Гавриил Тихов - Астробиология
Все эти исследования можно считать началом новой науки.
В 1918 и в 1920 годах были очередные противостояния Марса, не столь благоприятные, как в 1909 году, но все же довольно удобные для наблюдения в Пулкове. Я решил вновь исследовать Марс, воспользовавшись 15-дюймовым рефрактором, объектив которого отшлифован также к лучам красным, желтым и зеленым. При наблюдениях применялись светофильтры — красный, желтый, зеленый, голубой — и спектроскоп, с помощью которого мы изучали поглощение разных лучей спектра теми зонами Марса, где предполагается существование растительности.
Для понимания этого рассмотрим спектр Солнца и спектр зеленого растения (рис. 2), который получается при отражении солнечных лучей от зеленой листвы растений.
Числа здесь указывают в стотысячных долях миллиметра длину волны тех участков, которые отмечены белыми черточками. Латинские буквы над черными линиями соответствуют темным линиям в солнечном спектре. Заметим, что линии «А» и «В» получаются от поглощения света Солнца кислородом земной атмосферы, а линия «а» — от поглощения водяными парами земной атмосферы. Из сравнения спектра Солнца со спектром зеленого растения ясно, что у растения видны три темные полосы — первая между длинами волны 70 и 65, вторая — между 65 и 60 и третья — за 60. Кроме того, заметно значительное ослабление голубых лучей. Из полос в красных лучах темнее всего та, которая лежит между 70 и 65. Она носит название «главная полоса поглощения хлорофилла». Вот эту полосу я и пытался обнаружить на Марсе в 1918 и в 1920 годах, но так и не нашел. Многочисленные поиски ее другими наблюдателями также дали отрицательный результат. Загадка эта оставалась не решенной в течение ряда лет.
Теперь обратимся к двум фотоснимкам (фото 1 и 2). На них изображены тянь-шанские ели, снятые на первом снимке в синих лучах, на втором — в инфракрасных. Второй напоминает как бы зимний снимок после сильного снегопада. Все это позволило заключить, что земные растения очень сильно отражают или рассеивают инфракрасные лучи.
Между тем на Марсе подобного явления нет. Экспедиция Ленинградского университета, возглавлявшаяся профессором В. В. Шароновым, установила на Ташкентской астрономической обсерватории в 1939 году, что в инфракрасных лучах «моря» Марса выходят, наоборот, особенно темными.
Все эти факты, а также то, что на Марсе очень суровый климат, мало воды, кислорода и в атмосфере нет озона, поглощающего гибельные для жизни коротковолновые лучи, дали повод для высказываний против существования растительности на Марсе.
Эти мысли находили себе опору и в том, что марсианские растительные покровы, в отличие от земных, имеют не зеленый, а голубой, синий и даже фиолетовый цвет.
Посмотрим, как наука опровергла эти возражения.
В 1945 году в Алма-Ате, во время лекции на тему о возможности жизни на других планетах, я, как обычно, указал, что одним из главных возражений против существования растительности на Марсе является отсутствие отражения инфракрасных лучей его растительными покровами. После лекции агрометеоролог А. П. Кутырева спросила меня: «Не является ли такая особенность следствием сурового климата Марса, так как инфракрасные лучи несут почти половину солнечного тепла и марсианские растения должны поглощать эти лучи для согревания?» Ответив, что это вполне вероятно, я на следующий же день решил заняться сравнением отражения инфракрасных лучей лиственными и хвойными растениями. Если у последних отражение окажется значительно меньше, чем у лиственных, то мысль А. П. Кутыревой верна.
Для проверки я воспользовался материалами, тогда еще рукописными, моего ученика, ныне лауреата Сталинской премии Е. Л. Кринова, который изучал в течение нескольких лет отражательную способность всевозможных земных растений в разных лучах спектра. Были взяты две пары растений: первая — зеленый овес и полярный можжевельник, вторая — береза и ель. Оказалось, что отражение инфракрасных лучей у хвойных растений — ели и можжевельника — в 3 раза меньше, чем у сфотографированных одновременно с ними березы и зеленого овса.
Таким образом было выяснено, что летнезеленым растениям инфракрасные лучи не нужны, поэтому они отражаются. Полярному можжевельнику, живущему в суровом климате, и ели, не теряющей своей зелени и зимою, инфракрасные лучи необходимы для согревания, а потому они отражаются слабо.
Работы Кринова указали, что зимой хвойные деревья отражают инфракрасные лучи почти вдвое слабее, чем летом. Наши наблюдения подтвердили это явление.
