Libmonster ID: UA-2202

Заглавие статьи КОМЕТЫ И ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ
Автор(ы) НАТАЛИЯ ГОНТАРЕВА, ЕВГЕНИЯ КУЗИЧЕВА
Источник Наука в России,  № 6, 2007, C. 26-31

Кандидат физико-математических наук Наталия ГОНТАРЕВА,

доктор биологических наук Евгения КУЗИЧЕВА, Институт цитологии РАН

Возможен ли синтез биологически активных соединений в условиях космоса на поверхности малых тел Солнечной системы? Поиски ответа на этот вопрос важны для выяснения, вероятна ли доставка органического вещества на поверхность некогда возникшей первичной Земли в период отсутствия атмосферы и интенсивной метеоритной и кометной бомбардировки?


Статьи данной рубрики отражают мнения авторов (прим. ред.)

стр. 26


Фото кометы Галлея сделано с помощью телескопа обсерватории Маунт Вильсон (США) во время ее появления в 1986 г.: слева - общий вид хвоста кометы, справа - ядра.

Орбита кометы Галлея и ее предполагаемое положение в 2024 г., за 37 лет до очередного появления в дальних окрестностях Земли, по отношению к орбитам планет. Комета движется по часовой стрелке, тогда как планеты - в противоположную сторону. Синий цвет - часть орбит, выступающих над плоскостью эклиптики, зеленый - под плоскостью. Орбита кометы Галлея почти полностью под плоскостью эклиптики.

Кометы - небесные тела, вращающиеся вокруг Солнца по вытянутым орбитам и обретающие "хвост" при приближении к нему. Выныривающие из глубины космоса, они выглядят как раскаленные шары, за которыми тянется шлейф из газа и пыли, иногда длиной в десятки миллионов километров. Их ядро (диаметром от сотен метров до 20 км) представляет собой тело из твердых частиц и льда, окутанное туманной оболочкой - комой, достигающей 80 тыс. км в поперечнике. Потоки солнечных лучей выбивают частицы газа из комы и отбрасывают их назад. Предположительно, кометы с долгим периодом обращения залетают к нам из облака Оорта* - там обращаются миллионы их ядер. К настоящему времени обнаружено примерно 200 комет, регулярно приближающихся к Солнцу. Многие из них входят в так называемые семейства. Например, приблизительно 50 "небесных странниц" (их полный оборот вокруг Солнца длится 3 - 10 лет) образуют семейство Юпитера. Чуть малочисленнее семейства Сатурна, Урана и Нептуна. К последнему относится, в частности, знаменитая комета Галлея, о ней далее и пойдет речь.

Она вошла в историю науки как первая, для которой была вычислена траектория и предсказано повторное появление. Это удалось английскому астроному и геофизику Эдмунду Галлею (1656 - 1742), в расчетах опиравшемуся на изложенные в разных источниках свидетельства наблюдений за положением и движением на небе разных комет. Проанализировав данные с 1337 по 1698 г., он пришел к выводу: "Довольно многое заставляет меня думать, что комета 1531 г., которую наблюдал Апиан, была тождественна с кометой 1607 г., описанной Кеплером и Лонгомонтаном**, а также с той, которую наблюдал я сам в 1682 г. Все элементы сходятся в точности, и только неравенство периодов, из которых первый равен 76 годам и 2 месяцам, а второй 74 годам и 10 месяцам, по-видимому, противоречит этому, но разность между ними не столь велика, чтобы ее нельзя было приписать каким-нибудь физическим причинам. Подобными причинами я объясняю неравенство периодов кометы и поэтому с уверенностью решаюсь предсказать возвращение той же кометы в 1758 г. Если она вернется, то не будет более никакой причины сомневаться, что и другие кометы должны возвращаться... Но многие века пройдут, прежде чем мы узнаем количество подобных тел, обращающихся вокруг общего их центра - Солнца...".

Расчет астронома блестяще подтвердился: в 1758 г., спустя 16 лет после его смерти, комету, названную его именем, вновь увидели на земном небосклоне. Следующее возвращение "хвостатой звезды" относится к 1835 г., еще один визит к Солнцу состоялся в 1910 г. Прошло очередных 76 лет, и в 1986 г., когда она опять появилась в дальних окрестностях Земли, ее впервые стали изучать непосредственно в открытом космосе с


* Облако Оорта - гипотетическое облако на периферии Солнечной системы, служащее источником наблюдаемых комет. Идею его существования развивал нидерландский астрофизик Ян Оорт (иностранный член АН СССР с 1966 г.), именем которого и назван предполагаемый космический объект (прим. ред.).

