Марсианин. Как выжить на Красной планете?

В XIX веке общепринятой среди образованных европейцев научной теорией, описывающей возникновение и формирование Солнечной системы, стала теория Канта – Лапласа.

В очерке «Всеобщая естественная история и теория неба» («Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels», 1755) знаменитый немецкий философ Иммануил Кант предположил, что до образования планет и Солнца существовала огромная рассеянная туманность. Она обязательно должна была вращаться, чтобы из нее могло возникнуть большое центральное тело и малые планеты. Кант, правда, не сумел внятно объяснить причину вращения этой первичной туманности и высказал гипотезу, что сначала туманность была совершенно неподвижной, а движение ее возникло из местных «локальных» вращений.

Через сорок лет после выхода в свет очерка Канта великий французский математик Пьер Лаплас изложил теорию о том, что первичная туманность вращалась с самого начала и была горячей. По мере охлаждения она сжималась, а скорость ее вращения росла. С увеличением скорости вращения возрастали центробежные силы, что привело к удалению части туманности от центрального тела к периферии и к ее расслоению на кольца. Из этих колец впоследствии образовались планеты и спутники.

Предложенная схема хорошо объясняла, почему планеты Солнечной системы лежат в плоскости эклиптики и движутся в одном направлении. Кроме того, теория Канта-Лапласа позволяла определить сравнительный возраст планет. Считалось, что более удаленные от Солнца планеты имеют более почтенный возраст, поскольку за счет центробежной силы удалились и сформировались раньше тех, которые сегодня находятся ближе к Солнцу.

Таким образом, если брать современную Землю за точку отсчета, то Венера должна быть горячим молодым миром, планетой хвощей и динозавров, а Марс – холодным высушенным старым миром, обиталищем древних и мудрых существ, в которых когда-нибудь превратимся и мы, люди. Тут следует заметить, что великие ученые прошлого ошибались. Если сама идея о формировании Солнечной системы из туманности (сегодня ее называют «протопланетным облаком» или «протооблаком») была в общем верна, то с определением возраста планет вышла неувязка.

С помощью методики радиоактивного датирования удалось определить возраст Земли – он составляет 4,54 миллиардов лет. Марс является сверстником нашей планеты или чуть моложе ее – есть основания считать, что мелкие планеты формируются в протооблаке позже крупных.

Но в XVIII и XIX веках не было методики радиоактивной датировки. Как не было и орбитальных телескопов, позволяющих разглядеть протопланетные облака, формирующиеся у далеких молодых звезд. И остается только восхищаться, сколь сильны были умы европейских ученых того времени, что они без инструментов, одной силой мысли, подошли к разгадке самой великой тайны – Тайны Сотворения.

Начала ареографии

Итак, на рубеже XVIII и XIX веков стало складываться вполне определенное отношение к Марсу.

Популярный астроном своего времени Уильям Гершель показал, что Марс очень похож на Землю. Популярный философ своего времени Иммануил Кант показал, что Марс древнее Земли. Однако эпоха более широких обобщений еще не наступила. Общественное мнение не было готово признать новую ослепляющую гипотезу, а потому потребовалось довольно продолжительное время, чтобы Марс из «незаметного светила» превратился в «суперзвезду» небосвода.

Астрономы не потратили это время зря. Осторожные выводы Гершеля разбудили «сонное царство», призвав в ряды наблюдателей новых энтузиастов.

Одним из первых был немецкий астроном-любитель Иоганн Шретер. Ради изучения планет он оставил выгодную должность в Ганновере и переехал в деревню, где построил собственную обсерваторию. Многие ночные часы он провел за наблюдениями Марса. До нашего времени удалось сберечь 231 рисунок Шретера. Он создал их в период с 1785 по 1810 год, затем, в апреле 1813 года, его обсерватория была разграблена отступающими отрядами французов. На зарисовках Шретера изображены многие характерные детали поверхности Марса. В частности, он первым сделал зарисовку и описание огромного округлого плато, впоследствии получившего название Озеро Солнца (Solis Lacus). Наибольший интерес представляют рисунки, на которых запечатлено темное изогнутое пятно, напоминающее крюк и простиравшееся от Киммерийского моря (Mare Cimmerium) до области, известной под названием Эфиопия (Aethiops). Пятно (оно даже получило название Arrowhead – Наконечник) было одной из самых заметных деталей поверхности Марса в течение двух последних десятилетий XVIII века, а затем исчезло. Современные исследователи отмечают, что это наиболее поразительное изменение на Марсе, зафиксированное за всю историю его наблюдений. Важно, что «крюк-наконечник» видели независимо друг от друга в разное время и Гершель, и Шретер, а значит, пятно действительно существовало.

