметру основания.
- Пологие нижние склоны, переходящие в крутые подъемы ближе к вершине.
- Гигантская центральная впадина — кальдера с крутыми внутренними обрывами.
Высота Олимпа от подножия до пика составляет почти 30 километров (около 80 000 футов), что колоссально превосходит любые земные аналоги. Тот факт, что на склонах этих гигантских гор практически отсутствуют метеоритные кратеры, неопровержимо доказывает их геологическую молодость — по оценкам ученых, их возраст не превышает нескольких сотен миллионов или миллиарда лет. Это свидетельствует о том, что Марс, в отличие от мертвой Луны, в недавнем прошлом проявлял бурную тектоническую и магматическую активность.
Прямо на сцене лектория Саган продемонстрировал химическую модель извержения вулкана с выделением густого дыма и пепла. Лектор отмечает, что реальные марсианские извержения миллиарды лет назад выбрасывали в тонкую атмосферу гигантские объемы вулканической пыли, которая экранировала солнечный свет и вызывала резкие глобальные похолодания, кардинально меняя климат планеты.
❄️ Полярные шапки и слоистый рельеф 30:25
Благодаря высокой контрастности полярные шапки Марса оставались хорошо различимыми даже сквозь плотную завесу пылевой бури. Mariner 9 зафиксировал динамический процесс отступления Южной полярной шапки: огромные заиндевевшие пространства, видимые на 14-й день миссии, полностью исчезли к 21-му дню из-за интенсивной сублимации — испарения сухого льда напрямую в атмосферу под воздействием весеннего тепла.
На 36-й день работы аппарат передал снимки краев полярной шапки крупным планом, обнаружив уникальный слоистый ландшафт, изрезанный глубокими каньонами и террасами. По словам Сагана, этот рельеф напоминает огромные стопки покерных фишек или пластин высотой в десятки метров каждая, уходящие далеко за горизонт. Подобных геологических образований на Земле не существует.
Лектор выдвигает гипотезу, что регулярное чередование слоев указывает на циклические глобальные процессы, которые периодически включались и выключались в истории планеты. Это говорит о том, что Марс переживал масштабные климатические колебания, колеблясь между теплыми эпохами интенсивного накопления осадков и суровыми ледниковыми периодами.
💧 Высохшие реки Красной планеты 32:43
Самым ошеломляющим и неожиданным открытием миссии Mariner 9 стало обнаружение разветвленной сети извилистых долин, морфологически идентичных речным руслам на Земле. На снимках отчетливо видны меандры, плавно изгибающиеся русла и сложные разветвленные системы притоков, такие как долина Nirgal Vallis. Саган демонстрирует для сравнения русло Ред-Ривер в США, подчеркивая их абсолютное внешнее сходство. В других районах Марса зафиксированы развитые проточные структуры, обрушившиеся берега и характерные каплевидные острова посреди высохших потоков, сформированные мощным гидродинамическим течением.
Чтобы исключить иные трактовки, лектор сравнивает эти структуры с обрушившимися лавовыми трубками Земли и Луны. Подземные потоки лавы действительно могут оставлять после себя извилистые каналы, однако они принципиально лишены крутых закрученных меандров и никогда не образуют разветвленных систем притоков, что делает водную гипотезу марсианских каналов единственно жизнеспособной. Для иллюстрации процессов формирования речных островов и разветвления русел ассистенты Сагана запустили поток воды по рельефному песчаному лотку прямо на сцене Королевского института.
Открытие древних рек поставило перед наукой фундаментальный парадокс окружающей среды Марса. В современных условиях существование жидкой воды на поверхности планеты физически невозможно. Атмосферное давление там настолько низкое, что любой открытый водоем мгновенно закипит и полностью испарится. Тот факт, что русла рек протяженностью в сотни и тысячи километров реально существуют и покрыты древними кратерами, прямо доказывает, что в прошлом Марс обладал совершенно иным климатом. Был период, когда планета имела плотную атмосферу, высокое давление, комфортные температуры и обильные запасы поверхностных вод, являясь во многом копией Земли. Сегодня же Марс находится в состоянии глубокого, затяжного оледенения.