** Петер Апиан (1495 - 1552) - немецкий астроном, математик, картограф; Иоганн Кеплер (1571 - 1630) - немецкий астроном, открывший законы движения планет; Христиан Лонгомонтан (1564 - 1647) - датский астроном (прим. ред.).

стр. 27


помощью автоматических летательных аппаратов, о чем подробнее мы скажем чуть ниже. Новой встречи теперь придется ждать долго - "странница" вернется к нам лишь в 2061 г.

Исследование строения космической гостьи очень важно как для астрономии, так и для науки в целом. По предположению ряда специалистов, комета Галлея сохранила в своем составе протопланетное вещество, имеющее возраст примерно 4,5 млрд. лет. А это значит, что, изучая данное небесное тело, мы сможем получить неизвестные пока данные о физических и химических процессах, протекавших в период зарождения Солнечной системы, ее эволюции.

Но не менее ценны и сведения, касающиеся проблемы происхождения жизни на нашей планете. Вполне вероятно, что химические превращения, происходившие внутри кометы, способствовали синтезу первичных предбиологических соединений, впоследствии занесенных в атмосферу Земли. Такая гипотеза была сформулирована, в частности, американскими учеными Джоном Оро и Антонио Ласкано в 1970-е годы и впоследствии нашла многочисленные экспериментальные подтверждения. А вот англичанин Майкл Уоллес придерживается гипотезы, выдвинутой в 1980-х годах: жизнь возникла во льдах кометного ядра. Он обратил внимание на его сильный радиоактивный разогрев, а это, в свою очередь, способствует интенсивному испарению влаги. Поскольку объем растаявшего кометного льда превышает получившийся при таянии воды, то допустимо возникновение в ядре теплых полостей, содержащих воду и органические молекулы. Такая ситуация удовлетворяет условиям, необходимым для формирования живой материи. Правда, по окончании разогрева вода по мере удаления небесного тела от Солнца вновь замерзает. Закономерен вопрос: не способна ли эта "дремлющая" жизнь выйти из анабиоза в подходящих условиях, например, после попадания на Землю?

Еще один вариант теории панспермии - привнесения жизни на Землю извне - излагал в своих работах физикохимик академик Виталий Гольданский (1923 - 2001). Он предложил новый подход к проблеме, исходя из вероятности образования структурных единиц белков - аминокислот - в мировом пространстве при сверхнизких температурах. Как это возможно? Известно, что для соединения атомов и молекул в более крупные агрегаты необходимо преодолеть силы отталкивания между частицами. "Перепрыгнуть" через такой силовой барьер могут только быстродвижущиеся частицы, для чего требуется достаточно высокая температура. Если же она приближается к абсолютному нулю, их движение замирает. В последнем случае ситуацию спасает так называемый "туннельный эффект"*. Дело сводится к тому, что частица с известной долей вероятности может пройти ниже требуемого энергетического уровня, не перепрыгивая через барьер, а как бы "подползая" под него. В полном согласии с теорией "туннельного эффекта" экспериментаторы добились полимеризации аминокислот при сверхнизких температурах (А. Ласкано, США, 1990 г.). Правда, в условиях космоса эти процессы нуждаются в притоке энергии, например, в виде ультрафиолетового излучения. Значит, скопления органических молекул, "купающихся" в солнечных лучах, с большой долей вероятности можно обнаружить на поверхности комет, проходящих недалеко от Солнца.

Суть всех вышеизложенных гипотез сводится вкратце к следующему: жизнь на Землю была занесена извне с помощью небесных тел, в том числе комет. Предполагается, что в их составе могут присутствовать белки или их составляющие - аминокислоты. Английский астрофизик Фред Хойл (1915 - 2001) пошел в своих предположениях еще дальше, считая, что в кометных хвостах весьма вероятны не только предбиологические вещества, но и вирусы. Когда Земля проходит сквозь


* Туннельный эффект - объяснимое с позиций законов квантовой механики прохождение через потенциальный барьер микрочастицы, энергия которой меньше высоты барьера (прим. ред.).

стр. 28


Ядро кометы Галлея (A), сфотографированное космическим аппаратом "Джотто" в марте 1986 г., и ее структура (B).

такой газопылевой хвост, она может захватить часть возбудителей различных заболеваний. Однако наличие в кометном веществе готовых вирусов кажется нам маловероятным. Комета Галлея, в частности, не представляет подобной опасности из-за сильной разреженности своего хвоста и его обратной ориентации по отношению к Земле.

