реферат – Возникновение жизни в солнечной системе и жизнь в космосе.

Наличие жизни на других мирах нельзя считать доказанным.

Многие астрономы считают, что за пределами солнечной системы имеется немало планет, которые могут быть сходны с Землей по условиям для жизни и, следовательно, населены разумными существами. Но эти миры так далеки от нас и мы знаем о них практически настолько мало, что обсуждать вопрос о формах жизни на них — задача нереальная.

Существуют утверждения, что в метеоритах были обнаружены органические соединения (углеводороды и некоторые другие) и даже споры бактерий. Но могли ли сохраниться бактерии при переносе их через космическое пространство и не сгореть, когда метеорит проносился через атмосферу Земли? Вопрос этот всегда возникает перед биологом, который, кроме того, знает, насколько трудно при подобных исследованиях избежать заражения метеорита извне земными формами, быть может даже еще неизвестными науке.

Более твердая почва под ногами оказывается у ученых, когда речь идет о возможности жизни на планетах солнечной системы. Некоторые из этих планет находятся на таком расстоянии от Земли, которое уже может быть преодолено космическими кораблями; точно узнать, есть ли на них жизнь, — это не только теоретическая задача; это насущная проблема сегодняшнего дня космической биологии и астронавтики. По предложению астронома Г. А. Тихова наука, изучающая вопросы жизни на других мирах, названа астробиологией.

Обсуждая вопрос о возможности существования организмов на планетах солнечной системы, астрономы уже давно пришли к единодушному мнению, что речь может идти только о Марсе и Венере.

Такого мнения придерживаются и биологи. Солнечную систему можно разделить на три участка или зоны, отличающиеся по освещенности, температуре и другим факторам. В зоне, ближайшей к Солнцу, находится одна планета — Меркурий. Он всегда обращен к Солнцу одной стороной, температура которой равна 340°; на противоположной стороне — холод космического пространства. Избыток лучистой энергии и отсутствие атмосферы исключают возможность здесь жизни.

Дальше от Солнца во второй зоне находятся Венера, Земля и Марс с их спутниками. Расстояние от Солнца до Венеры равно 108 млн. км; освещенность у верхней границы ее атмосферы равна примерно 268 тыс. люкс. Земля находится на расстоянии 149 млн. км от Солнца, освещенность у верхней границы атмосферы — 140 тыс. люкс. Марс удален на 228 млн. км от Солнца, и соответственно освещенность его меньше — 60 тыс. люкс. Эта зона солнечной системы наиболее благоприятна для жизни; температуры на планетах допускают существование организмов, в атмосфере их есть вода и кислород, хотя бы в ничтожных количествах. Хотя часть ученых считает, что наличие кислорода «а Марсе и Венере не доказано, а температуры и состав газов в атмосфере этих планет неблагоприятны для жизни, все же именно здесь надо искать жизнь в пределах солнечной системы. На описании физических условий этих планет мы дальше остановимся подробнее.

Что касается третьей зоны, то она настолько удалена от Солнца, что совсем не пригодна для жизни. В этой зоне находятся планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Они получают мало света, температура на них исключительно низкая, атмосферы состоят из таких газов, как метан и аммиак. Вследствие вечного глубокого холода зарождение на этих планетах живых существ мало вероятно, а вернее — исключено.

Вернемся к Венере и Марсу. Далеко еще не разгадано, что представляют собой эти планеты. Венера покрыта плотным слоем облаков из газов, состав которых до конца не известен. Поверхность планеты не просматривается астрономическими приборами.

В атмосфере Венеры имеется азот и в большом количестве углекислота. До последнего времени ученые не могли обнаружить здесь спектральные линии кислорода и водяных паров. Но в 1962 году советские астрономы сообщили об открытии в атмосфере Венеры кислорода. Для астробиологии это чрезвычайно важно. В. И. Вернадский считает, что весь кислород на Земле биогенного происхождения — образован растениями. Правда, кислород может возникать неорганическим путем, в результате окислительных реакций под давлением ультрафиолетовой радиации, но количество, его при этом не может быть велико. Наличие кислорода на Венере повышает вероятность существования на ней организмов, обладающих дыханием.

Есть ли на Венере вода? В 1960 году было получено сообщение, что американцу Стронгу с помощью телескопа, поднятого на высоту 24 км, удалось обнаружить в атмосфере Венеры водяные пары. Существует мнение (Н. Барабашов), что на Венере значительная часть поверхности представляет собой океан; тогда, естественно, имеются и пары воды.

