ЗАЩО ПОЛАРИТЕ ОТ РУСИЯ ОТКРИВАТ ДРЕВНО ЛЕКАРСТВО ПО ЛЕДА НА АНТАРКТИДА И ЗАЩО СА ПЛАВЕТЕ ДО ЮПИТЕР ТУК
На 25 януари членовете на руската антарктическа експедиция пробиват кладенец в реликвеното езеро Восток, което е било изолирано от външния свят в продължение на милиони години. Може би това езеро е дом на „извънземни“организми, за разлика от всичко известно днес, но подобно на онези, които могат да съществуват в подледни океани на луните на Юпитер - Европа или Ганимед.
Формално това е вторият успешен опит, първият кладенец е пробит в езерото през 2012 г. - и веднага е блокиран. Този път каналът между езерото и повърхността може да се държи отворен дълго време и учените ще могат да разберат подробно дали някой живее във вечна тъмнина под четири километра лед - във водата или на дъното на най-странното езеро в света.
Освен ако тази програма не е затворена. Поради рязкото покачване на курса на долара самата работа на руските полярни изследователи в Антарктида е под въпрос, а решението за продължаване на FTP "Световния океан", от което бяха финансирани много научни проекти в Арктика и Антарктида, все още не е взето. Възможно е един от най-големите научни проекти на СССР и Русия, започнат още през 1957 г., да бъде замразен, точно преди да започне да носи наистина сензационни и критични резултати. Съществува риск първото поколение руски астробиолози никога да не прекрачи този праг.
***
Цялата история започва преди повече от половин век, когато през декември 1957 г. влак с шейни на трактори, ръководен от бъдещия академик Алексей Трешников, стига до центъра на ледения континент, до мястото, където е създадена станция Восток. Наречен е така в чест на пистата "Восток" - ветроходния кораб на Тадеус Белинсхаузен, на който той отплава, за да открие Антарктида през 1819 година.
Трябва да си представите какво е - Изтока. Най-близкият бряг е на 1260 километра оттук, а най-близката гара Мирни е на 1410 километра. Дори през лятото температурата не се повишава над 35 градуса под нулата, а рекордната жега е минус 14 градуса. Всъщност тук е земният полюс на студа, на Изток е регистриран температурен рекорд - 89,2 градуса под нулата. Въздухът тук е изключително сух, вечният студ замръзва цялата влага от въздуха. В същото време станцията е разположена почти в центъра на гигантския антарктически ледник, на височина около 4 хиляди метра. Това означава, че хипоксията се добавя към пустинната сухота и студ - липсата на кислород, с който хората обикновено се сблъскват в планината.
През 60-те години ледът щеше да бъде пробит с миниатюрен ядрен реактор, който щеше да стопи ледника през и през.
Промоционално видео:
Тук можете да стигнете само през лятото: през зимата, през полярната нощ, самолетите не могат да стигнат до тук. Сериозни товари - предимно бъчви с дизелово гориво за дизелова електроцентрала - се транспортират с влакове на шейни-трактори.
Какво доведе съветските хора в тази ужасна ледена пустиня? Да кажа, че само научен интерес е измамен. Работата на изследователски станции в ничия земя и демилитаризирана Антарктида е нещо като "показване на знамето" в океана. Трябва да покажем: ние сме тук, това е нашият сектор, разпределен за нас съгласно Договора за Антарктида и никой не може да го заеме, възползвайки се от липсата ни.
През 1960 г. на гара Восток започва пробиването на ледника - с помощта на домашно произведени термични сондажни черупки е възможно да се проникне на дълбочина 50 метра. Беше разгледан проект за пробиване през лед с помощта на миниатюрен ядрен реактор, който би трябвало да се стопи през ледника. Пробиването започва сериозно през 1967 г., когато на Изток пристигат специалисти от Ленинградския минен институт. Първият кладенец е пробит в леда на дълбочина 560 метра.
Тогава никой не знаеше за съществуването на езерото Восток - учените сондираха, за да получат ледниково ядро, тоест ледена колона. Ледникът в центъра на Антарктида бавно расте, ако пробиете кладенец и вземете сърцевина, ще имате лед в ръцете си на стотици хиляди години. Всеки мехур въздух в такъв лед е нещо като муха в кехлибар, запазен древен артефакт, който позволява на човек да прецени състоянието на атмосферата в дълбокото минало. Следователно леденото ядро от гара Восток се счита за един от основните източници на данни за историята на климата на Земята.
