Самый большой и глубокий водоем из всех известных нам никогда не видел мореплавателей. У него нет островов и берегов, ветер не вздымает на нем волны, по воде не бегают солнечные блики. Этот темный океан не найдешь ни на одной карте Земли — он более чем в 500 миллионах километрах от нас, на Европе, одной из 69 известных спутников Юпитера. Данные космического аппарата Galileo, который облетел Европу 11 раз с 1995 по 2003 год, показали, что под ледяной поверхностью этой гладкой луны лежит необъятный соленый океан. Глубина его должна быть 100 километров — в восемь раз глубже Тихого океана на максимальной глубине. В нем в два-три раза больше воды, чем во всех морях и океанах Земли.

Мы знаем, что Вселенная полна водянистых лун и планет. Но как нам узнать, могут ли они поддерживать жизнь?

Европа не единственная в своем роде. По крайней мере еще две луны Юпитера — Ганимед и Каллисто — скрывают океаны под поверхностью. Титан и Мимас, спутник Юпитера, вероятно, тоже. И нет сомнений в том, что другая луна Сатурна, Энцелад, прячет воду под своей мерзлой коркой. Удивительные и неопровержимые доказательства глубоких пучин Энцелада появились в 2005 году, когда зонд «Кассини» запечатлел гейзеры, извергающие лед и воду на сотни километров в космос. «Кассини» даже пролетел через гейзеры в октябре 2015 года, проплыв в 50 километрах от поверхности луны, чтобы взять образцы их содержимого.

Сказать, что изобилие жидкой воды во внешней Солнечной системе полностью перевернуло представления ученых, — ничего не сказать. До откровений «Кассини», Galileo и других зондов общее мнение было таким: спутники Юпитера и Сатурна будут похожи на спутники Марса — твердые, утыканные кратерами бесплодные камни, неспособные приютить жизнь.

«Никто не ожидал, что там будут подповерхностные океаны», говорит Сет Шостак, астроном SETI Institute из Маунтин-Вью, Калифорния. «Наше представление об обитаемых мирах расширилось, и теперь мы ожидаем, что можем найти жизнь там, где не думали искать ее прежде. Мы всегда предполагали, что жизнь должна быть на планете. Но теперь я знаю семь мест в нашей Солнечной системе, где есть все причины искать жизнь — или хотя бы условия для нее. И большинство из них — спутники».

С таким обилием воды у нас под боком, можно с уверенностью утверждать, что бесчисленное множество планет у других звезд также должны быть с океанами, не говоря уже об их спутниках. Астрономы уже предварительно определили несколько «водных миров» за пределами нашей Солнечной системы — планет вообще без суши.

«Это поразительно», говорит Кристофер Глейн, ученый миссии «Кассини» из Юго-Западного института в Сан-Антонио, штат Техас. «Это как изобрести новую область океанографии».

Впрочем, существование внеземных океанов не должно быть таким уж сюрпризом. Водород составляет до 74% обычной материи во Вселенной; кислород — третий по распространенности элемент. Соедините их — получите воду, H₂O. Астрономы наблюдали следы водяных льдов в кратерах на Луне и даже на Меркурии — ближайшей к Солнцу планете. Ее много в межзвездных облаках и в пыльных дисках зарождающихся планетарных систем; даже в атмосферах некоторых гигантских экзопланет уже нашли воду.

«Исследование экзопланет оказалось взрывным», говорит Бонни Мейнке, ученый NASA, работающий с космическим телескопом Джеймса Уэбба, который отправится в космос в следующем году. «За последние 20 лет мы от нескольких экзопланет перешли к тысячам. И теперь мы знаем, что у каждой звезды в ночном небе есть как минимум одна планета. Думаю, можно допустить, что у большинства этих планет есть в каком-то смысле и вода».

А там, где есть вода, может быть и жизнь. «Ищи воду» — старая аксиома астробиологов. Что делает воду столько незаменимой? Химические реакции, которые питают двигатели жизни, требуют жидкость для растворения и переноса молекул по всей клетке. Вода является одним из лучших известных растворителей; она остается жидкой при большем диапазоне температур, чем любое другое вещество. Вполне возможно, что другая жидкость будет выполнять роль воды в инопланетной биохимии — метановые озера, например, которые мы нашли на Титане. Но пока никаких исключений из правила «жизни нужна вода» мы не находили.

