Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Новые исследования растительности на Марсе

Член-корреспондент Академии Наук СССР Г. А. Тихов

Наука и жизнь // Иллюстрации

<div>Прежде чем приступись к описанию растительности на Марсе, напомним некоторые свойства климата этой планеты.</p>
Климат на Марсе весьма суровый и сухой. При помощи очень чувствительных термоэлементов найдено, что средняя годовая температура на нем равна -23<sup>о</sup>С. Наиболее теплыми местами на Марсе являются «моря»<a href="#kom1a" name="kom1"><sup>1</sup></a>, здесь температура повышается до +20<sup>о</sup>, наиболее холодными – «полярные шапки», где температура понижается до -70<sup>о</sup>. </div>
<p>Какова же средняя годовая температура самого теплого места на Марсе? Сделаем небольшой расчет. Самая высокая годовая температура на Земле равна приблизительно +30 (Индия, Судан), т. е. на 15<sup>о</sup>  выше средней для всей Земли. Если такое же различие примем для Марса, то самое теплое место на нем имеет годовую температуру -8<sup>о</sup>. На Земле это соответствует средней годовой температуре на западной берегу Новой Земли, в Туруханске и в Якутской области. Однако в самом Якутске и в Верхоянске еще холоднее, средняя годовая  температура в этих пунктах равна соответственно – 11<sup>о</sup> и -17<sup>о</sup>. </p>
<p>На Марсе и летняя ночная температура, даже в самых теплых местах почти всегда опускается до -45<sup>о</sup>, так как атмосфера его весьма разрежена, а туманы и облака бывают редко. Таким образом на Марсе, в большинстве его мест, климат суровее, чем в Якутске и в Верхоянске. </p>
<p>Теперь перехожу к своим наблюдениям.</p>
<p>Я наблюдал планету Марс в Пулкове в 1909 г., фотографируя при помощи 30-дюймового рефрактора; в 1918 и 1920 гг. я изучал его визуально при помощи 15-дюймового рефрактора. </p>
<p>Снимки 1909 г. были обработаны, и результаты опубликованы. Что касается наблюдений 1918 и 2910 гг., то только в 1945 г. я смогу подвергнуть их внимательному изучению и обнаружил явления проливающие новый свет на природу Марса.  </p>
<p>Свои наблюдения я производил визуально – как без светофильтра, так и через светофильтры, от темно-красного до голубого. Кроме того, при помощи окулярного спектроскопа наблюдался спектр отдельных образований. Наблюдения представлены на 120 рисунках, снабженных подробными примечаниями. Здесь воспроизведены 7 из этих рисунков.
  </p>
<p>Наблюдения 1918 и 1920 гг. вполене подтверждают выводы, сделанные мною по снимкам 1909 г., а именно: наилучшую видимость так называемых «морей» и «каналов» через красный фильтр, хорошую видимость деталей на краях диска планеты через красный фильтр, исчезновение их при наблюдения через зеленый фильтр и т.д. Но, кроме того, подмечены новые факты.  </p>
<p>Через зеленый и голубой фильтры я почти всегда наблюдал на восточном и западном краях диска планеты яркие пятна, причем полярная шапка занимала по яркости второе место. Через весь диск тянутся светлые полосы, соединяющие восточные и западные пятна. Светлая полоса иногда соединяет полярную шапку с полосой, идущей в долготном направлении. Светлые полосы наблюдаются как в зимнем, так и в летнем полушарии. Замечательно, что в зимнем полушарии светлые полосы идут вдоль кромки «морей» и лишь редко проходят через сами «моря». Все это хорошо видно по рис. 1 и 6. </p>
<p>Эти явления без труда можно объяснить суровым климатом Марса и появлением инея утром и вечером даже в экваториальных областях планеты. Светлые полосы можно объяснить появлением высоких облаков; последнее подтверждается тем, что полосы эти иногда выступают в виде светлых язычков на темном фоне со стороны фазового ущерба, как это видно на рис. 7.  </p>
<p>Почему же светлые полосы избегают «морей»? Это может происходить оттого, что с «морей» поднимаются потоки более теплого воздуха, в котором облака испаряются.</p>
<p>Марс очень беден водою, и «моря» правильнее называть растительным покровом, или, для сокращения, просто покровом. 13 мая 1920 г. мною записано, что через желтый фильтр южные покровы кажутся зеленоватыми, а северные коричневатыми.  В южном полушарии Марса в это время была середина зимы, а в северном – середина лета? На первый взгляд кажется, что это противоречие. В самом деле, какая же может быть зелень в середине зимы и почему покровы коричневатые в середине лета? Однако это противоречие легко снимается, если допустить, что на покровах существуют вечнозеленые травы и деревья наряду с растениями, меняющими свою окраску к осени. Но почему же коричневатость наблюдается уже в середине лета? И это не трудно объяснить. Климат на Марсе очень сухой, и растения, буреющие в умеренных зонах Земли к осени, на Марсе буреют уже к середине лета. Подобное этому явление происходит, например, в среднеазиатских степях.</p>