До 1998 г., когато кладенецът 5G-1 на Изток достигна дълбочина от 3623 метра, учените получиха непрекъсната серия от климатични данни в продължение на 420 хиляди години. Оказа се, че през това време на Земята е имало четири ледникови епохи, придружени от спад на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата и е установено, че настоящата концентрация на въглероден диоксид е рекордно висока през последните половин милион години. Теорията за глобалното затопляне произтича от точно такива наблюдения. Данните от изток по-късно бяха разширени и потвърдени от данни от други ледени проекти, включително европейския проект EPICA Antarctic и подобни проекти в Гренландия.
***
В края на 80-те полярните изследователи се сдобиват с нова цел - езерото Восток. Това гигантско подледниково езеро е сравнимо по размер с щата Катар (или една трета от езерото Байкал) и се нарича последното голямо географско откритие на Земята в историята. Но това откритие не беше направено за една нощ. Още през 1876 г. принц Петър Кропоткин - той е не само анархист, но и професионален географ - пише, че температурата в долните слоеве на мощни ледници може да се повиши значително под натиск: с други думи, под полярния лед е топло. В началото на 60-те години съветските учени изчислиха, че на дъното на ледника в Антарктида температурата на леда може да надвиши точката на топене, което означава, че на континенталното дъно може да има натрупвания на топена вода.
Първите намеци за съществуването на езерото Восток под слой лед се появяват, когато през 1959 и 1964 г. съветските учени, водени от географа от Московския държавен университет Андрей Капица (син на Нобеловия лауреат Петър Капица и брат на Сергей Капица), извършват сеизмично озвучаване на ледника. Тогава учените успяха да измерят дебелината му и в допълнение към отражението от дъното на ледника те видяха друг сигнал, който те изнесоха извън границата на слоя на утаените скали под ледника. Сега разбираме, че тези "утаечни скали" бяха езерна вода.
В средата на 70-те години на миналия век британските учени в резултат на радарно озвучаване на ледник в центъра на Антарктида откриват райони с "плоско" отражение. Тогава за първи път беше изложена хипотеза, че това е отражение от границата "лед-вода". Най-големият такъв обект е намерен близо до гара Восток.
През 1996 г. Андрей Капица, Игор Зотиков от Института по география на Руската академия на науките и техните британски колеги обобщиха в статия, публикувана в списанието Nature, всички радари и сателитни наблюдения и направиха окончателното заключение - на дълбочина около четири километра под леда има езеро с обща площ около 10 хиляди квадратни километра и средна дълбочина около 125 метра.
На гара Восток има студен полюс. Именно тук беше регистрирана най-ниската температура на Земята - минус 89,2 градуса по Целзий.
***
По това време сондажът на 5G-1 е бил пробит на дълбочина 3100 метра, а до 1998 г. - на дълбочина 3623 метра. Според изчисленията до езерото Восток останаха около 120 метра. Но пробиването е спряно по искане на Международния научен комитет за изследвания в Антарктида (SCAR). Руските полярни изследователи трябваше да представят "екологично чиста технология", която би изключила навлизането на външно замърсяване в реликтовото езеро.
Паузата се влачи осем години. През това време френски и американски учени, които участваха в сондажни и палеоклиматични проучвания (и получиха една трета от основната проба), напуснаха проекта и проектът за сондаж се превърна в национален руски проект.
***
Как да не разваля езерото? Пробиването на такива дълбоки дупки в ледник е не по-малко трудно от скалата. Кладенецът, оставен на себе си, бързо ще „плава“и ще изчезне, трябва да положите специални усилия, така че свредлото да не е замръзнало в леда, да не е заседнало в него. През 40-годишната история на Изток са изгубени няколко сондажни снаряда, забити в дълбочина или замразени в леда.
За да се запази кладенецът, той е бил напълнен със сондажна течност - смес от авиационен керосин и фреон, която е запазила кладенеца от замръзване. Стените на горната част на кладенеца бяха подсилени с пластмасови кожуси. SCAR се опасява, че сондажната течност може да замърси езерото Восток, ако навлезе в езерото Восток.
През 1999 г. руски учени представиха своите предложения за организацията на Договора за Антарктида. Идеята им беше да използват високото налягане на водата в езерото, което плава върху почти четири километра лед. Ако количеството на сондажната течност в кладенеца не е достатъчно, за да компенсира налягането отдолу, езерната вода просто ще избута колоната на сондажната течност нагоре и след това ще замръзне, образувайки естествена тапа между езерото и външния свят. За да се предотврати директен контакт на водата със сондажната течност, руските учени предложиха да се използва неактивно "уплътнение" - слой от течен полимер на базата на силиций, полидиметилсилоксан.