🌍 Механизмы климатических катастроф: Марс как грозное предупреждение 38:46
Карл Саган напоминает, что Земля в своей истории также неоднократно подвергалась масштабным климатическим потрясениям. Продемонстрировав глобус Земли с накладной полярной шапкой, лектор указал границы максимального продвижения ледников во время последней великой ледниковой эпохи, происходившей миллионы лет назад. В то время территория нынешнего Чикаго была погребена под двухмильной толщей льда, а ледяной панцирь вплотную подошел к Лондону, чудом его не затронув. Сегодня Канада и Шотландия полностью свободны от вечных льдов.
Среди геофизиков существует условный «клуб исследователей ледниковых периодов», насчитывающий не менее 80 различных теорий, пытающихся объяснить причины земных оледенений. Основными факторами считаются изменения параметров земной орбиты ( tilt оси вращения и расстояние до Солнца), а также запыление атмосферы вулканическим пеплом.
На Марсе, по мнению Сагана, действуют аналогичные планетарные механизмы. Лектор выделяет две основные гипотезы марсианских климатических циклов:
- Переменная светимость Солнца, которое может функционировать как нестабильная звезда, периодически нагревая и охлаждая систему.
- Драматические колебания наклона оси вращения Марса, из-за чего полярные шапки периодически разворачиваются напрямую к Солнцу.
В эпохи, когда полюс Марса сильно наклоняется к Солнцу, полярные льды начинают бурно испаряться. Плотность атмосферы резко возрастает, давление повышается до значений, допускающих стабильное существование жидкой воды, и на планете наступает эра полноводных рек.
Саган убежден, что изучение климатических катастроф Марса имеет критическое значение для выживания человечества. Активно вмешиваясь в структуру земной атмосферы, люди рискуют непреднамеренно запустить необратимые изменения климата на Земле. По мнению лектора, другие планеты служат для нас важнейшими поучительными примерами и строгими предупреждениями о том, как уязвимы стабильные планетарные экосистемы.
🧫 Атмосфера, «марсианские банки» и шансы на жизнь 43:12
К моменту завершения миссии Mariner 9 состав марсианской атмосферы был точно определен: она состоит преимущественно из углекислого газа, а суммарное давление у поверхности составляет всего 1% от земного, что эквивалентно плотности воздуха на высоте 30 километров (100 000 футов) над Землей. В газовой оболочке присутствуют ничтожно малые следы водяного пара, азота, кислорода (совершенно непригодного для дыхания человека) и крайне незначительные объемы озона.
Температурные условия на Марсе крайне суровы. В самые теплые полуденные часы на экваторе температура может подниматься до комнатных значений, однако в ту же ночь она падает на 100–150 градусов по Фаренгейту (суточная амплитуда достигает 80–100 градусов Цельсия).
Минимальное количество озона влечет за собой смертельную опасность: жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца беспрепятственно прошивает тонкую атмосферу и достигает грунта. На Земле ультрафиолет полностью поглощается озоновым слоем. По словам Сагана, падение УФ-лучей на незащищенную органику губительно, поскольку наш главный наследственный материал — молекула ДНК — активно поглощает ультрафиолет, что приводит к разрушению химических связей и делает точное воспроизведение генетического кода невозможным.
Несмотря на эти факторы, ученые провели серию уникальных биологических экспериментов в специальных герметичных камерах — «марсианских банках» (Mars jars), полностью воспроизводящих давление, состав газа, радиацию и температурные перепады Красной планеты. Камеры заселяли различными штаммами земных бактерий и микробов. Выяснилось, что хотя многие микроорганизмы задыхались от нехватки кислорода, замерзали или погибали под жестким ультрафиолетом, значительное количество бактерий адаптировалось и прекрасно выживало в этих условиях. Более того, при наличии микроскопических пленок жидкой воды между песчинками грунта они оказались способны успешно размножаться.
Лектор подводит итог:
«Марсианская среда вполне пригодна для существования некоторых видов микроскопической жизни. Это, разумеется, не гарантирует ее наличия, но результаты исследований миссии Mariner 9 существенно повысили шансы на то, что марсианская биология может реально существовать в микромире, особенно учитывая наличие теплых и влажных эпох в прошлом планеты».