Что же дает ученым основание считать кометы переносчиками органики? Развитие астрономии и прежде всего такого ее важного раздела, как астрофизика, привело к открытиям, в корне меняющим прежние представления о химической эволюции в космосе. Новые радиоастрономические данные о наличии биоорганических соединений в межзвездной среде, пробы лунного и марсианского фунта и образцы кометного вещества дают возможность судить о внеземной эволюции органики. Уже продемонстрированное единство элементного и структурного состава разных космических объектов свидетельствует об универсальности действия физических и химических законов во Вселенной.

Ныне установлено: межзвездная среда заключает в себе облака газа и пыли, где эволюционирует материя. Это утверждение проверено многочисленными радиоастрономическими наблюдениями, в частности, проводимыми Пулковской обсерваторией (под Санкт-Петербургом). Если Земля, по мнению американского ученого Сирила Поннамперумы, сформулированном во многих работах (Международная конференция Общества по происхождению жизни, 1996 г.), "является образцовой лабораторией процессов, которые могли происходить бесчисленное количество раз в других солнечных системах", то межзвездная среда оказалась гигантской лабораторией органического синтеза. Ее химический состав превзошел самые смелые ожидания. В ней обнаружен, в частности, циановодород - соединение совершенно уникальное в контексте процессов химической эволюции на нашей планете, поскольку не только сахара, но и пиримидиновые и пуриновые основания*, вероятнее всего, возникли на Земле из его молекул, а также формальдегида, аммиака и воды еще до появления собственно жизни. Следующие, более сложные звенья эволюционной цепи выявлены при изучении качественного состава метеоритного и кометного вещества. В метеоритах обнаружены аминокислоты, углеводороды, а также простейший предшественник хлорофилла - порфирин.

Из сравнения химического состава малых космических тел и Земли вытекает важная закономерность: наиболее распространенные в Галактике элементы (водород, углерод, азот и кислород) составляют основу живого вещества. В книге "Химическая эволюция: происхождение жизни" (1992 г.) группой американских ученых под руководством С. Поннамперумы было сформулировано предположение, что ударные волны, возникающие при столкновении планет с кометами, служат эффективным источником свободной энергии для синтеза органических веществ. Этому способствуют также тепло, электрические разряды, ультрафиолетовое излучение, другие подобные природные источники. В дальнейшем полученные вещества могли вступать в реакции между собой на поверхности силикатных, металлических и некоторых иных частиц, входящих в состав кометных ядер. Данная гипотеза впоследствии получила экспериментальное подтверждение в лаборатории С. Поннамперумы в Университете штата Мэриленд (США).

И еще один аргумент в пользу того, что жизнь могла быть привнесена извне с помощью комет. Судя по изотопному составу, они древнее Земли и содержат в себе материю, позже послужившую строительным материалом при формировании планет. За 4,5 млрд. лет существования нашей планеты она предположительно около ста тысяч раз сталкивалась с кометами. За это время на ее поверхность могли быть заброшены миллиарды


* Пиримидиновые и пуриновые основания - органические соединения, участвующие в построении нуклеиновых кислот и других биологически активных веществ (прим. ред.).

стр. 29


тонн "строительных блоков" жизни. До какого же уровня эволюционировал процесс создания живой материи на космическом этапе?

Модельные эксперименты, проведенные на орбитальных станциях "Салют" (1978, 1985 гг.) и "Мир" (1986, 1999 гг.) сотрудниками Группы экзобиологии Института цитологии РАН*, показали вероятность образования в космосе нуклеотидов и полипептидов с природной связью. Указанные опыты, наряду с наземными контрольными, выявили несколько принципиально важных закономерностей. Во-первых, они продемонстрировали устойчивость биологических молекул к агрессивному воздействию космической среды и способности к долгосрочному пребыванию в неблагоприятных условиях. Во-вторых, было показано: формирование более сложных соединений реально, т.е. подтвердилось предположение авторов данной статьи о протекании эволюционных процессов в космическом пространстве. В-третьих, получила подтверждение выдвинутая ими гипотеза о защитных свойствах метеоритной пыли и лунного грунта. Это еще раз говорит о правомерности теории панспермии и возможности сохранения биоорганических молекул в составе малых тел Солнечной системы - комет и метеоритов. Разумеется, данная гипотеза требует дополнительных доказательств - как опытных, так и теоретических. В настоящее время развитие научной базы позволяет усложнить постановку экспериментов на орбите и максимально приблизить их условия к существующим, например, в ядре кометы. Такие работы планируются на российском сегменте Международной космической станции (2012 г.) и на биоспутниках "Бион" (2010 г.) при участии сотрудников Института цитологии РАН. Мы надеемся в дальнейшем на более полное понимание того, что происходит в недрах пришельцев, периодически навещающих окрестности нашей планеты.

