Потерянный мир Марса, эволюция планет и поиски жизни во Вселенной: интервью с планетологом Бетани Эллман

Красная планета — Марс — не всегда была тем холодным, пустынным миром, который мы видим сегодня. Согласно современным научным представлениям, миллиарды лет назад по её поверхности текли реки, бассейны были наполнены озёрами, а вода взаимодействовала с горными породами и, возможно, создавала благоприятные условия для возникновения жизни. Что произошло с этой планетой, что привело к столь значительным изменениям? Может ли её изучение подсказать нам что-то о будущем нашей собственной планеты?

Планетология — это активно развивающееся в последние годы научное направление, которое пытается дать ответы на эти и многие другие вопросы, например: как формируются и развиваются планеты, какие геологические и физико-химические процессы приводят к возникновению благоприятных для жизни условий? Планетолог, бывший профессор Калифорнийского технологического института Бетани Эллман (Bethany Ehlmann), которая сегодня возглавляет исследовательский центр при Колорадском университете — Лабораторию атмосферной и космической физики (Laboratory for Atmospheric and Space Physics, LASP), долгие годы занималась изучением геологии Марса. Она играла ключевую роль во многих миссиях НАСА, в том числе в миссиях марсоходов «Spirit» и «Opportunity», направленных на исследование Марса. Помимо изучения планет Солнечной системы, Бетани Эллман особенно интересуется историей химических процессов, протекающих с участием воды, используя спектроскопию в качестве инструмента для обнаружения минералов и льда.

В рамках прошедшего на испанском острове Тенерифе фестиваля STARMUS VIII планетолог дала интервью «Арменпресс», рассказав о том, чему Марс может научить нас в отношении прошлого и будущего Земли, смогут ли люди когда-либо сделать Красную планету своим вторым домом, можно ли ещё найти воду на её поверхности и, наконец, почему изучение других миров важно для поиска ответа на один из древнейших вопросов, волнующих человечество: одиноки ли мы во Вселенной?

— Для начала поговорим о планетологии как о сравнительно новой области науки. Почему она важна с точки зрения науки и исследования космоса?

— Мои исследования в области планетологии сосредоточены на планетах нашей Солнечной системы. Конечно, сейчас мы начинаем открывать планеты и в других звёздных системах.

Один из главных вопросов — как устроены планеты и как они функционируют. Как можно наиболее чётко и точно понять, как они сформировались? Можем ли мы предсказать, как они будут развиваться в течение миллиардов лет? Можем ли мы выяснить, какие планеты потенциально пригодны для существования жизни?

Есть много фундаментальных вопросов. И ещё один: существует ли жизнь на какой-либо из планет нашей Солнечной системы или за её пределами?

— Большая часть Ваших исследований посвящена Марсу и прошлому этой планеты. Когда вы смотрите на Марс, видите ли вы возможное будущее Земли? Мы знаем, что когда-то Марс был совершенно другой планетой — с атмосферой и жидкой водой на поверхности. Может ли изучение того, что произошло с Марсом, подсказать нам что-то о будущем Земли?

— Сегодня Марс — холодная и сухая планета с крайне разреженной атмосферой. Однако, изучая сохранившиеся геологические свидетельства прошлого, мы видим, что там были озёра, реки и гидротермальные системы, следы которых сохранились в минералах и структуре горных пород.

Главный вопрос заключается в том, что произошло и почему. Что это может рассказать нам о том, как может меняться климат планеты, как планеты удерживают воду, создавая благоприятные условия для жизни, или не справляются с этим? Как они сохраняют среды, необходимые для существования жизни?

Не думаю, что с Землёй произойдёт то же самое, что и с Марсом, во всяком случае, в обозримом будущем. Возможно, через несколько миллиардов лет. Но, по нашему мнению, Марс потерял часть своей атмосферы. Марс меньше Земли, и поэтому его гравитация слабее удерживает атмосферу. Часть атмосферы была потеряна в космосе, однако другая её часть исчезла из-за того, что присутствующие в атмосфере вода, углекислый газ (CO₂) и другие вещества, включая кислород, ничтожное количество которого имеется на Марсе, вступили во взаимодействие с горными породами. На Земле это происходит постоянно. 