Приведенные исследования явились новым вкладом в молодую науку.
Наши исследования шли сначала в институте астрономии и физики Казахского филиала Академии наук СССР. Однако работа развивалась так бурно, что вскоре понадобилось учреждение при Президиуме Академии наук Казахской республики специального сектора астроботаники, который открылся 11 ноября 1947 года.
Еще в 1946 году мы получили большое число спектрограмм растений и их цветов. Обработка спектрограмм привела к неожиданным результатам. Оказалось, что некоторые цветы дают в инфракрасных лучах яркость больше единицы, то-есть отражают света значительно больше, чем наиболее ярко отражающие свет белые порошки — магнезия и барит.
Если мы примем яркость магнезии и барита в инфракрасных лучах за единицу, то получим следующие значения ее для некоторых цветов: герань (журавельник) на высоте 3 000 метров — 1,6, пион на высоте 1350 метров — также 1,6, желтая фиалка — 1,25.
Откуда же могла появиться добавочная яркость? Если даже считать, что цветы отражают солнечный свет так же сильно, как магнезия или барит, то все же остается избыток яркости от 0,25 до 0,6. Не оставалось ничего другого, как допустить, что под влиянием солнечного облучения цветы излучают инфракрасные лучи.
К этому явлению мы еще вернемся в дальнейшем, а теперь перейдем к оптическим свойствам марсианской растительности, отличающим ее от растительности земной. Выше мы уже говорили, что многочисленные поиски главной полосы поглощения хлорофилла на Марсе дали отрицательный результат. В чем же дело? Действительно ли на Марсе нет хлорофильной растительности, или полоса поглощения хлорофилла отсутствует по другой причине?
Обдумывая этот вопрос, я еще в 1946 году писал в «Вестнике Академии наук Казахской ССР», что причиной может быть опять-таки суровый климат Марса. В самом деле, если в мягком климате низких и умеренных широт Земли растениям достаточно поглощать солнечные лучи в нескольких сравнительно узких участках спектра, то в суровом марсианском климате этого недостаточно. Растения должны поглощать всю длинноволновую часть солнечного спектра, несущую еще около одной трети солнечного тепла. Длинноволновые полосы поглощения хлорофилла от этого расширятся и сольются. Отчетливость их теряется. Однако этот теоретический вывод надо было проверить наблюдениями.
Известно, что марсианские растительные покровы имеют в период расцвета не зеленый, а голубой, синий и даже фиолетовый цвет. Обратив внимание на голубую канадскую ель, растущую во дворе одного из алма-атинских домов, мы сняли ее спектр и увидели — полоса хлорофилла отсутствует. А между тем обыкновенная сосна в алма-атинском университетском ботаническом саду дала очень отчетливую и довольно узкую полосу. Оказалось, что канадская ель и в Алма-Ате сохранила свои оптические свойства, вынесенные из суровой Канады.
Снимая спектр тянь-шанской ели в ущелье Медео, близ Алма-Аты, мы нашли другое не менее интересное явление. При температуре воздуха + 2° полоса хлорофилла видна очень отчетливо, а на снимке, сделанном через две недели при температуре — 6°, полоса хлорофилла не видна. Здесь, в противоположность свойствам канадской ели, растение очень быстро приспособилось к температуре воздуха.
В 1948 году сектор астроботаники отправил экспедицию к устью Оби, в район Салехарда. Там были получены спектрограммы многих растений. У некоторых из них — карликовой березы, кладонии, мытника, цетрарии и других — спектр, снятый в июле, то-есть в самое теплое время года, не дал сколько-нибудь заметной главной полосы поглощения хлорофилла.
Так мы нашли простое и естественное объяснение отсутствия полосы поглощения хлорофилла у марсианской растительности.
Теперь стало ясно, почему растительность на Марсе имеет голубой, синий и даже фиолетовый цвет. Если в спектре растения ослаблены красные, оранжевые, желтые и зеленые лучи, то лучи голубые, синие и фиолетовые приобретают большее значение. Значит, в суровом климате растения вместо зеленого могут иметь голубой, синий и даже фиолетовый цвет. Этот вывод полностью подтверждается наблюдениями А. П. Кутыревой на Памире в 1950 и в 1951 годах. А. П. Кутырева установила, что уже перед подъемом на Алайский хребет в речных долинах большие пространства пойменных лугов, а также высоких и сухих мест речной долины имеют коричневато-лиловый или же сплошь синевато-лиловый оттенок. Это невольно вызывает сравнение с окраской тех частей поверхности Марса, где возможно предположить наличие растительности.