Получается, планеты, полностью покрытые этим важнейшим веществом, должны быть идеальным пристанищем для жизни? Последние исследования накрывают такие ожидания медным тазом: воды на таких планетах может быть слишком много для жизни, чтобы она появилась или начала процветать, получив шанс. «Больше не значит лучше», говорит Стивен Деш, астрофизик Аризонского университета. Деш и его коллеги провели компьютерное моделирование экзотических геофизических и атмосферных сред,

Так разве планеты, полностью покрытые этим существенным веществом, не станут идеальным убежищем для жизни? Некоторые недавние исследования бросают гигантское влажное одеяло на такие ожидания: у многих миров действительно может быть слишком много воды для жизни, чтобы возникать — или процветать, если бы это началось. «Больше не обязательно лучше», — говорит Стивен Деш, астрофизик из Университета штата Аризона. Деш и его коллеги проводили компьютерное моделирование экзотических геофизических и атмосферных сред, которые могут быть обнаружены на других мирах. Их цель — создать нечто вроде полевого гида для будущих охотников за экзопланетами. Деш называет его «периодической таблицей планеты». В ней будут типы миров, которые вероятнее всего будут содержать продукты жизнеобеспечения в атмосфере — кислород или метан, к примеру. Что более важно, эти газы должны присутствовать в достаточно больших количествах, чтобы их могли засечь телескопы будущих десятилетий. «Мы должны ставить исследования таких планет в приоритет, потому что на них могут быть лучшие индикаторы жизни».

Водяные миры, как оказалось, могут быть лучшим местом для поиска жизни. Команда Деша создала компьютерную модель, напоминающую Землю практически во всем: размеры и не слишком холодное и не слишком горячее расстояние от стабильной звезды типа Солнца. Затем они наполнили этот мир водой, в пять-семь раз больше, чем на Земле, чтобы утопить все ее континенты. Утопив свой виртуальный мир, они устранили важнейший процесс, поддерживающий жизнь, который мы, земляне, вообще позабыли: выветривание обнаженных пород.

В отсутствие дождя или текущей воды, размывающих породу, моря в мире, созданном командой Деша, содержали очень мало фосфора, незаменимого элемента для жизни. Морская вода сама по себе недостаточно кислотна, чтобы растворять фосфор так эффективно, как пресная. «Фосфор крайне важен», считает Тесса Фишер, микробный эколог Аризонского университета. «В дополнение к РНК и ДНК, он также создает АТФ, переносящую энергию молекулу для всей известной нам биохимии. Земная биохимия, насколько нам известно, не может функционировать в отсутствие фосфора».

Деш и Фишер подчеркивают, что их модель не исключает возможности существования жизни в водяном мире. Моря на таких планетах наверняка будут содержать определенное количество фосфора, но недостаточно, чтобы поддерживать жизнь в больших масштабах и оставлять заметный отпечаток в атмосфере. «Там не будет атмосферы, на 30% состоящей из кислорода, как на Земле», говорит Фишер. «Возможно, планета, полностью покрытая океаном, будет обитаема. Просто жизнь там будет настолько разрозненная, что мы ее даже не сможем обнаружить с Земли».

Вероятно, существуют и миры с таким количеством воды, что жизнь будет просто невозможна. По оценкам ученых, планета размером с Землю с 10% ее массы в виде воды будет абсолютно безжизненной. Такая планета имела бы эквивалент 400 земных океанов; огромное давление на дне его моря создало бы экзотические плотные формы льда, известные как лед-шесть и лед-семь. «Вода с породой вообще не взаимодействовала бы, ничего бы у жизни не получилось», говорит Деш.