Температура Венеры должна быть выше, чем на Марсе и Земле, но ее трудно установить ввиду мощного облачного слоя и отсутствия точных данных о суточном вращении вокруг оси. По одним данным, температура освещенной стороны около 60—80° днем, а ночью падает до 0°; по более новым измерениям, полученным с помощью радиотелескопа, она достигает 170—300°, что уже исключает возможность на ней жизни. Согласно выводам А. А. Белопольского, Венера не может быть обращена к Солнцу одной стороной, а следовательно, температура на ней должна быть значительно ровнее.

Итак, астрономы не располагают еще достаточными сведениями для того, чтобы биологи могли высказать свое мнение о возможности существования на Венере растений и животных. Если принять наиболее оптимистические данные, которые говорят в пользу наличия в атмосфере Венеры кислорода, не слишком высокой температуры, больших водных пространств, то эта планета может быть обитаемой. Следует отметить, что огромное количество углекислоты в атмосфере Венеры исключает существование животного мира, подобного земному. Углекислота для животных — сильнейший яд. На Земле она образуется как продукт жизнедеятельности организмов, но постоянно связывается зелеными растениями и не накапливается в атмосфере.

Причина столь высокого содержания углекислоты на Венере пока является областью догадок.

Марс, о природе которого мы имеем значительно больше сведений, привлекает главное внимание астробиологов. О возможности жизни на Марсе написано очень много. Тем не менее есть масса неразрешенных вопросов, а в последнее время возникли новые гипотезы, принесшие разочарование сторонникам обитаемости этой планеты. Проблема жизни на Марсе все более осложняется.

Правда, следует отметить, что и у нас в СССР и за рубежом сторонников теории обитаемости Марса сейчас больше, чем ее противников. Но очевидно, чтобы ответить на этот вопрос, нужно собрать более точные сведения о физическом и химическом строении его поверхности и атмосферы.

Марс находится в 1—1,5 раза дальше от Солнца, чем Земля. Соответственно он получает меньше солнечной энергии. Благодаря тому, что атмосфера Марса очень разреженная, относительно легко изучать поверхность планеты и определить характер ее движений. Марс вращается вокруг своей оси, и его сутки почти равны по длительности суткам Земли. На Марсе имеется такая же, как у нас, смена сезонов: год делится на лето, осень, зиму и весну; продолжительность года примерно вдвое больше, чем у Земли. Средняя годовая температура на Земле 15°, а на Марсе —23°. Если бы здесь не было сезонных изменений климата, температура была бы постоянно около —23°. При этом вряд ли могла бы зародиться жизнь.

Но на части поверхности Марса в течение долгих месяцев стоит лето с температурой выше 0°. В экваториальной зоне днем температура может достигать 20°. Правда, вследствие разреженности атмосферы теплоотдача здесь очень велика и ночью температура становится отрицательной, достигая —45°. В полярных областях она еще ниже, до —75°. Но ведь у вас в Антарктике зарегистрирована температура и еще ниже: —87°. И ряд организмов сохраняет здесь жизнеспособность, находясь в состоянии покоя, анабиоза.

Максимальная годовая амплитуда на Марсе, достигающая 120°, примерно такая же, как на Земле, но наибольшие годовые колебания температур, которым подвергаются организмы на Земле, вряд ли превышают 90°. Впрочем, и большая амплитуда колебаний вряд ли составит препятствие для жизни. Мы уже видели, как разнообразны приспособления земных организмов к температуре. На Марсе нет водных пространств, но наличие воды в твердом состоянии, по-видимому, окончательно установлено. В 1962 году советский астроном Козырев спектрографически это подтвердил. Большинство астрономов и ранее склонялось к тому, что белые «шапки» на полюсах Марса состоят из тонкого слоя снега, льда или инея. В пользу этого говорит то, что размеры белых «шапок» сокращаются весной и летом. По-видимому, они тают, а значит появляется и вода и может пропитывать грунт.

Относительно толщины снегового слоя существуют различные данные. По одним расчетам, он толщиной всего в несколько долей миллиметра, т. е. это слой инея. По другим, более новым сведениям, наибольшая толщина льда достигает 0,5 м. Академик Фесенков произвел расчет содержания воды на Марсе, исходя из спектроскопического определения паров в атмосфере. Он пришел к выводу, что воды там очень мало: количество водяных паров в тысячу раз меньше, чем в атмосфере Земли, и в 1—10 миллионов раз меньше того количества, которое на Земле содержится в-живых организмах; общее количество воды на поверхности Марса едва ли в несколько раз больше того, что содержится в его атмосфере.