Впрочем, подобные изменения в карте Марса будут фиксироваться и позже. Любопытно другое. Шретер проявил удивительную научную слепоту – он не считал пятна на Марсе постоянными образованиями, полагая, что наблюдает облачные покровы. Сохранилась запись, в которой он прямо заявляет, будто бы такие пятна, как Большой Сирт, значительно меняют форму в ходе наблюдения. Он зарисовывал этот самый Сирт многократно, но так и не смог увидеть, что это постоянный элемент поверхности Марса. Современные исследователи предположили, что непостоянство форм могли вызвать глобальные песчаные бури, однако внимательное изучение рисунков не подтвердило эту гипотезу. На Марсе не было бурь в тот период, и выводы Шретера целиком остаются на его совести.

На смену Шретеру пришел Оноре Фложерг, распоряжавшийся частной обсерваторией на юго-востоке Франции. Он наблюдал Марс во время противостояний 1796, 1809 и 1813 годов (кстати, последнее противостояние было первым Великим в новом столетии). Зная продолжительность суточного вращения Марса, он подгадывал наблюдения так, чтобы зафиксировать вторичное появление характерных пятен. Но коварная планета раз за разом обманывала прилежного астронома. В своих записях Фложерг жалуется, что не может точно определить границы пятен и единственный вывод, который он способен сделать после сотен часов, проведенных у телескопа, это то, что в южном полушарии пятен больше, чем в северном. В итоге француз принял и отстаивал впоследствии идею Шретера о том, что марсианские пятна – это облачность.

Совершенно новый этап в изучении Марса начался после Великого противостояния 1830 года. В маленькой частной обсерватории, устроенной на балконе виллы в Тиргартене (парк в Берлине), банкир Вильгельм Бэр и школьный учитель Иоганн Медлер приступили к изучению Марса. Несмотря на скромные размеры их телескопа, они добились выдающихся результатов. Главной их задачей стало определить раз и навсегда, имеют пятна на Марсе устойчивую конфигурацию или нет. Используя в качестве привязки южную полярную шапку, они стали составлять первую настоящую карту Марса, проверяя друг друга. Объект наносился на карту, только когда оба подтверждали, что видели его. После их работы сомнений не оставалось: пятна на Марсе – это элементы поверхности. Бэр и Медлер докладывали научной общественности: «Наши наблюдения находятся в разногласии с более ранними. <…> Гипотеза, что пятна подобны нашим облакам, кажется, полностью отвергнута».

Важный исторический факт. В самом начале своих наблюдений Бэр и Медлер зафиксировали маленькое круглое пятно на экваторе Марса. Они решили, что через него будет проходить нулевой меридиан, и, продолжая наблюдения за ним, уточнили продолжительность суток планеты – в их записях она составляет 24 часа 37 минут 10 секунд. Ученые поддержали инициативу любителей. На карте Камилла Фламмариона обнаруженное пятно обозначено как залив Меридиана (Meridiani Sinus), а ныне эта область называется землей Меридиана (Meridiani Terra) и от нее ведется отсчет координат марсианской поверхности. Кстати, прямо сейчас по земле Меридиана ползает американский марсоход «Оппортьюнити», но о нем мы поговорим в следующих главах.

В том же 1830 году Бэр и Медлер начали изучение южной полярной шапки. Они внимательно следили за ее стремительным уменьшением и отметили, что этот процесс продолжался до середины марсианского лета (периода, соответствующего нашему июлю), а затем полярная шапка вновь начала увеличиваться. Их наблюдения подтвердили первоначальное предположение, что полярные шапки Марса состоят из льда и снега.

В 1837 году Бэру и Медлеру, ставшим авторитетными учеными, доверили большой телескоп Берлинской обсерватории. В то время Марс был повернут к Земле своей северной полярной шапкой, и астрономы убедились, что она сокращается куда медленнее южной и никогда не «сжимается» выше широты 78°. В то время наблюдению не нашли объяснения, но сегодня мы знаем, что феномен обусловлен климатическими особенностями Марса. Южная полярная шапка растет в течение длинной холодной зимы своего полушария и испаряется в течение быстрого горячего лета. Северная шапка, находясь в зоне умеренного климата, не меняется столь экстремально. Кроме того, северная шапка главным образом состоит из водного льда, а южная – из замороженного углекислого газа (двуокиси углерода), что также сказывается на разнице в скорости испарения.