И какими бы странными такие условия ни казались, эти миры могут быть более распространены, чем твердые планеты по типу Земли. Вода и камень, пожалуй, одинаково распространены в планетарных системах по всему космосу. В нашей собственной Солнечной системе кометы, некоторые луны и замерзшие жители пояса Койпера, как полагают, содержат одинаковое количества льда и камня. «Внешние планеты на 50% изо льда», говорит Деш. «Это нормально. Ненормально лишь то, насколько сухая Земля».

С нашей точки зрения Земля кажется квинтэссенцией планеты с океаном — «бледная голубая точка», покрытая морями. Но все эти океаны растекаются тонкой пленкой по поверхности планеты. По массе Земля лишь на 0,025% состоит из воды. При существующих технологиях астрономы не смогли бы сказать, будет ли у экзопланеты вроде Земли вообще какая-нибудь вода. Астрономы используют две основные техники для определения состава экзопланет. Во-первых, они оценивают размер планеты, наблюдая, сколько света она блокирует, проходя перед своей звездой. Затем они измеряют колебания звезды, которые вызывает планета на ее орбите, что дает нам массу планеты. Разделение массы планеты на ее объем дает плотность, а плотность позволяет астрономам примерно прикинь процентное содержание газа, твердого вещества и воды на планете.

«Подумайте о том, насколько тонкий наш океан. Он никак не изменяет радиуса Земли». Сейчас астрономы могут сказать, что у экзопланеты есть океаны, только если на воду будет приходиться порядка 10% ее массы. А это равно 400 земным океанам, огромное количество воды, сокрушающее все живое. Выходит, единственные водные миры, которые мы можем обнаружить, используя существующие технологии, будут непригодны для жизни. «Таково положение дел на текущий момент», говорит Деш. «Мы имеем возможность искать воду и даже видим, когда воды 10% от массы планеты, но это слишком много воды».

Семь таких миров вращаются на орбите Trappist-1, звезды в 49 световых годах от нас, названной в честь бельгийского пива. Все они размером с Землю, а три даже находятся в пределах потенциально обитаемой зоны звезды, на расстоянии, где возможно существование воды в жидком состоянии. Сейчас это самые что ни на есть волнующие нас «возможные земли», однако они могут быть слишком влажными или засыпанными льдом, чтобы на них гнездилась жизнь.

Попытка определить состав далекой планеты по нескольким пикселям света, попавшим в телескоп, как минимум не будет точной. Учитывая эти ограничения, Деш и его коллеги оценили, что внешние планеты Trappist-1 состоят на 50% изо льда; внутренние планеты состоят на 10% изо льда и жидкой воды. «Этого более чем достаточно, чтобы покрыть континенты», говорит Деш. «Вы получите сотни или даже километры сдавленного льда на дне океанов. Это мертвая планета».

Что же нужно для идентификации «живой» планеты, с земной смесью континентов и морей, не слишком влажной, не слишком сухой? Учитывая диапазон возможных миров, таких как наш должно быть много. Но как их искать? Космический телескоп Джеймса Уэбба станет королем астрономии, как только приступит к своей 10-летней миссии в 2020 году; он сможет анализировать атмосферы гигантских экзопланет типа Нептуна и, возможно, даже найдет несколько «суперземель» — планет в 2-10 раз больше Земли по массе. Однако он будет слишком близорук, чтобы увидеть атмосферы планет, не говоря уж об океанах.

«Очень сложно смотреть на что-то настолько маленькое — размером с Землю, проходящую перед звездой — и видеть слабый блеск атмосферы», говорит Мейнке. «Есть планы на будущие телескопы, которые будут в состоянии это делать, и я думаю, что еще увижу это на своем веку. Но Уэбб не сможет подтвердить наличие воды на планете земного типа».

Телескопы, способные визуализировать океаны и наземные массы другого мира, вероятно, отстоят от нас на пару десятилетий. И даже тогда разрешение, вероятно, будет ограничено пикселем или двумя для всей планеты. Вот как может выглядеть одно из самых знаменательных открытий в истории науки — наш первый прямой взгляд на мир, подобный нашему собственному: цвет одного пикселя будет периодически сменяться с синего на коричневый, словно в пируэтах, поочередно являя земли и моря нашим глазам.