Значит, на Марсе очень сухо. Жизнь на нем, если она есть, проходит в условиях более суровых, чем на Земле в самых сухих пустынях. Но даже в таких пустынях, как Кара-Кумы, где летом температуры предельные для жизни животных 40° и выше в тени, где влажность воздуха ничтожна, а осадков не бывает по нескольку месяцев, мы наблюдаем богатую животную жизнь, начиная от простейших и насекомых, кончая разнообразными видами пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. На Марсе же вследствие более низкой температуры дефицит влажности (разность между количеством влаги, насыщающим воздух при данной температуре, и их действительным количеством) относительно меньше, чем на Земле. Следовательно, организмам там легче переносить недостаток влаги в атмосфере.

Точных данных о том, из каких газов состоит очень разреженная атмосфера Марса, астрофизика, к сожалению, нам пока не дает.

Основным газом в атмосфере Марса считается азот. Обычно принимается, что имеется углекислота в количестве вдвое большем, чем в атмосфере Земли.

Недавно была высказана гипотеза, что полоса спектра, обнаруженная в атмосфере Марса и считавшаяся полосой поглощения углекислоты, принадлежит окиси азота и что некоторые другие линии спектра напоминают линии перекиси и окислов азота. Если эти предположения окажутся правильными, возможность существования на Марсе организмов, сходных с земными, очень сомнительна: окислы азота ядовиты. В спектре атмосферы Марса не обнаружены линии кислорода, но астрономы не отрицают его присутствия. Считают, что на Марсе кислорода в атмосфере примерно 0,1% от того, что есть на Земле.

Итак, условия на Марсе очень отличаются от земных, и вопрос о жизни на этой планете сложен. Но остановимся еще на других особенностях Марса, важных для жизни.

Величина атмосферного давления, по данным многих астрономов, близка здесь к 65±0,6 мм ртутного столба, что соответствует на Земле высоте около 20 км над уровнем моря.

При таком атмосферном давлении точка кипения воды равна 43°. Вследствие того, что масса Марса составляет 0,1 массы Земли, а сила тяжести — 0,4 от свойственной Земле, животные организмы на Марсе должны тратить значительно меньше энергии на двигательные процессы, следовательно, им достаточно меньшего количества кислорода.

В настоящее время нельзя точно сказать, какой радиации подвергается поверхность Марса. Атмосфера Марса значительно прозрачнее земной, но на большой высоте имеется так называемый фиолетовый слой, который поглощает и довольно сильно рассеивает синие, фиолетовые и ультрафиолетовые лучи в области 350—400 ммк. Кроме того, благодаря присутствию азота и углекислоты поглощаются ультрафиолетовые лучи короче 200 ммк. Мы не знаем, проникают ли через атмосферу Марса ультрафиолетовые лучи длиной от 200 до 300 ммк, наиболее опасные для организмов. Не знаем ничего и о проникновении через атмосферу Марса ионизирующей радиации.

Сезонные изменения окраски на поверхности Марса, особенно в области «морей», послужили основанием для предположения, что на Марсе есть растительность, цвет которой меняется в течение года.

Главным защитником этой гипотезы был крупный советский астроном член-корреспондент Академии наук СССР Гавриил Андрианович Тихов, посвятивший почти полвека изучению Марса и доказательству существования на нем растительности. Г. А. Тихов явился организатором интересных исследований спектра отражения и поглощения «пятен», или «морей», на Марсе в разные сезоны и соответственно спектров растений на Земле.

Тихов предположил, что зеленоватые, голубоватые и коричневатые тона этих «пятен» не только указывают на присутствие растительности; изменение их цвета связано с сезонными изменениями климата, вызывающими пожелтение и побурение растительного покрова летом и осенью, подобно тому, как происходит это на Земле.

Но как доказать, что эта окраска обусловлена растениями? Если бы в спектре марсианских «пятен» удалось обнаружить линию поглощения хлорофилла, это служило бы надежным доказательством. Но исследования Тихова не обнаружили поглощения хлорофилла, а профессор Шаронов в 1933 году показал, что «моря» Марса отражают свет с различной длиной волн совсем не так, как земные растения.

