Н Хоровиц - Поиски жизни в Солнечной системе
Состав атмосферы
Пока спускаемые аппараты приближались к поверхности Марса, приборы, вмонтированные в лобовые экраны, про водили измерения давления, температуры и состава атмо сферы. Аналогичные измерения осуществлялись затем на поверхности с помощью дополнительных приборов, достав ленных спускаемыми аппаратами. С биологической точки зрения самым важным был вопрос о составе атмосферы и особенно о наличии в ней азота. По общему мнению, этот элемент, входящий в состав нуклеиновых кислот и белков, совершенно необходим для жизни. Ранее с помощью косми ческих аппаратов было установлено, что содержание азота в атмосфере Марса не превышает 5% (в атмосфере Земли он составляет 77%), а возможно, его вообще там нет.
Приборы "Викингов" зарегистрировали, что в атмосфере Марса присутствует 2,7% азота, 95% диоксида углерода, 1,6% аргона, 0,13% кислорода, а также (в еще меньших количествах) монооксид углерода, неон, криптон, ксенон, озон и пары воды. Вероятно, когда-то атмосфера Марса была гораздо богаче азотом, но со временем он улетучился в космическое пространство. Азот-достаточно тяжелый эле мент, и сам по себе он не мог бы улетучиться, но Майкл Мак-Элрой в свое время показал, что атомы азота могут приобрести такую способность благодаря некоторым хими ческим процессам в верхних слоях атмосферы Марса. Как и предсказывает теория, "Викинги" обнаружили, что соотно шение тяжелого ^N и обычного ^N изотопов азота в марсианской атмосфере выше, чем в земной, т. е. из атмосфе ры Марса в первую очередь улетучивался более легкий изотоп.
Поиски жизни
Приборы
Для поиска следов жизни на Марсе каждый спускаемый аппарат был снабжен одинаковым набором из шести прибо ров: две фотокамеры, газовый хроматограф с масс-спектро метром для идентификации органических соединений в грун те и три прибора, предназначенные для выявления метаболи тической активности микроорганизмов в грунте. За работу каждого из приборов и интерпретацию его показаний отве чала определенная группа ученых, хорошо знакомых с его конструкцией и возможностями. Этот принцип распростра нялся на все приборы, установленные на спускаемых и орбитальных аппаратах "Викинг". Подобные группы специа листов вместе с инженерами, управлявшими космическими аппаратами, и руководителями полетов, координировавши ми все действия, и составили коллектив участников програм мы "Викинг".
Фотокамеры
Среди прочих приборов, установленных на борту "Ви кингов" и предназначенных для поиска жизни, фотокамеры обладали двумя особенностями. Во-первых, их работа не зависела от того. какова химическая природа марсианской жизни. Наблюдатели на Земле должны были решать, сви детельствует ли тот или иной объект о наличии на планете жизни, основываясь лишь па его внешнем виде. а не на физиологии или химическом составе. Ведь марсианин из кремния мог с тем же успехом попасть в поле зрения "фотокамеры, как и марсианин из углерода. Фотокамеры могли обнаружить не только сами живые существа, но и их следы, останки, сделанные ими предметы и. наконец, их движение. Однако разрешающая способность фотокамер не позволяла различать объекты размером менее нескольких миллиметров, что ограничивало возможность обнаружения жизни. Как мы знаем, целые царства живых организмов имею) меньшие размеры, но фотокамеры "Викингов" были не в состоянии заметить их.
Второе отличие фотокамер от других приборов, исполь зовавшихся при поиске жизни, заключалось в том, что всего одного фотоснимка могло оказаться достаточно для за вершения работы. Каждая фотография несла такую богатую
информацию (в техническом смысле этого слова), что в принципе наличие жизни на Марсе можно было доказать одним-единственным снимком. Никакой другой прибор на основании единственного наблюдения не мог дать убеди тельного свидетельства существования марсианской жизни.
Фотокамеры с помощью специальных электронных уст ройств записывали наблюдаемую картину на магнитофон ную ленту. Полученные изображения затем либо передава лись непосредственно на Землю, либо ретранслировались через орбитальные аппараты. Возможны были и прямые передачи без магнитофонной записи. Эти изображения, цвет ные и черно-белые, получали как с высоким, так и с низким разрешением, а в некоторых случаях-даже стереоскопиче ские.