Бэр и Медлер заметили еще одну особенность. Темная область вокруг полярной шапки имела неравномерную ширину и существенно изменялась со временем – словно в приполярной области существовали обширные болота, подпитываемые талой водой от снегов. В фундамент гипотезы, что Марс во многом подобен Земле, был положен очередной условный кирпич.

Первые карты Марса

В 1840 году Иоганн Медлер собрал все эскизы и записи и начал составлять первую настоящую карту красной планеты. По современным представлениям, она очень далека от идеала, но для ареографии это был огромный шаг вперед.

В описываемый период за Марсом наблюдали и другие астрономы. Так, Джон Гершель, сын знаменитого Уильяма Гершеля, выдвинул предположение, что красные поверхности Марса подобны земным красным известнякам, а темные области – это моря.

Великое противостояние 18 августа 1845 года было отмечено открытием, которое сделал американский астроном Ормсби Митчель. Он разглядел область южной полярной шапки (75° южной широты и 40° восточной долготы), которая при таянии дольше других (от двадцати до тридцати дней) остается белой. Полагая, что шапка состоит из водяного льда и снега, Митчель объявил, будто бы открыл первые горы на Марсе, поскольку на Земле в гористой местности во время таяния льдов остаются заснеженными именно верхушки гор. До сих пор этот район называют «горами Митчеля» («The Mountains of Mitchel»), хотя уже известно, что там на самом деле – огромная впадина.

Противостояние 1858 года наблюдал астроном-иезуит Анджело Секки, директор обсерватории Колледжа Романо в Риме. В одном из первых наблюдений, 7 мая 1858 года, он описал «большое треугольное пятно, синее по цвету». То был, разумеется, Большой Сирт, определенный другими астрономами как Море Песочных Часов, но Секки дал ему собственное название «Атлантический Канал» («Atlantic Canale») и приписал, что обнаруженное образование играет на Марсе роль Атлантики, отделяя Старый Свет от Нового. По всей видимости, его запись – самое первое упоминание «каналов» применительно к Марсу. И впервые внесена путаница, ведь «канал» на большинстве языков мира означает искусственное сооружение, а в итальянском это слово имеет еще несколько смыслов: водный поток, русло реки.

Секки был увлечен разнообразием оттенков цвета поверхности Марса и даже попытался составить первую цветную карту планеты. Отдельно итальянский астроном описал сезонные изменения полярных шапок и заключил, что эти процессы однозначно свидетельствуют о наличии на Марсе воды, рек и морей.

Великое противостояние июля 1860 года оказалось неудобно для наблюдения, поэтому никак не повлияло на развитие ареографии. Зато рядовое противостояние 1862 года вызвало повышенный интерес астрономов. Марс в свои телескопы рассматривали Анджело Секки в Риме, Уильям Парсонс (лорд Росс) в Ирландии, Уильям Лассел на Мальте. Прекрасные рисунки сделал голландец Фредерик Кайзер; он же издал новую карту Марса (на ней наконец-то появились наименования областей) и высчитал новую продолжительность марсианских суток – 24 часа, 37 минут и 22,6 секунды.

Англичанин Джозеф Локьер на основе наблюдений подготовил самую детализированную карту Марса своего времени, и, по мнению астрономов начала ХХ века, она наиболее достоверно отображала реальный рельеф красной планеты. Локьер принимал за основу утверждение, что пятна на Марсе, за исключением полярных шапок, имеют постоянную форму, однако на примере наблюдений Озера Солнца показал, что раз от разу они чуть-чуть меняются. Объяснение феномену англичанин видел только одно: на Марсе есть плотная атмосфера с густой облачностью, которая искажает очертания морей и континентов для земных наблюдателей. Похоже, что в сентябре-октябре 1862 года некоторая часть планеты действительно была закрыта пылевой завесой, поднятой в атмосферу глобальной бурей.

В том, что на Марсе есть моря и континенты, к тому времени мало кто сомневался. И все же нашлись скептики, которые призывали не спешить с выводами. Оксфордский профессор геологии Джон Филлипс, один из наиболее активных наблюдателей Марса 1862 года, писал, что если бы темные пятна были морями, то они при ярком освещении Солнцем давали бы отражение в виде отблесков, чего совершенно не наблюдается. В этом смысле марсианские моря больше похожи на лунные, которые, как в то время было известно, являются лишь пустынной поверхностью, сложенной из другого материала, чем окружающие светлые области.