Пока этот день не настал, мы можем найти признаки существования жизни в некоторых экзоокеанах гораздо ближе к дому. И ближе всех к нам такой океан на Энцеладе, плюс у него есть все условия, необходимые для жизни. Когда зонд «Кассини», двигаясь на скорости почти 30 тысяч километров в час, нырнул сквозь гейзер «Энцелада» в октябре 2015 года, его инструменты зарегистрировали водород, углекислый газ и метан, а значит, на этом спутнике присутствует глубоководная гидротермальная активность, как на Земле. «Мы буквально попробовали на вкус океан Энцелада, пролетев через шлейф гейзера», говорит Глейн.

Наличие водорода, в частности, было признаком того, что химические реакции между горячими породами и соленой водой на дне моря Энцелада разбивают воду на водород и кислород. Тело размером с Энцелад обычно не должно обладать ощутимым содержанием водорода вообще, поскольку этот элемент очень легкий и с небольшого тела должен был улететь в космос давным-давно. Поэтому водород Энцелада должен каким-то образом постоянно пополняться, вероятнее всего в процессе реакций воды и горячих пород. Как только мы найдем водород, мы сможем заключить, что химическая энергия присутствует и ее много, и это та же энергия, которую организмы в глубинах Земли используют для проживания и пропитания.

Метаногены — тип древних бактерий, который находят повсюду у гидротермальных жерл на Земле — объединяют водород с диоксидом углерода, и в процессе этой реакции высвобождается энергия и метан как побочный продукт. Простые организмы вроде таких населяли первые океаны Земли. Даже сейчас, спустя миллиарды лет после своего появления, метаногены живут независимо от солнечного света и занимают свое место в странной пищевой цепочке, которая поддерживает экосистему трубчатых червей и гигантских моллюсков.

Может ли какая-нибудь форма жизни, более сложная, чем бактерии, возникнуть на Энцеладе, Европе или в беззаботных глубинах какого-нибудь другого лунного моря? «В этих подповерхностных океанах может быть жизнь, но источники энергии для поддержания жизни гораздо более сложных организмов, которым нужно больше пищи, могут оказаться недоступны», говорит Шостак. «Нельзя сказать, что этого не могло произойти — спутники были там 4,5 миллиарда лет, поэтому многоклеточные штуки там могут быть, но какие-нибудь тунцы — вряд ли».

Единственный способ ответить на этот вопрос — посетить эти миры. NASA уже одобрила миссию Europa Clipper, которая начнется в 2024 году и достигнет Юпитера к 2030 году. Космический аппарат обогнет Европу 45 раз, подойдет к ее ледяной поверхности на 30 километров. Будущие миссии, которые на самом деле сядут на Европу, Энцелад или Титан, уже будут искать сложные аминокислоты и другие биомолекулы, производимые только живыми существами.

Имея только один пример — наш собственный мир — невозможно сказать, является ли жизнь совершенно обыденным или же невероятно космически редким явлением. «Обычно полагают, что поскольку ископаемые или химические доказательства жизни уходят так далеко в прошлое, жизнь появилась довольно быстро», говорит Глейн. «А люди считают, что если быстро, значит легко».

Легко, трудно или где-то посередине — неважно. Теперь мы точно знаем одно: если жизнь нуждается в воде, воды во Вселенной навалом. Эта часть уравнения для поиска жизни уже решена окончательно и бесповоротно.

Мы не привыкли употреблять медуз в пищу, а в Азии они уже считаются общепризнанным деликатесом. Вероятно, для нас они не так уж и хорошо подходят в качестве еды, но датские ученые взялись исправить это. Они нашли способ быстрого преобразования мягких щупалец медуз в хрустящие снеки. Другими словами, они сделали чипсы из медуз.

Чипсы были созданы при помощи этанола. Матиас П. Кляузен, докторант из Университета Южной Дании в Оденсе, считает, что такой продукт может вызывать гастрономический интерес. Во-первых, медуза на 5 процентов состоит из белка и на 95 процентов из воды. Они имеют низкое количество калорий и почти не содержат жиров. Кроме того, медузы богаты витамином B12, магнием, фосфором, железом и селеном.

