«Наша Земля уникальна». Интервью с космохимиком Верой Дорофеевой

Откуда на Земле появилась вода? Почему, обнаруживая ее на других небесных телах, ученые не находят там следов жизни? О том, что скрывают газовые оболочки планет и какие тайны космоса еще предстоит разгадать, рассказывает Вера Алексеевна Дорофеева, доктор химических наук, главный научный сотрудник ГЕОХИ РАН.

— Как вышло, что вы начали заниматься космохимией?

— После защиты кандидатской диссертации в 1978 г. я решила сменить объект исследования, и замечательный ученый-изотопист Юрий Александрович Шуколюков посоветовал мне обратить внимание на космохимию. Совпадение интересов — государственных, научных и моих личных — направило нас к изучению процессов в газовой среде, в частности в атмосфере Венеры.

— Это были годы, когда Венера активно исследовалась, было огромное количество успешных посадок, так что Венеру даже назвали «русской планетой».

— Существовала странная закономерность: Советский Союз в то время более-менее благополучно осуществлял посадки на Венере и очень неудачно — на Марсе, а американцы наоборот — у них Марс был удачен, а Венера нет. В нашем институте была лаборатория, возглавляемая генеральным конструктором Юрием Александровичем Сурковым. Тогда наш институт был головным по исследованию разных космических тел, в том числе планет, и вся информация стекалась сюда. Мы были на третьем, а они на четвертом этаже. Оттуда мы получали данные и пытались построить модели атмосферы Венеры. Тогда это было неизвестно, что сделало задачу очень интересной. Оказалось, что атмосфера там — не просто газовая среда, а сложная многослойная система, в которой образовываются разного рода конденсаты.

— Ваши модели оказались верны?

— Да, мы добились достаточно больших успехов. Этот опыт удивительным образом пригодился, когда случилась Чернобыльская авария.

— Каким образом?

— Дело в том, что тогда при взрыве реактора в атмосферу попало большое количество редких элементов в форме газов. Нам надо было понять, почему их нашли в Швеции. Ведь информацию о том, что произошел этот взрыв, мы получили именно из Швеции. Они обнаружили в верхних слоях атмосферы повышенное содержание разного рода редких элементов, которые не должны там присутствовать в мирное время.

— И это действительно было связано с Чернобылем?

— Сто процентно. Это было доказано. Естественно, они забили тревогу. Нашу лабораторию привлекли к этой работе, и мы стали моделировать процесс этого взрыва. Но для этого надо было понять, что взорвалось, из чего состоит реактор, какие элементы с максимальной вероятностью могли достичь достаточно высокого уровня. Дальше происходила конденсация, образовывались аэрозоли, которые могли быть отнесены ветром в ту или иную сторону, в частности на северо-запад. В этих исследованиях были заинтересованы ученые всех стран, потому что это уникальный опыт, хотя и ужасный. Но тем не менее из всего надо извлекать уроки. С результатами этих работ я участвовала в международной конференции в Соединенных Штатах, выступала там с докладом.

— Как вас там приняли?

— Меня поразило, насколько тепло нас принимали. Вроде бы к нам должны были относиться предвзято из-за того, что мы русские, но мы встретили сочувствие и очень доброе отношение.

— Вы, наверное, знаете все о планетах и спутниках Солнечной системы, об их газовых оболочках и атмосферах. Это действительно так? Вы ведь изучали далеко не только Венеру.

— Венера была первой ступенью. Но космохимия неиссякаема, как сам космос. Самый популярный вопрос этой науки: откуда взялась вода на Земле?

— Вы смогли на него ответить?

— Нет, конечно. Никто вам на него не ответит, потому что очень много неопределенностей. Но тогда я поняла, что с наибольшим успехом могла бы применить свои знания к изучению именно ранней Солнечной системы: посмотреть, в каких условиях происходило образование первых планетных тел. Для этого нужна была модель околосолнечного протопланетного диска, основанная не только на химии или космохимии, но и на физике, астрономии и математике. Это потребовало очень больших знаний и тесного контакта с ведущими специалистами. В частности, над моделью ранней Солнечной системы мы работали с группой Виктора Алексеевича Сафронова из Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН и его ближайшим учеником Андреем Борисовичем Макалкиным. Разработанная нами самосогласованная модель легла в основу моей докторской диссертации. Прошло 30 лет, но основные выводы остались незыблемыми. Это оценки временных параметров, температуры и давления на разных радиальных расстояниях от Солнца, которые менялись в процессе эволюции газопылевого околосолнечного диска и диссипации из него газа.