<p> Наблюдения 13 мая 1920 г. без светофильтра и через зеленый фильтр подтвердили то, что наблюдалось через желтый фильтр.</p>
<p>Итак, есть основание считать, что на Марсе существует растительность — как теряющая свою зеленую окраску к середине лета, так и вечнозеленая, северного земного типа.</p>
<p>Есть, однако, одно явление, которое раньше казалось мне несовместимым с допущением существования на Марсе растительности земного типа; явление это заключается в следующем.</p>
<p>Известно, что земная зелень очень сильно рассеивает инфракрасные лучи. Казалось бы, что и растительность на Марсе должна обладать таким же свойством, а между тем фотографические наблюдения В. В. Шаронова в Ташкенте 1939 г. этого не обнаружили. После одного из моих докладов о Марсе в Алма-Ате агрометеорологом А. П. Кутыревой было высказано предположение, что в процессе приспособления к суровому и сухому климату Марса растения могли эволюционировать в направлении уменьшения способности отражать инфракрасные лучи. В самом деле, растению очень невыгодно в суровом климате сильно отражать инфракрасные лучи, обладающие еще значительной энергией. Соглашаясь с этим мнением, я пришел к мысли сравнить отражение инфракрасных лучей лиственными и хвойными растениями, пользуясь рукописными данными из наблюдений Е. Л. Кринова. Можно было ожидать, что отражательная способность в инфракрасных лучах для хвойных растений окажется значительно меньшей, чем для лиственных. Это ожидание полностью подтвердилось, что видно из кривых, приведенных на рис. 8 и 9.</p>
<p>Мы видим, что при одинаковых значениях для березы и ели в синих лучах (длина волны 450 миллимикрон) – по 0,06 – отражательная способность для березы в инфракрасных лучах (800 миллимикрон) достигает 0,54 против 0,16 для ели.</p>
<p>При одинаковых значениях для овса и тундрового можжевельника в зеленых лучах (550 миллимикрон) – 0,10 – отражательная способность овса в инфракрасных лучах (800 миллимикрон) достигает 0,82 против 0,32  для можжевельника.      !</p>
<p>Оптические свойства разных мест на Марсе – вот то, что в настоящее время может изучать астроном для суждения о растительности на Марсе.</p>
<p>Если ботаник делает спиртовую вытяжку хлорофилла и изучает ее оптические свойства, то астроном изучает спектр света, рассеянного живыми листьями, и сравнивает его с тем, что наблюдается в спектре тех областей Марса, в которых можно предположить наличие растительности.</p>
<p>По изучению хлорофилла и его спектра очень много сделал Климент Аркадьевич Тимирязев. Его магистерская диссертация носит название «Спектральный анализ хлорофилла» (Петербург, 1871 г.). В диссертации рассматривается визуальное изучение спектра спиртовой вытяжки хлорофилла. Вот дословная выдержка из этой диссертации: «Совершенно сходные спектры получены при исследовании различных растений: злаков, шпината, ежевики, плюща. Свежие листья представляют спектры, соответствующие растворам слабой концентрации. Следовательно, не подлежит сомнению, что извлечение хлорофилла спиртом не подвергает его изменению, по крайней мере в оптическом отношении». В докторской диссертации «Об усвоении света растениями» (Петербург, 1871 г,) Тимирязев показывает, что наиболее сильное разложение углекислоты растениями происходит под влиянием тех длинноволновых лучей, которые всего обильнее поглощаются хлорофиллом. По рисунку, приведенному в этой диссертации, можно определить длины волны полос поглощения хлорофилла (Сочинения, том 1, 1937 г., стр. 403). Вот они: 664 миллимикрон (самая, темная), 607, 576 и 537 — с постепенно убывающим поглощением,</p>
<p>Впоследствии многими учеными было показано, что главная полоса поглощения в живом листе смещена по отношению к ее положению в растворе хлорофилла в сторону длинных волн.</p>
<p>Все это очень интересно, но не применимо в астрономических наблюдениях, так как астроном не может наблюдать поглощение в листьях, а тем более в растворах хлорофилла на других планетах.</p>
