БЛАГОДАРЯ ИЗОБРЕТЕНИЮ ТЕЛЕСКОПА в XVII в. удалось открыть множество новых миров. В 1610 г. Галилей впервые заметил четыре крупных спутника Юпитера. Система Юпитера напоминала Солнечную систему в миниатюре: маленькие спутники летали вокруг Юпитера, точно как, по мысли Коперника, планеты обращаются вокруг Солнца. Это был еще один удар по геоцентризму. Сорок пять лет спустя прославленный голландский физик Христиан Гюйгенс открыл спутник, обращающийся вокруг Сатурна, и назвал его Титаном
[26]. Это была яркая точка, удаленная на миллионы километров, блиставшая отраженным солнечным светом. Со времен открытия Титана, когда в Европе мужчины носили длинные пышные парики, до конца Второй мировой войны, когда американцы стали предпочитать ежик, о Титане не удалось узнать практически ничего, за исключением одного факта: спутник имеет странный рыжевато-коричневый цвет. Наземные телескопы теоретически позволяли различить на Титане лишь некоторые загадочные детали. На рубеже XIX–XX вв. испанский астроном Х. Комас Сола сообщил о слабых и косвенных доказательствах в пользу того, что у Титана есть атмосфера.
В определенном смысле я рос под сенью Титана. Я писал докторскую диссертацию в Чикагском университете под руководством Джерарда Койпера – астронома, который смог убедительно доказать, что атмосфера у Титана действительно есть. Койпер – голландец, прямой интеллектуальный потомок Христиана Гюйгенса. В 1944 г., изучая Титан через спектроскоп, Койпер с изумлением обнаружил в его атмосфере характерные спектральные линии метана. Направил телескоп на Титан – появились линии метана
[27], отвернул телескоп от спутника – ни следа метана. Но считалось, что спутники не могут удерживать плотную атмосферу – так, у Луны никакой атмосферы нет. Титан же обладал атмосферой. Койпер понял, что, несмотря на слабость гравитации Титана по сравнению с земной, атмосфера вокруг спутника сохраняется по той простой причине, что в верхних слоях этой атмосферы очень холодно. Молекулы просто не развивают достаточной скорости, чтобы преодолеть притяжение Титана и в больших количествах утекать в космос.
Дэниэл Харрис, ученик Койпера, убедительно доказал, что Титан красноватый. Возможно, мы видим на нем такую же ржавую поверхность, как на Марсе. Чтобы еще кое-что узнать о Титане, можно было измерить поляризацию отражаемого им солнечного света. Обычный солнечный свет не поляризован. Джозеф Веверка, в настоящее время сотрудник Корнеллского университета, был моим аспирантом в Гарварде; можно сказать, Койпер приходился ему «научным дедушкой». В своей докторской диссертации, которую Веверка защитил около 1970 г., он описал измерения поляризации Титана и открыл, что она изменяется в зависимости от относительного расположения самого Титана, Солнца и Земли. Но это явление совершенно не походило на аналогичные изменения, скажем, у Луны. Веверка пришел к выводу, что характер подобных изменений согласуется с наличием обширных облаков или дымки на Титане. Рассматривая этот спутник через телескоп, мы не видим его поверхность. Мы ничего не знаем о том, какова эта поверхность. Не представляем, насколько глубоко под облаками она находится.
Итак, к началу 1970-х гг. благодаря наследию Гюйгенса и его интеллектуальных потомков мы как минимум узнали, что у Титана плотная, насыщенная метаном атмосфера, что он, вероятно, окутан вуалью красноватых облаков или аэрозольной дымкой. Но какие облака могут быть рыжими? В начале 1970-х гг. мы с коллегой Бишуном Харе ставили в Корнелле эксперименты: облучали различные модели насыщенной метановой атмосферы ультрафиолетом или потоками электронов. В результате у нас получался красноватый или коричневатый осадок; это вещество покрывало стенки лабораторных сосудов. Мне казалось, что если богатый метаном Титан имеет красновато-коричневые облака, то они вполне могут походить по составу на то вещество, которое мы получали в лаборатории. Мы назвали этот материал «толин», что в переводе с греческого означает «мутный». Сначала мы могли только гадать, из чего состоит толин. Он представлял собой некую вязкую органику, образующуюся при распаде исходных молекул и при последующей рекомбинации молекулярных фрагментов, состоящих из атомов углерода, водорода и азота.
Слово «органика» не подразумевает биологического происхождения. По давней традиции, закрепившейся в химии более века назад, молекулы называются «органическими», просто если их основу образуют атомы углерода (за исключением немногих простейших молекул, например, моноксида углерода CO или диоксида углерода CO2). Поскольку в основе земной жизни лежат органические соединения, а Земля в течение какого-то времени была безжизненной, органические молекулы на нашей планете должны были образоваться в результате каких-то процессов еще до возникновения первых организмов. Возможно, предположил я, что-то подобное происходит сегодня на Титане.
В 1980-м и 1981 г. в систему Сатурна прибыли «Вояджер-1» и «Вояджер-2» – это были эпохальные события в изучении Титана. Датчики ультрафиолетового, инфракрасного и радиоизлучения позволили определить через атмосферу, каковы давление и температура на Титане – от скрытой поверхности до границы между атмосферой и космосом. Мы узнали, на какой высоте находятся верхушки облаков. Выяснилось, что атмосфера Титана в основном состоит из азота N2 – как и нынешний земной воздух. Другой важнейшей ее составляющей, как правильно предположил Койпер, является метан CH4 – то самое сырье, из которого на Титане образуются органические молекулы.
На Титане было обнаружено множество простых органических молекул, в основном углеводородов и нитрилов. В самых сложных из этих молекул содержится по четыре «тяжелых» атома (углерода и/или азота). Молекулы углеводородов состоят только из атомов углерода и водорода, самые известные углеводороды – это природный газ, нефть и парафины. (Они заметно отличаются от углеводов, таких как сахара и крахмал; в углеводах содержатся еще и атомы кислорода.) Нитрилы – это молекулы, содержащие атомы углерода и азота, связанные особым образом. Самый известный нитрил – это HCN, газ циановодород, смертельный для человека. Но циановодород – одно из звеньев того процесса, в результате которого на Земле возникла жизнь.
Было соблазнительно обнаружить эти простые органические молекулы в верхних слоях атмосферы Титана – даже если их доля составляет одну на миллион или на миллиард других молекул. Могла ли подобная атмосфера существовать на девственной Земле? В настоящее время масса атмосферы Титана примерно в десять раз больше земной, но и молодая Земля также могла обладать более плотной атмосферой.
Более того, «Вояджер» открыл обширную область высокоэнергетических электронов и протонов, окружающих Сатурн; они захвачены магнитным полем планеты. Титан, обращаясь вокруг Сатурна, то окунается в эту магнитосферу, то выныривает из нее. Пучки электронов (плюс солнечный ультрафиолет) бомбардируют верхние слои атмосферы Титана точно так же, как заряженные частицы (и солнечный ультрафиолет) попадали в атмосферу первозданной Земли.