Кроме того, ученые обратили внимание на медуз по той причине, что их много и они очень быстро размножаются. Медузы могут выживать в достаточно суровых условиях. Другие виды морских обитателей вымирают из-за перелова и изменения климатических условий.

Сегодня датские ученые используют этанол для того, чтобы сделать медуз похожими на чипсы, но они все еще изучают возможность вопрос превращения этого продукта в коммерчески жизнеспособный. Известно, что в Азии неядовитые особи маринуются в соли в течение нескольких недель и употребляются как рассол.

На данный момент майнинг биткойна требует большого количества вложений и весьма специфическое оборудование. Для большинства будет проще купить валюту на бирже, но это не значит, что майнинг замедлился. Для добычи этой валюты используется все больше мощностей. А сколько на это тратится электроэнергии?

Ожидается, что к концу 2018 года мировая сеть биткойна будет использовать 7,67 гигаватта электроэнергии на охлаждение и аппаратные средства. Это одна сотая доля электричества, используемого всей планетой.

Согласно исследованию, которое можно критиковать за отсутствие надлежащей точности и использование усредненных данных, сеть биткойнов в настоящее время использует столько же электроэнергии, сколько расходует Ирландия (3,1 гигаватта). В будущем потребление может вырасти до уровня Австралии (8,2 гигаватта).

Разумеется, это не значит, что пора отказываться от криптовалют, которые многими расцениваются как поворотный момент в нашей истории. Но взгляните, насколько сильное влияние они оказывают на наш мир. Если криптовалюты станут деньгами будущего, то нам придется позаботиться об экологии будущего, ведь скоро на валюты будет использоваться столько энергии, сколько не расходует ни одна развитая промышленная нация.

По сравнению с остальной массой всего живого на Земле на человечество приходится всего ничего. Но несмотря на такую «незначительность», след, оставленный человечеством на этой планете, по-настоящему разрушителен для всего остального. Одной из главных целей биологии как науки является понимание механизмов функционирования биосферы в общем, во всех ее сложных взаимосвязях, внутренних и внешних. Для этого важно иметь обоснованные количественные оценки массы живых организмов — как в целом, так и по отдельным таксонам. Но как отмечают авторы статьи, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, современных данных об этом нет.

В рамках самого всестороннего исследования, направленного на количественную оценку массы всех живых организмов, присутствующих на нашей планете, американскими и израильскими учеными было установлено, что на долю человечества приходится всего каких-то 0,01 процента всей биомассы. Но несмотря на нашу физическую незначительность в сравнении со всем тем многообразием жизни, которое нас окружает, история четко показывает, кто на самом деле доминирует на планете.

«Я надеюсь, наша работа даст ясное понимание того, какую доминирующую роль играет человек для всего живого на Земле», — говорит Рон Мило, биолог из израильского Института Вейцмана.

«Она безусловно поразительна и совсем непропорциональна нашему месту на планете».

Рону Мило и его коллегам понадобилось около трех лет на поиск и анализ обширной литературы (список ссылок в короткой статье достигает полусотни пунктов). Чтобы исключить влияние различного содержания воды в разных организмах, оценку они проводили по количеству углерода, который связан тем или иным царством живого. По этому показателю общая масса всей биосферы Земли составила около 550 Гт (гигатонн, миллиардов тонн).

Несмотря на свою колоссальную численность, вирусы составляют лишь крошечную долю этой массы — 0,2 Гт. Безусловными же лидерами оказались растения с их массой в 450 Гт (80 процентов всей биомассы), причем в основном вес приходится на растения суши: сухопутные биоценозы вообще отвечают за 470 Гт связанного углерода. Второе место отходит бактериям. На них приходится около 70 Гт (15 процентов). Следом идут грибы – 12 Гт, археи – 7 Гт и простейшие – 4 Гт.

Удивительно, но животные набирают в общей сложности всего 2 Гт массы по углероду, при этом половина ее приходится на насекомых. Доля человечества — 0,06 Гт — сравнима с массой всей группы термитов, но почти в 10 раз больше общей массы всех диких млекопитающих на планете, которая составляет около 0,007 Гт.