<p>В 1908 г, в английском журнале «Nature» в номера от 12 ноября (нов. ст.) появились спектрограммы планет, полученные в США на обсерватории Персиваля Лоуелла. Спектры Урана и Нептуна так поразили Тимирязева своим сходством со спектром хлорофилла, что он немедленно написал об этом статью в газету «Русские Ведомости». Вот выдержка из этой статьи: «...Мой привычный глаз был поражен присутствием в спектрах Урана и Нептуна абсорбционной полосы хлорофилла. При первой встрече с уважаемым товарищем Цесарским<a href="#kom2a" name="kom2"><sup>2</sup></a> я сообщив свои подозрения: нас обоих, однако, смутило то, что сам профессор Лоуелл в своем подробном сообщении Парижской Академии, правда, еще не снабженном фотографией, ничего не говорил об этих замечательных полосах. Но вот, в последнем выпуске того же «Nature» (3 декабря) другой ботаник, голландский профессор Бейеринк, также опытный в этой области, приходит к тому же заключению. Согласное свидетельство двух экспертов, не сговорившихся между собой, живущих на противоположных концах Европы и даже незнакомых между собой, я полагаю, имеет некоторый вес». Увы, согласное свидетельство даже двух столь авторитетных экспертов   оказалось  несоответствующим  действительности. </p>
<p>В настоящее время с несомненностью доказано, что полосы поглощения в спектрах Урана и Нептуна обязаны своим происхождением наличию в атмосферах этих планет аммиака и метана.</p>
<p>Как бы то ни было, Тимирязев написал письмо Лоуеллу с изложением своей мысли и спросил его, не наблюдается ли главная полоса поглощения хлорофилла в спектре зеленых областей Марса. В своем ответе Лоуелл пишет, между прочим, следующее: «Два года тому назад г. Слайфер делал снимки при помощи спектрографа с целью доказать присутствие хлорофилла. Он получил хорошие результаты для земных объектов, но для Марса дело гораздо труднее, частью вследствие малого количества света, частью вследствие особенного характера поставленной задачи. Растительность в сколько-нибудь   значительных количествах встречается только в некоторых частях диска, и расположить в этих частях щель спектрографа почти невозможно, хотя со временем, может быть, мы с этой трудностью справимся. Вопрос этот занимает нас вот уже четырнадцать лет, и г. Слайфер уже много работал с отраженным светом.</p>
<p>Что касается Урана и Нептуна, то их физическое состояние заставляет предполагать, как я думаю, что там нет растительности»<a href="#kom3a" name="kom3"><sup>3</sup></a>.</p>
<p>Из этого письма видно, что Слайфер спектрографировал земную растительность, но нам неизвестны полученные им результаты.</p>
<p>В 1918 и 1920 гг, я неоднократно наблюдал в Пулкове спектр «морей» Марса в окулярный спектроскоп, привинченный к 15-дюймовому рефрактору. Особенное внимание я обращал на красные лучи, где лежит наиболее темная полоса хлорофилла. В моих записях неоднократно отмечено, что полоса поглощения в крайних красных лучах лучше локализована (т. е. круче обрывается в сторону коротких волн) на южных морях, где во время наблюдений была зима, чем на северных, где было лето. Причиной такого явления и могло быть присутствие полосы хлорофилла на южных морях. В этом можно видеть подтверждение существования на Марсе вечнозеленой растительности северного типа. </p>
<p>Второй интересной особенностью моих наблюдений можно считать то, что в спектре экваториальных морей наиболее сильное поглощение я обнаружил в зеленых лучах. Это должно давать морям голубоватый оттенок, что неоднократно и отмечалось разными наблюдателями.</p>
<p>Условия наблюдений спектра Марса в красных лучах были столь трудными, что я не могу полностью поручиться за них. Темная полоса в красных лучах находится уже в той области спектра, которая лежит, при общей слабости спектра, на границе чувствительности глаза.</p>
<p>Чем же объяснить, что до сих пор не получено решительных результатов относительно полос поглощения хлорофилла в зеленых площадях Марса? Как может быть, чтобы в течение целых 14 лет на обсерватории Лоуелла с ее мощными средствами не удалось решить такую сравнительно простую задачу?</p>
<p>Сделаем такое предположение: оптические свойства растительности Марса иные, чем у земной растительности, не только по отношению к инфракрасным, но и к видимым лучам, что можно объяснить действием сурового климата.</p>