Полученные с Марса фотографии внимательно иследо вались различными специалистами-участниками програм мы "Викинг", что давало возможность одновременно ре шать широкий круг вопросов. Их также тщательно изучала с целью обнаружения признаков жизни особая группа специа листов по анализу изображений. Скрупулезно исследовались обычные, стереоскопические и цветные изображения. Их анализировали на ЭВМ, пытаясь выявить малейшие пере мещения или изменения в пейзаже; на них искали объекты, светящиеся в ночное время. Тем не менее не было замечено ничего указывающего на существование на Марсе жизни, что не находило бы более правдоподобного небиологического объяснения. Сошлемся на отчет специальной исследователь ской группы: "Не было получено ни прямых, ни косвенных доказательств присутствия на Марсе макроскопических био логических объектов" [12].
Хотя фотокамеры и не обнаружили следов жизни, полу ченные фотографии бесценны не только тем, что расширили наши представления о природных условиях Марса. Эти желтоватые пейзажи марсианских равнин останутся вечным свидетельством исторической "встречи" легенды и современ ной техники, состоявшейся летом 1976 г.
Газовый хроматограф с масс-спектрометром (ГХМС)
Сгрого говоря, ГХМС не предназначался специально для поисков следов жизни. Его задача скорее заключалась в поиске и анализе органических соединений на поверхности
Марса. Хотя, как мы видели в гл. 3, на Земле все органи ческие вещества фактически имеют биологическое проис хождение, во Вселенной широко распространено абиогенное по своей природе органическое вещество. До полета "Ви кингов" предполагалось, что если на Марсе и отсутствует жизнь, то по крайней мере там должно встречаться органи ческое вещество, занесенное метеоритами. Поводом для такого предположения была близость Марса к поясу асте роидов (он расположен между орбитами Марса и Юпитера), который и является "поставщиком" метеоритов. Считается, что метеориты сталкиваются с Марсом значительно чаще, чем с Землей, и, согласно расчетам, вследствие этого за геологический период на Марсе должно было накопиться достаточно органического вещества, чтобы обнаружить его с помощью ГХМС. Кроме того. если Марс обитаем, то там должно также присутствовать органическое вещество биоло гического происхождения. Перед запуском "Викингов" уче ные часто обсуждали вопрос, как с помощью имеющихся в их распоряжении приборов установить, биологическое или небиологическое происхождение имеют найденные органи ческие соединения, а в том, что они-хотя бы в следовых количествах- обнаружатся на Марсе, большинство ученых не сомневались. Однако после посадки аппаратов на планету этот вопрос больше не возникал.
Работа ГХМС производилась в несколько этапов. Уст ройство для взятия образцов грунта-ковш, укрепленный на конце раздвижной стрелы,-захватывало небольшую порцию марсианского грунта, которая затем измельчалась, просеива лась через сито и поступала в нагреватель вместимостью всего около 200 мг. Здесь происходило ступенчатое нагре вание образца до температуры 500 С, в результате чего органическое вещество превращалось в летучие продукты. При низких температурах в летучее состояние переходят небольшие нейтральные органические молекулы, а при высо ких-разрушаются (пиролизуются) крупные, или полярные молекулы, образуя небольшие летучие фрагменты. Эти газы поступали затем на колонку газового хроматографа-длин ную трубку, заполненную гранулами синтетического органи ческого материала, через которую они двигались с различны ми скоростями в зависимости от массы молекул. По мере разделения смеси ее компоненты выходили через другой конец колонки, один за другим попадая в масс-спектрометр. Там под действием пучка электронов происходило даль нейшее разделение каждого компонента на заряженные ос
колки, массы которых измерялись по величине их ускорения в электростатическом и электромагнитном полях. Изучая полученный таким образом спектр молекулярных масс, опытный масс-спектроскопист может установить структуру молекулы, из которой образовались осколки. На следующем этапе определялось строение исходной молекулы, из которой возникли продукты, идентифицированные в ходе масс-спект рометрии. Это также можно сделать, хотя не всегда с полной достоверностью.
В научной программе проекта "Викинг" метод, сочетаю щий хроматографию с масс-спектрометрией, был одним из самых важных. По сравнению с обычными методами органи ческого анализа он обладал рядом существенных преиму ществ, поскольку позволял анализировать практически лю бые органические соединения. Это означает, что классы соединений, подвергавшихся анализу на Марсе, не определя лись заранее. (Фактически возможности ГХМС не ограничи вались анализом только органических соединений. При вве дении газовой смеси в газово-хроматографическую часть прибора - минуя пиролиз - проводился также анализ состава атмосферы.)