— Есть ли для вас ясность, как образовалась Солнечная система?

— Согласно современным представлениям, Солнечная система образовалась из газопылевого облака, где пыль составляла 2% массы, а газ — это водород с небольшой добавкой гелия. Данный процесс занял порядка 10 млн лет. За это время возникло все, что мы видим: Солнце, планеты-гиганты с их спутниками, ядра каменных планет, астероиды, кометы. Именно фазой, определившей состав космических тел и их атмосфер, мы и занимались. Для этого нужно было вычислить, как менялись температура и давление в околосолнечном диске по радиусу и по высоте вплоть до того момента, пока газ был окончательно выметен. Я рада, что основные выводы остались актуальными, а изданная и на их основе книжка «Эволюция ранней Солнечной системы» стала библиографической редкостью.

 — Возвращаясь к воде, которая на Земле стала основой жизни: есть ли тут хоть какое-то понимание?

— Безусловно, есть, потому что водой мы занимаемся постоянно, но мы все время получаем все новые и новые данные экспериментальной науки. На них основываются все модели. Они должны согласовываться и с наблюдательными астрономическими данными, и с космохимическими, поскольку сейчас возникает много новых данных и представлений о воде.

— Например?

— Например, на основе изотопных данных отношения дейтерия к водороду в молекуле H₂O можно сказать, откуда пришла эта вода. Сравнивая значение отношения дейтерия к водороду на Земле и на других объектах Солнечной системы, исследователи пришли к выводу, что ближе всего по изотопному составу подходит вода в астероидах, так называемых углистых астероидах СI. Тела, подобные им, в принципе могли, поступая на Землю, принести нам эту воду.

— Астероиды — космические водовозы?

— Возможно. На самом деле соотношение водорода к дейтерию по сей день остается самой важной характеристикой молекулы воды, которая позволяет определить ее генезис, то есть откуда она пришла. Эта величина существенно зависит от температуры и возможности изотопного обмена с молекулярным водородом. И эта характеристика легла в основу гипотезы: воду на Землю принесли углистые астероиды. Поскольку в них может содержаться до 20% воды, этого достаточно, чтобы насытить нашу планету водой.

— Не могу себе представить, что же это за астероиды, чтобы наполнить Землю таким количеством воды.

— На самом деле воды на Земле немного. По современным представлениям, это Мировой океан и вода внутри планеты — от трех до семи-восьми масс, равных Мировому океану. Десять масс Мирового океана — это очень немного. Расчет показывает, что эта модель выглядит физически обоснованной. Но для этого надо найти аналоги тех самых астероидов, которые в свое время достигли Земли. И вот с этим проблема.

— Не могут найти?

— Пока не могут. Астероидный пояс, расположенный между Юпитером и Марсом, утратил девять десятых своей первоначальной структуры из-за гравитационного влияния Юпитера. Тем не менее такое тело, которое бы по всем спектроскопическим свойствам могло бы напоминать подобный астероид, отсутствует. Тогда возникла идея, что это не тело целиком, а результат разрушения более крупных тел. Они летели на Землю, но что произошло на самом деле, мы не знаем.

— А почему все летели на Землю, а не на Марс, например, или Венеру?

— Они летели всюду, в основном на Солнце.

— На Солнце, конечно, у них не было шансов создать океан. Но почему Венера или Марс тогда не имеют аналогичных с Землей условий?

— Теперешние исследования Марса показывают, что вода там, безусловно, была. Об этом говорят высохшие русла рек, округлая форма камней, которые там находятся, исследования грунта. Но в силу эволюции Марс — очень маленькая планета, ядро там остыло весьма быстро. В отсутствие вращающегося металлического ядра нет магнитного поля, то есть нет той защиты, которая смогла бы уберечь атмосферу Марса от диссипации, от того, чтобы она была выметена солнечным ветром. Земле очень повезло. Она крайне удачно расположена в Солнечной системе. Плюс-минус 10% — и ничего из того, что мы имеем, не было бы. В частности, у нас есть металлическое жидкое ядро, которое вращается, образуя магнитное поле, и оно-то нас от всего спасает. Например, на Луне одна из основных проблем — как защитить астронавтов, которые там собираются высаживаться, от радиации. Эта проблема возникла, потому что там нет атмосферы. На Венере есть вода, но она расположена на 30% ближе к Солнцу, чем Земля. И это предопределило характер эволюции ее атмосферы. Вода и многие другие элементы перешли в газовую фазу, вступив в реакцию с минеральными компонентами и изменив свою структуру. В процессе реакции легкий водород исчез, диссипировал, а тяжелый остался. И по соотношению тяжелого и легкого водорода мы можем судить, сколько там изначально было воды.