А вот масса существ, обязанных своей многочисленностью человеку, намного превосходит массу человечества: так, домашние животные — рогатый скот, свиньи и другие — «перевешивают» всех диких млекопитающих; масса домашних — больше в 20 раз. Та же история с птицами. На массу растений мы тоже значительно влияем: за последние 10 тысяч лет люди сократили ее вдвое.

Все эти цифры, конечно, интересны, но задачей ученых было не оценить массу живых существ, а найти главный источник белков на Земле. Пока они его не нашли; возникли сложности с оценкой массы и состава почвенных микроорганизмов. Рон Мило со своими коллегами рассчитывают ответить на свой вопрос до конца этого года.

Два с половиной и восемь миллионов лет назад неподалеку от нас (по астрономическим меркам) вспыхивали две сверхновые, которые могли привести к истощению озонового слоя Земли и многочисленным нежелательным последствиям для жизни. В особенности серьезным ударом могла стать сверхновая возрастом два с половиной миллиона лет. Плиоцен, жаркая и мягкая эпоха, закончился, и начался плейстоцен, эпоха оледенения и ледникового периода. Естественные вариации на орбите Земли и покачивания, вероятно, объяснили бы изменение климата, но событие сверхновой, которое произошло как раз в этот период, подошло бы лучше.

Считается, что сверхновая вспыхнула в 163-326 световых годах от нас (50-100 парсек). Для сравнения: наш ближайший звездный сосед, Проксима Центавра, находится в 4,2 светового года.

Последствия для Земли

Сверхновые могут стерилизовать любые населенные планеты в округе, если они окажутся на пути ионизирующего излучения. Могли ли эти сверхновые учинить хаос для существующей биологии нашей планеты? Доктор Брайан Томас, астрофизик из Университета Уошберн в Канзасе, решил выяснить это наверняка и смоделировал последствия для биологии на поверхности Земли, основанные на геологических свидетельствах вспышек двух сверхновых, 2,5 и 8 миллионов лет назад соответственно. В своей последней работе Томас изучил продвижение космических лучей сверхновых через атмосферу к поверхности, чтобы понять их влияние на живые организмы.

Глядя на летопись окаменелостей во время плиоцен-плейстоценовой границы (2,5 миллиона лет назад), мы видим резкие изменения в окаменелостях и глобальном покрытии почвы. Томас отмечает, что «были изменения, особенно в Африке, которые показали переход от более лесистой к луговой почве». В это же время геологическая летопись показывает глобальное повышение концентрации железа-60, которое представляет собой радиоактивный изотоп, образующийся во время взрыва сверхновой.

«Нас интересовало, как взрывающиеся звезды могли повлиять на земную жизнь, и выяснилось, что несколько миллионов лет назад жизнь претерпела серьезные изменения», говорит Томас. «Это может быть связано со сверхновой».

К примеру, на плиоцен-плейстоценовой границе было изменение численности видов. Несмотря на то, что крупных массовых вымираний не происходило, наблюдались более высокие темпы исчезновения в целом, менялись сами виды и менялась растительность.

Не так уж и смертельно

Как сверхновая поблизости могла повлиять на жизнь на Земле? Томас недовольно отмечает, что сверхновые часто выставляются в таком свете, что «сверхновая вспыхивает и все умирает», но это не совсем так. Все дело в атмосфере. Озоновый слой защищает биологическую жизнь от вредоносной, изменяющей генетический фон ультрафиолетовой радиации солнца. Томас составил модели глобального климата, модели атмосферного химического состава и трансфера излучения (распространения излучения в слоях атмосферы), чтобы лучше понять, как вспышка космических лучей сверхновых могла повлиять на атмосферу Земли, в частности озоновый слой.

Стоит отметить, что космические лучи сверхновых не будут испепелять все на своем пути. Межгалактическая среда выступает как своего рода сито, замедляя космические лучи и «радиоактивный железный дождь» (из железа-60) на протяжении сотен тысяч лет. Высокоэнергетические частицы первыми прибудут к Земле и будут взаимодействовать с нашей атмосферой не так, как низкоэнергетические частицы, которые прибудут позже. Томас смоделировал истощение озонового слоя через 100, 300 и 1000 лет после того, как первые частицы сверхновой начали проникать в атмосферу. Что любопытно, истощение достигло пика (26%) через 300 лет.