В действительности именно поэтому на нашей поверхности есть почва, а не просто груда камней. Однако на Марсе в результате этого взаимодействия некоторые газы и вода перешли из атмосферы в почву и горные породы. Затем вулканическая активность замедлилась, и больше ничто не пополняло атмосферу. Следовательно, мы считаем, что геологические процессы могут играть важную роль в том, что происходит с атмосферой планеты в долгосрочной перспективе.

На Земле действует тектоника плит: плиты перемещаются в мантию, а затем летучие вещества — например, вода и углекислый газ — вновь выходят на поверхность через вулканы. На Марсе же, возможно, до сих пор есть вулканы, но они извергаются очень редко.

— Марс потерял свою атмосферу и воду также из-за того, что его ядро остыло, а магнитные поля ослабли? Именно эти факторы в итоге привели к трансформации планеты?

— Один из важных вопросов, касающихся каменистых планет с атмосферой, заключается в следующем: важно ли магнитное поле для защиты планеты и сохранения атмосферы или же в некоторых случаях оно может даже способствовать её потере? Думаю, окончательного ответа на этот вопрос пока нет.

Нам нужно более детально изучить магнитные поля вокруг Земли. Провести больше измерений, чтобы понять, что происходит вокруг Земли, а также собрать больше данных о Марсе и Венере. Это единственные три каменистые планеты с атмосферой в Солнечной системе.

У меня есть коллеги, которые вполне убеждены, что при проведении точных измерений с помощью радиотелескопов можно будет обнаружить магнитные поля и у экзопланет — планет, вращающихся вокруг других звёзд. Возможно, таким путём мы получим больше данных по этому вопросу. Но то, что мы знаем наверняка, заключается в следующем: геологическая активность Марса — вулканическая активность, сопровождающаяся выбросом газов в атмосферу, а также землетрясения или, точнее, марсотрясения, при которых сотрясается поверхность, — со временем ослабла.

Сейчас подобные явления происходят гораздо реже, чем, скажем, два или три миллиарда лет назад, в середине истории Марса. Однако Марс активен и сегодня. Из данных посадочного аппарата InSight мы знаем, что на Марсе происходят толчки, что, вероятно, означает движение магмы под поверхностью, хотя и не столь активное, как раньше. Думаю, теперь мы понимаем, какую решающую роль этот геологический цикл играет на протяжении очень длительного времени в том, сможет ли планета стать средой, пригодной для жизни, или нет.

— Иногда мы смотрим на Марс и думаем: может ли он однажды стать вторым домом для человечества, если с Землёй что-то случится? Илон Маск и другие предлагают колонизировать Марс, говоря даже о возможности восстановления атмосферы планеты. Но насколько реалистичны эти идеи? Это наука или всё ещё преимущественно область научной фантастики?

— Прежде всего, я хочу чётко заявить, что я в значительной степени поддерживаю исследования Солнечной системы с участием человека, в частности Луны и Марса. И мне бы очень хотелось, чтобы у нас были поселения на Луне и Марсе, предназначенные для научных исследований. Для меня как для геолога это чрезвычайно интересно. Но идея о том, что Марс может стать Землёй 2.0, думаю, относится к жанру научной фантастики.

Одна из возможностей заключается в том, чтобы люди могли жить на Марсе внутри специальных сооружений. Можно представить себе мир, где внутри этих сооружений будет воздух, будут выращивать растения и заниматься сельским хозяйством. Но людям придётся оставаться внутри этих сооружений.

На Марсе недостаточно сырья для того, чтобы можно было осуществить столь масштабное терраформирование или любой другой процесс, который превратил бы планету в подобие Земли. Однако можно создать жилые среды и жить внутри них. Марсианский грунт, тем не менее, будет пригоден для выращивания сельскохозяйственных культур.

— Если бы у Вас была возможность открыть одну из до сих пор неизвестных страниц истории Марса — то, чего мы пока не знаем об этой планете, — что бы Вы хотели открыть?