Синтез нуклеотидов и полипептидов с природной связью требует, как уже указывалось, притока ультрафиолетовой радиации, нагревания, иных источников энергии. И если предположить, что на поверхности кометы или внутри ее в сходных радиационных условиях образовались подобные соединения, то цепная реакция химической эволюции могла быть запущена в результате даже одного-единственного контакта с этим небесным телом.

Конечно, далеко не всякая "хвостатая звезда" несет в себе зачатки жизни, и вовсе не каждый контакт способен стать решающим. Но с увеличением количества столкновений с кометами повышается и вероятность благополучной доставки биологического материала.

А теперь зададим себе вопрос: не является ли комета Галлея, периодически возвращающаяся к Земле, одной из "прародительниц" жизни на нашей планете? Ответ приблизила космическая миссия "Вега" во время последнего (тридцатого по счету) за все время наблюдений появления кометы в 1986 г. Тогда на встречу с ней были посланы советские межпланетные автоматические станции "Вега-1" и "Вега-2" (обе затем совершили мягкую посадку на поверхность Венеры), европейская "Джотто" и японские "Сакикаге" и "Суисей". Что касается отечественных аппаратов, то они с небольшим временным интервалом прошли через кому, окружающую ядро кометы. Конечно, при относительной скорости сближения кометы и станции около 80 км/с невозможен длительный контакт, но и столь краткое свидание (минимальное расстояние до кометы у "Веги-1" составило 8,9 тыс. км, у "Веги-2" - 8 тыс. км, а вся аналитическая работа в космосе заняла в целом около 2 ч) дало много ценной информации. Успешно выполнил свою миссию и зонд "Джотто", пролетевший примерно в 600 км от "космической гостьи".

Что же конкретно удалось выяснить? Оказалось, ядро кометы Галлея состоит в основном из обычного льда (с небольшими включениями углекислых и метановых


* См.: Н. Гонтарева, Е. Кузичева. Жизнь пришла из космоса? - Наука в России, 2006, N 5 (прим. ред.).

стр. 30


льдов), а также пылевых частиц. Именно они образуют оболочку "путешественницы", а с приближением ее к Солнцу часть из них переходит в хвост. Ядро неправильной формы, размеры его - 14 км в длину, 7,5 км в поперечнике. Оно вращается вокруг оси, которая, как предполагал еще немецкий астроном Фридрих Бессель (1784 - 1846), почти перпендикулярна плоскости орбиты кометы. Период собственного обращения 53 ч. В ходе анализа собранных данных было выявлено также, что ядро имеет пористую структуру и среднюю плотность около 0,3 г/см3. Исследование газопылевых выбросов из ядра показало: активно лишь около 10% его площади. Структуры, видные на снимках как выступы и впадины, появились в результате продолжительных изменений поверхностной морфологии. Масса кометы примерно в миллиард раз меньше чем у Земли, а плотность вещества из ее хвоста практически равна нулю.

Химический состав газовых выбросов различен и зависит от расстояния от ядра. "Родительские молекулы" в начале этой цепи идентичны составу ядра. Как и предполагалось, молекулы воды доминируют - их 80%. К другим "родительским" структурам относятся монооксид углерода (10%), диоксид углерода (2,5), метан (7), аммиак (0,1%), цианистый водород и различные углеводороды. Железо и натрий наряду с серой и сероводородом также входят в состав ядра.

Кометный газ ионизируется солнечным ультрафиолетовым излучением с помощью электронов и путем обмена зарядами с плазмой солнечного ветра. Было обнаружено большое количество различных ионов, основные из которых: H3O+, H2O +, OH+, C+, CH+, O+, Na+, C2+, S+ и Fe+. Межпланетной станцией "Джотто" зафиксировано испускание 19,8 т/с газа и несколько меньшего количества пыли - всего из ядра высвобождается около 33 т материала в секунду. Все легкие элементы, кроме азота, присутствуют в комете в таком же соотношении, как и в веществе Солнца. Однако по сравнению с элементным составом Земли и метеоритов наблюдается ряд существенных отклонений. Это свидетельствует о том, что комета Галлея сложена из наиболее примитивного известного нам материала во Вселенной.

Изучение нескольких тысяч пылевых частиц показало их различия: в химическом составе одних преобладают легкие элементы - водород, углерод, азот, кислород, в других - минералообразующие: натрий, магний, кремний, кальций и железо. Идентифицирование легких частиц на больших расстояниях от ядра доказывает их принадлежность к осколкам кометного льда.