Это, однако, не обескуражило Тихова. На Марсе иной климат, считал он, и поэтому оптические свойства растительности там иные, чем на Земле. При низких температурах растениям нужно больше энергии и больше тепла: они поглощают больше длинноволновых (тепловых) лучей, а, следовательно, полоса поглощения хлорофилла в красной, оранжевой и зеленой областях спектра расширяется. Отражаются же преимущественно фиолетовые, синие и голубые лучи. Поэтому марсианские растения должны быть окрашены преимущественно в эти цвета — от голубого до фиолетового.

Если земные растения снять на фотопластинку в инфракрасных лучах, то они будут выглядеть белыми, потому что отражают инфракрасные лучи, несущие много тепла и могущие вызвать перегревание. На снимках же поверхности Марса в инфракрасных лучах «моря» выглядят темными. Тихов считает, что это различие закономерно: вследствие холодного климата и большой разреженности атмосферы на Марсе растения на нем должны поглощать тепловые инфракрасные лучи.

Эта гипотеза получила позже замечательное подтверждение. Сотрудники Тихова изучили спектрально-отражательные свойства растений из разных климатических условий. Оказалось, что многие растения, произрастающие в наиболее холодном климате — в горах Тянь-Шаня, Памира и в субарктике, на инфракрасных снимках выходят темными, в природе они имеют голубоватый цвет, а полоса хлорофилла в спектре их едва заметна.

Таковы, очень кратко изложенные, данные, позволившие Тихову и его сотрудникам защищать точку зрения о наличии растительности на Марсе и обосновать право на выделение особого раздела науки — астроботаники.

Многие астрономы в СССР и за рубежом разделяют взгляды Тихова и применяют его методы исследования. Синтон и Дольфус провели спектроскопические исследования и изучили контрастность и поляризацию на поверхности Марса. Они тоже считают вероятным, что изменения окраски марсианских «пятен» являются результатом деятельности организмов. Они предполагают, что это могут быть низшие растения, подобные вашим споровым: грибам, лишайникам, мхам, водорослям и, наконец, окрашенным бактериям.

Синтону удалось обнаружить небольшую полосу поглощения в инфракрасной области спектра отражения Марса. Она принадлежит связи С—Н органических соединений. Аналогичные полосы обнаружены в спектрах отражения лишайников и мхов в земных условиях.

Видный американский астробиолог Страгхолд считает, что проблему «пятен» на Марсе нельзя еще считать разрешенной, и обращает внимание при этом на мало понятную чрезмерную скорость роста «пятен», достигающую весной 10—20 км за день. Но если предположить, что с этой скоростью происходит таяние тонкого слоя льда или снега, из-под которого обнажаются растения с мало изменяющейся в течение года окраской, подобные нашим лишайникам или хвойным, то это сомнение отпадает.

Далеко не все ученые согласны с биологической теорией, объясняющей изменения в окраске поверхности Марса изменением цвета растительности. Существует ряд других гипотез, утверждающих, что эти явления вызваны чисто химическими процессами, совершающимися либо в грунтах, либо в атмосфере.

Выше уже упоминалось, что в атмосфере Марса много окислов азота. Эти газы под влиянием температуры могут менять свою окраску. Но сразу же возникает вопрос: откуда появились окислы и перекиси азота в атмосфере Марса? На этой планете до сих пор никогда не удавалось обнаружить вулканическую деятельность или ее следы; поверхность Марса представляется наблюдателю весьма ровной и гладкой. Академик В. И. Вернадский в своих замечательных исследованиях о геохимической роли организмов на Земле показал, что именно жизнь вовлекает в круговорот веществ большинство химических элементов земной коры. Химические процессы без участия активной жизнедеятельности протекают медленно и незаметно. И нигде на Земле нельзя наблюдать быстрых изменений окраски поверхности на огромных пространствах, вызываемых процессами, протекающими в грунтах или почвах.

Все эти соображения склоняют нас в пользу гипотезы, что сезонные изменения на поверхности Марса обусловлены органической жизнью. Но, конечно, для ее подтверждения нужны новые, строго проверенные факторы.

Как мы видели, при самых оптимистических выводах о возможности жизни на Венере и Марсе условия для жизни там не только резко отличаются от земных, но и чрезвычайно суровы вообще. Поэтому, допуская существование там жизни, мы не можем рассчитывать найти жизнь высокоразвитую и такую же разнообразную, как на Земле с ее гораздо более благоприятными условиями.