— Я действительно очень хочу знать, есть ли сегодня на Марсе вода или нет.

Есть два места, где нам нужно искать. Во-первых, нам нужно изучить лёд в средних широтах планеты, чтобы выяснить, образуется ли внутри него небольшое количество воды, когда на него падает солнечный свет и воздействует на вещества, находящиеся внутри и вокруг пылинок.

Второе место, где нужно искать, — подземное пространство, поскольку вода из этого льда может оказаться и под землёй. Мы ещё не установили соответствующие приборы, которые позволили бы это изучить. На самом деле мы только начинаем изучать Марс как планету.

— Значительная часть Ваших исследований посвящена также изучению воды на других планетах. Почему вода так важна в планетологии? Действительно ли главная причина заключается в том, что её наличие может свидетельствовать о возможности существования жизни за пределами Земли?

— Вода важна по многим причинам.

Она однозначно является предпосылкой для возникновения жизни. Сначала должна существовать химия, чтобы стала возможной биохимия. Мы сами в основном состоим из воды, а химические процессы, способствующие возникновению жизни, включают образование органического углерода и других веществ с участием воды. Следовательно, изучение истории воды означает отслеживание происхождения необходимых для жизни компонентов, потенциальных сред для её существования и, возможно, даже обнаружение самой жизни.

— При изучении других планет мы во многом полагаемся на роботизированные миссии — отчасти и потому, что космические полёты с участием людей всё ещё сопряжены с рисками. Но есть ли что-то, что исследователь-человек может изучить, распознать или обнаружить на другой планете, но что может ускользнуть от внимания роботизированной миссии?

— Какими бы совершенными ни были роботы и искусственный интеллект, в исследованиях с участием человека есть аспект, в котором люди пока значительно быстрее роботов. Люди быстрее изучают местность, связывают особенности ландшафта со своими ранее накопленными знаниями, замечают аномалии и могут реагировать на ситуации, о которых мы обычно даже особо не задумываемся.

Например, что делать, если порода немного неровная или твёрдая? Сегодня отправляемые нами роботы не могут использовать на такой поверхности некоторые приборы, которыми оснащены марсоходы. Поверхность слишком неровная. Поэтому, какой бы интересной ни была эта порода, нам приходится оставлять её и продолжать путь.

В то же время способность человека работать руками и инструментами позволяет гораздо гибче взаимодействовать с окружающей средой, постоянно адаптируя свои действия к ситуации. И это одна из причин, почему я так активно выступаю за исследования Луны и Марса с участием человека: они ускоряют процесс исследований.

— Ваши исследования в основном сосредоточены на планетах нашей Солнечной системы, а изучали ли Вы также данные об экзопланетах? Если да, то какие три самые странные или самые интригующие экзопланеты Вам встречались?

— Не уверена, что могу назвать три самые странные экзопланеты, так как не трачу много времени на размышления о них.

Как геолог я могу сказать, что для меня самое интересное — это то, что сейчас мы можем видеть поверхности некоторых экзопланет, используя телескоп Джеймса Уэбба и полученные с его помощью спектры. Сотни, если не тысячи, присутствующих в них длин волн имеют важное значение, поскольку благодаря им можно выяснить, из чего состоит поверхность той или иной планеты. А что этот тип горных пород может рассказать нам об истории планеты и о том, какая атмосфера могла сформироваться из подобной лавы?

И всё это становится всё более интересным, поскольку небесные тела, которые раньше были для нас всего лишь точками света, теперь становятся объектами, функционирование и особенности которых мы можем начать понимать.

— А почему важно продолжать задавать вопросы?

— В людях заложено фундаментальное стремление задавать большие вопросы. Например: как мы здесь оказались и одиноки ли мы? А постановка научных вопросов — это просто способ, делая небольшие шаги, приблизиться к ответам на эти более масштабные вопросы.

— Что Вы считаете величайшим научным достижением XXI века?

— Пожалуй, скажу, что величайшее научное достижение XXI века — это секвенирование ДНК. Быстрое определение последовательности ДНК и освоение методов манипуляции с ней — это, пожалуй, именно те достижения, которые я бы выделила.