Подведем итоги полученным данным в свете гипотезы о внеземном происхождении жизни. Факт, что комета Галлея старше Земли и периодически к ней возвращается, очень важен. Во время первых визитов при прохождении нашей планеты через хвост или кому могло происходить оседание кометного вещества (как органического, так и неорганического) на земной поверхности. Если даже на первобытной Земле на тот момент и были какие-либо органические соединения, то и в этом случае дополнительная их поставка могла сыграть решающую роль. Кстати, кроме периодически возвращающихся комет, вроде кометы Галлея, органика могла попадать на планету и при однократных визитах других комет и метеоритов. А затем, по мере возникновения на ней атмосферы и появления воды, открывались новые возможности для синтеза более сложных соединений в жидкой среде.

Словом, изучение кометы Галлея оправдало надежды ученых, подтвердило гипотезу о механизмах появлении первых органических соединений на нашей планете, положивших начало дальнейшей химической эволюции.

 


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/КОМЕТЫ-И-ВОЗНИКНОВЕНИЕ-ЖИЗНИ

Similar publications: LUkraine LWorld Y G


Publisher:

Иван МилютинContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/SkyJack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

КОМЕТЫ И ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 05.07.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/КОМЕТЫ-И-ВОЗНИКНОВЕНИЕ-ЖИЗНИ (date of access: 14.06.2024).

Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Иван Милютин
Харьков, Ukraine
1890 views rating
05.07.2014 (3632 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
ЮГО-ВОСТОЧНАЯ ЕВРОПА В ПРЕДСТАВЛЕНИИ АРАБСКИХ ГЕОГРАФОВ IX В.
Catalog: География 
Yesterday · From Petro Semidolya
"ТУРЕЦКОЕ ОЗЕРО": ЧЕРНОЕ МОРЕ В XV-XVII ВВ.
Catalog: География 
Yesterday · From Petro Semidolya
АВСТРАЛИЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX ВЕКА: В ПОИСКАХ НАЦИОНАЛЬНОЙ И ПОЛИТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИЧНОСТИ
2 days ago · From Petro Semidolya
НОРМАТИВНО-ПРАВОВЕ РЕГУЛЮВАННЯ МИТНИХ ВІДНОСИН У ВЕЛИКОМУ КНЯЗІВСТВІ ЛИТОВСЬКОМУ XVI ст.
Catalog: Право 
4 days ago · From Україна Онлайн
СУЧАСНИЙ УКРАЇНСЬКИЙ ҐРАНД-НАРАТИВ: ПІДХОДИ, КОНЦЕПЦІЇ, РЕАЛІЗАЦІЯ
4 days ago · From Україна Онлайн
The majority of theoretical misconceptions and the most significant misunderstandings in modern astronomy, cosmology and physics are caused by a purely mathematical approach and ignoring philosophical comprehension of physical reality and, as a result, by not deep enough understanding of the essence of certain physical phenomena and objects.
The cardinal difference between relativistic gravithermodynamics (RGTD) and general relativity (GR) is that in RGTD the extranuclear thermodynamic characteristics of matter are used in the tensor of energy-momentum to describe only its quasi-equilibrium motion.
Якщо за лексикою саме балтські мови є найбільш близькими до санскриту, то праслов'янська мова є найбільш близькою як до більш архаїчної сатемної ведичної стародавньоіндійської мови, так і до стародавньокитайської мови, що згідно з дослідженнями Цун-тунг Чанга була індоевропейською мовою.
Термодинамічна інтерпретація загальної теорії відносності та розглядання Всесвіту як єдиного спіральнохвильвого утворення, а так званих елементарних частинок і кварків як кінцевих локальних стоків цих спіральних хвиль фактично дозволили створити «теорію всього»
12 days ago · From Павло Даныльченко
Thermodynamical interpretation of General Relativity, consideration of the Universe as a single spiral-wave formation, and consideration of the so-called elementary particles and quarks as finite local flows of these spiral waves actually allowed the creation of a "theory of everything".
12 days ago · From Павло Даныльченко

New publications:

Popular with readers:

News from other countries:

ELIBRARY.COM.UA - Digital Library of Ukraine

Create your author's collection of articles, books, author's works, biographies, photographic documents, files. Save forever your author's legacy in digital form. Click here to register as an author.
Library Partners

КОМЕТЫ И ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ
 

Editorial Contacts
Chat for Authors: UA LIVE: We are in social networks:

About · News · For Advertisers

Digital Library of Ukraine ® All rights reserved.
2009-2024, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of affiliates, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. Once you register, you have more than 100 tools at your disposal to build your own author collection. It's free: it was, it is, and it always will be.

Download app for Android