Высокоэнергетические космические лучи для 100-летнего сценария будут просачиваться прямо через стратосферу и сбрасывать свою энергию ниже озонового слоя, истощая его меньше, а в 300-летнем сценарии менее энергичные космические лучи будут вносить больше энергии в стратосферу, существенно истощая озоновый слой.

Истощение озонового слоя — серьезная угроза жизни на поверхности.

Смешанные эффекты

Томас изучил несколько возможных разрушительных последствий для биологии (эритема, рак кожи, катаракта, замедление фотосинтеза морских фитопланктонов и ущерб растениям) для разных широт в результате увеличения интенсивности ультрафиолетового излучения, вызванной уменьшением озонового слоя. Повышенный урон показался по всем направлениям, увеличиваясь с широтой и соответствуя изменениям, сохранившимся в летописи окаменелостей. Однако не все последствия были одинаково ущербны для организмов. Планктон, главный производитель кислорода, пострадал минимально. Кроме того, небольшим было увеличение риска солнечных ожогов и рака кожи среди людей.

Итак, могла ли сверхновая поблизости привести к массовому вымиранию? Смотря с какой стороны посмотреть, говорит Томас: «Есть тонкая разница между «уничтожением всего и вся» и страданиями отдельных организмов. Некоторые растения прибавили в урожае, вроде соевых бобов и пшеницы, другие же потеряли в продуктивности». И это также отразилось в ископаемых.

А вот как сверхновые могли повлиять на эволюцию человека — этим вопросом Томас займется в следующей своей работе.

Отправить на Красную планету марсоход — это хорошо. Отправить вместе с ним вертолет — еще лучше. Именно такой план есть у NASA на 2020 год: отправить «вертушку» вместе с марсоходом. Идея в том, чтобы ровер катался по красной пустыне, а перед ним летал маленький вертолет. Вертолет будет автономным и работать по несколько минут в день. Главное преимущество состоит в том, что он сможет разведывать местность перед марсоходом и делать снимки, возможно, классные селфи с марсианами. Шутки шутками, но преимущество такого марсохода перед остальными будет непостижимым.

Несмотря на очевидную крутость такой миссии, марсианский вертолет также должен будет решить несколько вопросов, связанных с физикой. Вообще-то Марс — это другая планета. Давайте разберемся.

Почему у него не будет винта на хвосте?

Марсианский вертолет — это вам не обычный вертолет. Вертолетам с одним винтом (вроде тех, что мы видим на Земле) нужен хвостовой винт, компенсирующий изменение углового момента (и крутящего момента из-за трения воздуха). Без хвостового винта вертолет закрутило бы, и он разбился — ну или пассажиров стошнило бы, это как пить дать. Вертолет с соосным несущим винтом имеет две противовращательные лопасти. И поскольку два винта крутятся в противоположных направлениях, общий угловой момент равен нулю, и не нужен никакой дополнительный хвостовой винт.

Избавиться от хвостового винта полезно еще и ради экономии пространства. Можно сделать небольшой вертолет с соосными несущими винтами. Меньше — лучше, особенно в условиях тесноты на борту марсохода. Поставить на ровер большой вертолет было бы равносильно попытке прокатить чемодан на набитой тележке по пересеченной местности. Кроме того, не стоит забывать, что марсианский вертолет не будет возвращаться к марсоходу, но с него начнет.

Будет ли вертолет летать на Марсе?

Что касается полета вертолета, между Землей и Марсом существуют большие различия. Во-первых, плотность атмосферы на Марсе значительно ниже, чем на Земле (около 1% атмосферной плотности). Во-вторых, гравитационное поле также меньше на Марсе (всего 38% гравитации на поверхности Земли). Низкая атмосферная плотность усложняет полет вертолета, но пониженная гравитация упрощает его.