💨 Глобальные ветры вместо марсианской растительности 47:18
На протяжении столетий сезонные изменения цвета марсианских ландшафтов оставались главным аргументом в пользу наличия развитой флоры. Персиваль Лоуелл наблюдал, как весной вдоль отступающих полярных шапок тянется темное кольцо, распространяющееся к экватору. Он полагал, что тающие льды насыщают почву влагой, провоцируя бурный рост и распространение марсианской растительности.
Однако детальный анализ Mariner 9 полностью опроверг биологическую природу этого феномена. Оказалось, что оптические изменения вызваны масштабным перемещением ветровых масс и пыли. В качестве доказательства Саган демонстрирует регион под названием «Лист» (The Leaf) шириной около 10 километров. На снимке, сделанном с интервалом всего в 13 дней, эта огромная темная структура внезапно проступила там, где ранее была лишь светлая равнина. Скорость изменений исключает рост растений; в действительности сильный ветер просто сдул тонкий верхний слой светлой пыли, обнажив подстилающую темную породу. Сдвиги зазубренных, пилообразных песчаных границ лектор наглядно продемонстрировал с помощью аэродинамической трубы с песком, развернутой прямо на сцене Королевского института.
На Марсе повсеместно фиксируются уникальные динамические структуры:
- Обширные поля кратеров, за каждым из которых тянется длинный параллельный светлый шлейф.
- Аналогичные поля кратеров, имеющие строго параллельные темные шлейфы.
- Регион Мезогея (Mesogea), где отчетливо виден темный газовый или пылевой плюм, вырывающийся из жерла кратера и резко прерывающийся за валом соседней воронки.
Саган объясняет, что валы кратеров работают как мощные механические преграды, создавая за собой так называемую «ветровую тень», куда из-за падения скорости воздушного потока не могут проникнуть сдуваемые массы песка и темной пыли.
Картирование этих шлейфов позволило метеорологам составить первую глобальную карту ветров и детальное расписание погоды на Марсе. Поскольку период вращения Марса составляет те же 24 часа, что и у Земли, их глобальные погодные системы демонстрируют поразительное сходство. При этом марсианские ветры развивают экстремальные скорости, недостижимые на Земле, — от 200 до 300 миль в час (свыше 100 метров в секунду), что в условиях разреженного воздуха Марса вплотную приближается к локальной скорости звука.
По мнению Сагана, Planetary Exploration (исследование планет) полностью оправдывает свои финансовые затраты, так как выводит земные науки — метеорологию, геологию, геофизику и биологию — из рамок узкого «изолированного примера» Земли, превращая их в универсальные вселенские дисциплины.
📐 Загадочные пирамиды Элизиума 55:34
В завершение лекции Карл Саган продемонстрировал несколько снимков Mariner 9, запечатлевших структуры, природа которых до сих пор остается неразгаданной. На высокогорном плато были обнаружены две гигантские горы идеальной пирамидальной формы, ориентированные строго в одном направлении. Каждая пирамида имеет ширину около 3 километров у основания и высоту в 1 километр, обладая удивительно четкими геометрическими гранями.
Отвечая на закономерный вопрос об их происхождении, Саган с юмором отмечает, что если бы ученые слепо следовали догматичному геологическому принципу «сравнивай с тем, что тебе хорошо известно на Земле», то пришлось бы официально признать существование марсианских фараонов. Однако такой вывод слишком рискован и преждевременен.
В качестве строгого научного объяснения лектор предлагает концепцию «пескоструйной эрозии». На протяжении десятков и сотен тысяч лет колоссальные марсианские ветры, несущие мириады твердых песчинок на скоростях звука, способны планомерно обтачивать, шлифовать и срезать края изначально хаотичных, асимметричных скальных массивов. Этот мощнейший природный абразив вполне мог превратить обычные скалы в геометрически правильные квазипирамиды, хотя наука не исключает и более экзотических сценариев.
Миссия Mariner 9 блестяще разрешила вековые споры о марсианских каналах и растительности, но одновременно поставила перед человечеством множество совершенно новых, захватывающих вопросов. Чтобы найти на них ответы, нам необходимо подойти к планете вплотную и совершить посадку на ее поверхность, что и станет главной целью грядущей грандиозной экспедиции Viking.