— Тем не менее выдвигается гипотеза о том, что именно в атмосфере Венеры, в этих облаках может существовать некая летучая форма жизни, которая дрейфует в потоках газа. Как вы к этому относитесь?

— Не могу сказать, что я глубокий специалист в этой области. Возможно, некие серосодержащие бактерии, оказавшиеся каким-то образом наверху, там и существуют. Не стала бы этого отрицать. Но квалифицированно ответить не могу. Там на уровне 30 км есть слой, который делит атмосферу на две части: внутреннюю и внешнюю. Какая связь между ними, я не знаю. Способны ли эти бактерии преодолеть такой барьер? Вопросов много.

— Но ведь в этих газовых оболочках летали наши советские аппараты «Вега». Почему они там ничего не нашли?

— Вы должны понимать, что это было очень давно. Инструментальные возможности на тот момент были весьма невелики. Кстати сказать, даже те аппараты, которые запускаются сейчас, тоже имеют свои ограничения, прежде всего по массе. Вы не можете туда поставить слишком тяжелый прибор, он будет ограничен по точности. Однако сейчас мы живем в удивительное время, когда началась доставка на Землю грунта и материала с различных космических тел, и это открывает огромные возможности для исследования, чего раньше не было. Но те знания, которые были получены 50 лет назад, оказались безусловным прорывом.

— Можно и сейчас ожидать каких-то прорывов?

— Конечно. Венера — планета загадок. Взять хотя бы то, что она вращается в противоположную сторону, причем достаточно медленно. Согласно существующему мнению, это результат косого удара. Какое-то протопланетное тело или астероид могли ее протаранить и таким образом затормозить вращение. Все планеты крутятся против часовой стрелки, и только Венера — по часовой, но очень медленно. Такие удары претерпели практически все планеты. Об этом свидетельствует наклон их осей вращения относительно плоскости эклиптики. Есть планета, которая буквально «лежит на боку», а ось Земли отклонена от вертикали на 23,5 градуса.

— Вы исследовали в том числе и атмосферы газовых гигантов и их спутников. Причем есть спутники, которые, как Солярис, покрыты океаном...

— Спутника, который бы сплошь был покрыт океаном, не существует. Европа имеет так называемый субповерхностный океан. По всем расчетам и по результатам наблюдений, он находится в 20–30 км под поверхностью. Если вода и попадает на поверхность, она тут же диссипирует, то есть испаряется. Подобное мы видим на примере Цереры. Это большой астероид, или малая планета, которая находится в поясе астероидов, и на ней 25% воды. Там были найдены какие-то белые пятна на фоне темной поверхности. Потом ученые догадались, что это скорее всего соли, хлориды или сульфаты, которые вытекли наружу из-под поверхности в форме водного рассола. Предположим, произошел удар какого-то тела, например метеорита, о поверхность. Это нарушило ее целостность, и какая-то часть рассола вытекла. Оттуда моментально испарилась вся вода, остался порошок, распространенный в этом рассоле. Среди спутников планет-гигантов очень много тел, имеющих субповерхностный океан, но наружу они не выходят. Хотя среди этих спутников есть один уникальный, о котором я могу говорить часами. Это Титан — единственный спутник в Солнечной системе, имеющий атмосферу. Она вдвое плотнее атмосферы Земли. Там под поверхностью есть вода, а на самой поверхности имеются реки, озера, болота, моря, состоящие из жидкого метана, смешанного с этаном и растворенным азотом. Вот такая смесь.

— Думаю, бактерии-экстремофилы вполне могут существовать в таких условиях и на Земле. А может быть, они эволюционировали и стали многоклеточными?

— Вряд ли. Планируется экспедиция на Европу. Главная проблема — пробурить тоннель, чтобы спуститься вниз. Но именно там вполне могут быть живые организмы, возможно, даже какие-то растения.