Вопрос нужно ставить иначе: почему вертолеты летают? В самой простой модели тяги вертолета винты поднимают воздух над вертолетом и сбрасывают его вниз. Поскольку импульс «сброшенного» воздуха будет увеличен, нужна сила — и это подъемная сила. Также можно представить эту массу воздуха в форме цилиндра с таким же радиусом, как и у площади винтов вертолета.

Здесь: thrust — тяга, rotor area — площадь вращения винта, velocity — скорость движения воздуха

Импульс сброшенного «воздуха» (давайте называть его воздухом и на Марсе, и на Земле) зависит от скорости, с которой он движется вниз, и его массы. Какова масса воздуха? Поскольку сила тяги зависит от скорости изменения импульса, высоту этого цилиндра воздуха нам знать не обязательно. Но скорость изменения воздушной массы зависит от размера винтов и плотности воздуха. Исходя из этого, можно представить грубое приближение силы тяги вертолета:

A — это площадь вращения винта, v — скорость воздуха, который движется вниз. Плотность воздуха представлена греческой буквой ρ. А где гравитация? Что ж, если вертолет будет парить, сила тяги должна быть эквивалентна весу. Можно рассчитать вес как произведение массы (m) и гравитационного поля (g).

Расчеты: Wired

Поскольку плотность воздуха на Марсе равна 0,01 от плотности воздуха на Земле, но гравитационное поле составляет 0,38 от земного, пониженная гравитация не соответствует потере плотности воздуха. На Марсе парить труднее, чем на Земле. И еще: ни в коем случае не пытайтесь использовать эту грубую модель силы тяги вертолета для создания своего собственного вертолета.

А теперь посчитайте сами: зная массу и размер марсианского вертолета, какой должна быть скорость разгона воздуха винтами, чтобы эта штука летала?

NASA утверждает, что марсианский вертолет сможет летать около двух-трех минут в день. В остальное время он будет использовать солнечную панель в верхней части для зарядки аккумулятора. Итак, насколько большой аккумулятор нужен такому вертолету? Есть два способа оценить размер батареи (спрашивать у NASA — скучно).

Первый способ отталкивается от времени зарядки. Вертолет будет заряжаться целый день. На Марсе каждый день почти точно совпадает с земным днем (но на 37 минут дольше). Общая продолжительность дня не имеет значение — важен лишь световой день и свет солнца. Как и на Земле, продолжительность дневного освещения меняется с годами. Давайте возьмем для примера 10-часовой световой день.

Следующее, что нужно определить, — это облучённость. Это поверхностная плотность мощности излучения, падающего на поверхность. На Земле это максимум 1000 Вт на квадратный метр. На Марсе — 2590 Ватт на кв. м. Но это максимум, имейте в виду. На протяжении дня солнце меняет свое положение. Если солнечная панель будет статичной, средняя облученность будет меньше. Возьмем 295 Вт/кв. м. Размер нашей солнечной панели приблизительно оценим с радиусом в 7 см. С таким размером, облученностью, длиной дня и КПД в 25% мы получим порядка 40 000 джоулей энергии. Это близко к энергии, которую держит батарея iPhone X.

Теперь ко второму методу. Сколько энергии нужно марсианскому вертолету, чтобы держаться в воздухе три минуты? Как рассчитать летную мощность? Давайте представим так: мощность — это скорость, с которой вы используете энергию. Что вертолет делает со своей энергией? Он берет воздух над собой и разгоняет его (увеличивает его кинетическую энергию). Для расчета летной мощности возьмем размер винта (14 см в диаметре) и массу вертолета (1 кг). Это позволит нам рассчитать тягу воздуха, необходимую для парения. Из этой скорости мы можем рассчитать скорость изменения кинетической энергии — мощность. Получим летную мощность 374 Вт.

Но погодите: NASA уже представило требования для мощности вертолета — 220 Вт. Если оттолкнуться от них, можно рассчитать энергию, необходимую для работы в течение трех минут, потому что мощность — это энергия/время. Потребление энергии в таком случае составит 3,96 х 10⁴ джоулей. Осталось посмотреть на эту штуку в действии.