<p>Как же должны были измениться оптические свойства хлорофилла в суровом климате? Ответ таков: в суровом климате листва растения должна поглощать не только отдельные, сравнительно узкие участки спектра, а возможно широкую область, именно ту часть спектра, в которой сосредоточено больше тепла, т. е. длинноволновую часть; в визуальном спектре – это красные, оранжевые, желтые и зеленые лучи. И вот, как уже сказано выше, особенно сильное поглощение мною как раз и наблюдалось в зеленых лучах.</p>
<p>Высказанное здесь мнение можно проверить на земной растительности таким образом: у хвойных растений полосы хлорофилла должны быть шире, чем у лиственных, и, быть может, они должны почти сливаться. Это подлежит изучению в новой науке – астроботанике, но и теперь уже можно указать на некоторые явления, как бы подтверждающие такую точку зрения. Так, например, некоторые хвойные деревья, как пихта, канадская ель, имеют иглы с ясно выраженным голубым оттенком. В августе этого года я был в Туюк-Су (близ Алма-Аты) на высоте 3400 метров. Там я сорвал очень интересное растение, носящее название остролодки (Oxytropis chionobia). Это целая подушечка зеленых листочков с голубым налетом и с голубыми цветочками.</p>
<p>Меня заинтересовал именно голубой налет на листочках. Не происходит ли он от расширения полос поглощения хлорофилла? Я сфотографировал спектр листьев этого растения для дальнейшего лабораторного изучения.</p>
<p>Из всего предыдущего ясно, что для понимания явлений, наблюдаемых на растительных покровах Марса, необходимо изучать изменение оптических свойств земных растений с переходом к суровым климатическим условиям на высоких горах и в Субарктике. Кроме того, необходимо изучать оптические свойства одного и того же вида растений в течение всего года для вечнозеленых растений северного типа и в течение периода зеленения и увядания – для лиственных.</p>
<p>Это и есть задача новой науки — астроботаники. В 1946 г. Академией Наук СССР была издана захватывающе интересная книга академика А. А. Григорьева о Субарктике. В этой книге говорится, что воздух в Субарктике очень чист и весьма прозрачен для ультрафиолетовых лучей Солнца, а избыток этих лучей вреден для растительности. Поэтому растительность Субарктики выработала приспособления, защищающие ее от избытка ультрафиолетовых лучей. В частности, листья имеют фиолетовый оттенок, цветы незабудки не голубые, а темноголубые, цветы тысячелистника не белые или розоватые, как в лесной полосе, а розовые с фиолетовым оттенком, дельфиниум (шпорник) не синий, в густо-темносиний и т. п.</p>
<p>«В настоящее время можно считать доказанным, – говорит академик Григорьев, – что изменения окраски являются приспособлением растений к облучению светом, изобилующим ультрафиолетовыми лучами».     .</p>
<p>Я понимаю это так: если растение имеет темносиний цвет или фиолетовый оттенок, то оно сильно отражает синие и фиолетовые лучи и, вероятно, соседние с последними ультрафиолетовые лучи.</p>
<p>Если растения в Субарктике должны бороться с избытком ультрафиолетовых лучей, то тем более это относится к растениям на Марсе, атмосфера которого весьма редка и, вероятно, очень проницаема для ультрафиолетовых лучей.</p>
<p>Таким образом, астроботаника должна изучать отражательную способность растений не только в инфракрасных и видимых лучах, но и в ультрафиолетовых.</p>
<p>В 1946 г. на Алма-Атинских горах уже работало под моим руководством несколько экспедиций с астроботаническими целями, а на 1947 г. запланированы экспедиции не только на горы, но и в восточно-европейскую Субарктику — от Архангельска до Югорского Шара.</p>

<p><b>Комментарии к статье</b></p>

<p><a href="#kom1" name="kom1a"><sup>1</sup></a> Темные пятна по поверхности планеты, изучавшиеся итальянским астрономом Скиапарелли и принятые им за морскую  поверхность. </p>
<p><a href="#kom2" name="kom2a"><sup>2</sup></a> Профессор астрономии Московского университета.</p>
<p><a href="#kom3" name="kom3a"><sup>3</sup></a> Тимирязев, Собрание   сочинений, 1937, том I, стр. 464.</p>


Случайная статья