— Планктон?

— Не хочу гадать. Но я видела кадры, снятые во время одной экспедиции, и там батискаф опускался на километровую глубину. Его иллюминатор был сделан из органического материала с коэффициентом преломления как у морской воды, поэтому изображение не искажалось. Когда на этом батискафе опустились вблизи Антарктиды, оказалось, что там растут фантастические растения и среди них плавают рыбы. А ведь еще несколько десятилетий назад считалось, что жизни нет и быть не может в подобных условиях: огромное давление и отсутствие солнечного света. Но там плавают рыбы с огромными глазами. Зачем они им?

— Значит, они ими не видят, а пользуются как-то иначе.

— Или они, может быть, видят, только другим способом.

— Может быть, и на Титане так?

— Может быть. Но на Титане уж очень холодно. А вот на Европе — возможно.

— К.Э. Циолковский считал, что жизнь разлита всюду во Вселенной. Академик М.Я. Маров считал, что мы не встретимся с нашими братьями по разуму, потому что не совпадаем по времени. Какой точки зрения придерживаетесь вы?

— Михаил Яковлевич был, конечно, философом. Мне до него далеко, но я бы с ним согласилась. Циолковский не имел тех знаний, которые сегодня имеем мы. В свое время ученые, в частности Иосиф Самуилович Шкловский, вычисляли вероятность существования цивилизаций. Учитывая все факторы, которые могут влиять на наличие жизни, И.С. Шкловский пришел к выводу, что мы не встретимся. Этим он объяснял великое молчание Вселенной. Но я считаю, что наука неотделима от политики. Ученые чувствуют огромную ответственность за те выводы, которые они делают. Люди должны сделать все, чтобы сохранить эту планету, эту цивилизацию. Нельзя думать, что если мы бросим Землю на произвол судьбы, то на наше место придут пришельцы и все заново сделают. Нет, этого скорее всего не будет никогда. Поэтому мы должны очень бережно относиться к тому, что имеем. Меня пугает нынешнее развитие средств уничтожения, и политики несут колоссальную ответственность не только перед живущими сейчас, но и перед будущими поколениями. Нельзя надеяться, что кто-то придет и займет наше место.

— Или мы, допустим, займем какие-то другие планеты, которые обнаружили в ходе научных исследований. С этой планетой ничего уже не получается, полетим куда-то еще и будем жить там. Эта мысль тоже не кажется вам привлекательной?

— Не кажется. Надо сохранять то, что мы имеем, потому что Земля уникальна. Наше Солнце находится в середине своей эволюции. Оно будет в таком состоянии еще 4 млрд лет. Остальное зависит от нас. С развитием техники и науки роль ученых возрастает, а вместе с этим и ответственность. Прежде чем фантазировать о том, как мы сядем на звездолеты и куда-то полетим, надо понять, что мы делаем здесь и сейчас. Да и куда мы полетим? В Солнечной системе нет места, где мы могли бы жить. Поэтому ученые должны все время напоминать политикам о том, что сам факт существования человека на Земле удивителен, уникален и неповторим. Мы должны это ценить и охранять. У нас хватает работы здесь, на Земле.

— Что вы имеете в виду?

— Наука сейчас очень быстро развивается, ты не успеваешь переварить всю информацию. Мы живем в безумно интересное время. Раньше единственным внеземным веществом, дававшим основания говорить, откуда на Земле взялась вода, были метеориты. Потом начались полеты к другим спутникам, планетам, кометам, астероидам. Пока к околоземным астероидам, но уже с трех астероидов привезены образцы грунта. Пусть с самого верхнего слоя, сантиметров с 30–50, но будет и глубже. Буквально в течение текущего года мы получили возможность исследовать кометы, прилетевшие к нам из других звездных систем, поскольку налажена система их отслеживания и анализа состава. Эти объекты летят с колоссальной скоростью, и поэтому их нельзя догнать, но есть возможность увидеть их достаточно далеко, проследить какую-то часть пути и понять, чем наша Солнечная система отличается от тех звездных систем, откуда явились эти межзвездные кометы. Впереди нас ожидают исследования комет, астероидов, спутников, будет очень много новой информации, и, может быть, тогда мы поймем, откуда взялась вода на Земле. Но это все не отменяет ответственности за то, что мы имеем. Это глобальная задача.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