Что служит источником энергии для завораживающих и в значительной степени малоизученных химических процессов в атмосфере Титана? Конечно же, Солнце. В атмосфере Титана активно идут различные фотохимические процессы. Хотя на каждый квадратный метр поверхности Титана приходится гораздо меньше фотонов, чем попадает на поверхность Земли, энергия фотонов в обоих случаях одинакова. Солнечные фотоны, бомбардирующие верхние слои атмосферы Титана, обладают достаточной энергией, чтобы вызвать разложение (фотодиссоциацию) метана. Фрагменты молекул впоследствии присоединяют атомы водорода, азота и других элементов, образуя более сложные органические соединения.
Незнакомый новый мир
Только в 2004 г., когда космический аппарат «Кассини» прибыл к Титану и высадил на поверхность спускаемый аппарат «Гюйгенс», мы поняли, с каким удивительным новым миром мы столкнулись.
Зонд «Гюйгенс» — небольшой стационарный посадочный модуль — был спущен на поверхность Титана на парашюте и совершил посадку 14 января 2005 г. Во время спуска «Гюйгенс» воспользовался своим выгодным положением, чтобы получить изображение ранее невиданной поверхности. Его взгляду предстали невысокие бледные холмы из твердого как камень, водяного льда, изрезанные несметным числом темных, извилистых каналов. Про посадочный модуль «Гюйгенс» можно сказать, что он не столько сел, сколько шлепнулся на поверхность спутника. Он сделал несколько завораживающих снимков окружающего ландшафта: равнины, покрытой густой органической жижей, пересыпанной небольшими булыжниками из водяного льда. Хотя батареи «Гюйгенса» продержались в условиях экстремального холода всего 90 минут, эта экспедиция стала прорывом в изучении Солнечной системы: в первый раз в истории космический аппарат пересек пояс астероидов и совершил посадку на спутник во внешней Солнечной системе.
За последнее десятилетие «Кассини» совершил более сотни пролетов на небольшом расстоянии от Титана. Хотя дымка в атмосфере Титана поглощает излучение как в оптическом, так и в инфракрасном диапазоне, она полностью проницаема для радиоволн. Это обстоятельство позволило «Кассини» сделать четкие радарные снимки поверхности Титана. Подобно тому как выкашивают полосы на лужайке, за каждый пролет «Кассини» снимал только узкую полоску поверхности, но даже при таком ограничении «Кассини» удалось отснять около 50 % общей площади Титана. На этих снимках видно, что большие области поверхности представляют собой гладкие как зеркало равнины. Как мы уже видели на примере антарктического ледяного панциря, это указывает на наличие жидкости, но в данном случае с учетом температуры и состава атмосферы это не вода, а скорее метан или этан.
Кроме того, радарные снимки дают беспрецедентную возможность заглянуть внутрь самих озер: слабое затухание радиосигнала по мере проникновения в слои жидкости — методика, известная как радиолокационная батиметрия — показало, что озера на Титане существенно отличаются друг от друга. Некоторые из них просто мелкие котловины от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров глубиной. Другие, такие как море Лигеи, по величине не уступают Великим озерам в Северной Америке, а их глубины достигают 170 м. Наконец в 2009 г. эти озера предстали во всей своей красе, когда зонду «Кассини», оснащенному картирующим спектрометром видимого и инфракрасного диапазона, удалось заснять отблеск солнечных лучей на их поверхности. Такие зеркальные отражения — подобные блеску солнечных лучей на поверхности земных морей и озер — служат бесспорным свидетельством существования больших резервуаров жидкости на поверхности Титана.
После неожиданного открытия озер последовали новые радарные снимки, на которых были видны реки из метана и этана, а также обширные равнины, очевидно покрытые высокими дюнами из органического песка. Наличие рек — дренажных каналов — согласуется с анализом температур и давления в атмосфере Титана, согласно которому метан должен испаряться из озер во влажные нижние слои атмосферы и выпадать на поверхность в виде осадков. Другими словами, в атмосфере Титана существует аналог земного гидрологического цикла, только роль воды в нем выполняет метан.
Титан — это мир, которому нет подобных. Но чем больше ученые узнают о нем, тем очевиднее становится, что если и стоит говорить о сходстве с каким-нибудь другим миром в Солнечной системе, то по своему химическому составу и физическим процессам Титан больше всего напоминает Землю. Но не сегодняшнюю, а раннюю Землю до возникновения жизни — мир Миллера — Юри, когда в атмосфере не было кислорода и легко синтезировались сложные органические вещества. Это довольно смелое утверждение, если довести его до логического завершения. Хотя мы не знаем точно, как на Земле зародилась жизнь, на сегодняшний момент считается, что она возникла естественным путем в результате проходивших на древней Земле химических процессов. Может ли современный Титан воспроизводить те древние химические условия? И если да, может ли он считаться главным претендентом на существование на нем жизни? Некоторые находят данное утверждение слишком уж смелым. По их мнению, такие факторы, как отсутствие жидкой воды (столь необходимой для земной жизни) и низкие (по сравнению с земными) температуры, являются непреодолимыми препятствиями для возникновения биохимии.
Но этими различиями во мнениях и сопутствующими им сомнениями в безальтернативности наших земных представлений о биохимии и объясняется наш интерес к Титану. Титан заставляет нас взглянуть на мир по-другому, подвергнуть сомнению общепризнанные истины. Когда мы смотрим на земную жизнь с Титана, нам волей-неволей приходится пересмотреть свои прежние взгляды. И это только к лучшему.
Уникальный Титан
В 2000 г. Питер Уорд и Дональд Браунли опубликовали революционную книгу «Уникальная Земля» (Rare Earth). В ней они рассмотрели основополагающие идеи астробиологии, а также цепь совпадений, случайностей и тонкой настройки Вселенной, которая привела к возникновению высокоразвитой жизни на нашей планете. Их главное утверждение состояло в том, что планеты, подобные Земле, населенные живыми существами вроде вас, встречаются исключительно редко. Более того, они допускали, что Земля может быть единственной среди множества обитаемых миров, населенных разнообразными примитивными формами жизни. Но в сознании читателей этой книги утверждения свелись к совершенно неправомерному выводу: «Земля уникальна, жизнь — большая редкость».
Крис Маккей, астроном, работающий в Исследовательском центре Эймса, подразделении НАСА, обыграл некоторые из этих ложных толкований, выступив с концепцией «Уникального Титана». Маккей вообразил астробиолога с Титана, рассуждающего о возможности существования жизни на Земле. Этот астробиолог утверждает, что странная сине-зеленая планета с океанами жидкой воды и насыщенной кислородом атмосферой должна быть абсолютно токсичной для любой формы жизни, биохимия которой сходна с титанианской. Более того, при таких высоких температурах, которые наблюдаются на поверхности Земли, большая часть основных молекул титанианской жизни разрушится. С учетом всего вышесказанного было бы ошибкой выбрать Землю в качестве следующей цели титанианской астробиологической миссии. За этой шуткой стоит важная мысль о том, что нам необходимо избавиться от нашего эмоционального багажа, по крайней мере в той его части, которая касается необходимости воды и умеренных температур для существования жизни, если мы хотим сохранить непредвзятый подход к поискам и окончательному распознаванию хоть сколько-нибудь чуждой нам жизни.