Но международните експерти поискаха ефективността на този метод да бъде доказана на практика. Ръководителят на руската антарктическа експедиция Валери Лукин се възмути: „Казаха ни: къде тествахте тази технология, имате само теоретични разработки, намерете някакво друго езеро в Антарктида … Но разбирате - за това трябва да създадете нова отделна инфраструктура, това огромни средства!"
Руските учени обаче не трябваше да търсят „тестово езеро“. През 2003 г. Европейският проект за NGRIP (Северна Гренландия от лед в ядрото) достигна подледовико езеро в северна Гренландия на дълбочина 3085 метра. А проникването в езерото се случи точно по сценария, описан по-рано от руски специалисти: след проникването водата се издигна на 45 метра нагоре в кладенеца, а токсичната смес от керосин и фреон не попадна в езерото.
През 2004 г. сондажът е възобновен - оказа се, че за седем години кладенецът не се е деформирал достатъчно, за да започне всичко отначало. През 2007 г., два пъти подред, тренировката се заби и откачи от кабела си на дълбочина 3660 метра. Следователно през януари 2009 г. сондажите започнаха да заобикалят аварийната зона от 20-метрова кота.
Накрая, на 5 февруари 2012 г., на дълбочина 3769,3 метра, тренировката достигна водата на езерото Восток. Учените донякъде подцениха налягането в езерото и водата от езерото се издигна през кладенеца на около 500 метра нагоре, изтласквайки сондажната течност, която се разпръсна от кладенеца. След повдигането на тренировката първите проби от езерната вода, смесени с сондажна течност, попаднаха в ръцете на учените. Именно тази жълтеникава течност полярните изследователи по-късно донесоха със себе си като подарък на Путин, когато бяха поканени да се срещнат с премиера в Кремъл.
През следващите две години полярните изследователи пробиват езерна вода, замръзнала в кладенец, за да получат проби от пресен езерен лед. Пробиването продължи и тази година, като тренировката премина под лек ъгъл към кладенеца, за да удари езерото в различна точка. Накрая, вечерта на 25 януари, руските учени отново стигнаха до езерото Восток.
Този път всичко беше изчислено по-точно, а езерната вода се издигна само на 45 метра.
„Искахме налягането да бъде практически едно и също, така че водата да не се издига твърде високо и водата да е„ тапа “между езерото и кладенеца, която да може да бъде пробита бързо“, казва Андрей Дмитриев от петербургския университет „Горни“, откъдето от съветския пъти, те са разработили технологии за пробиване за Изтока. В бъдеще, според него, ще бъде възможно да се инсталира специално дъно на кладенеца, което ще го държи отворен. През тези „порти“ще бъде възможно да се преминат сонди за изследване на дебелината на езерото и неговото дъно.
***
Езерото Восток е изолирано от външния свят в продължение на милиони години и ако в него има живот, то най-вероятно е напълно различно от всичко, което знаем днес. Условията там обаче много напомнят на ситуацията в една от луните на Юпитер - Европа. Течен океан е скрит под дебелата ледена обвивка на това небесно тяло. Водата в него се нагрява от топлината на червата на Европа, които не се охлаждат поради приливното действие на гравитацията на Юпитер.
Шансовете за намиране на живот в Европа са дори по-високи, отколкото на Марс, тъй като на Марс не е имало течна вода от милиарди години, но Европа го има сега. В много отношения условията в езерото Восток са подобни на "европейските". Вечната тъмнина и възможното присъствие на източници на геотермална топлина позволяват да съществуват само хемоавтотрофни организми - тоест такива, които живеят чрез химични реакции и са в състояние да се справят без Слънцето. Подобни организми на Земята са открити близо до дълбоководни горещи извори - „черни пушачи“.
Ледът на възраст 420 хиляди години, който беше изваден от кладенеца, помогна да се роди теорията за глобалното затопляне.
Учените от самото начало на 2000-те виждат езерото Восток като удобно изпитателно поле за разработване на технологии за намиране на живот в Европа.
„Подледниковото езеро Восток може да се счита за единственото изключително чисто водно тяло на Земята, което може да послужи като уникална изпитателна площадка за намиране на неуловими следи от живот върху ледени тела, като Юпитерийската луна Европа“, пишат учени от групата на Сергей Булат, служител на Петербургския институт за ядрена физика. в авансите в космическите изследвания.
Първите микроорганизми, които биха могли да принадлежат към екосистемата на езерото, бяха открити още през 1999 г. Тогава кладенецът 5G на дълбочина 3538 метра за първи път влезе в ледения слой от замръзналата езерна вода. НАСА издаде специално изявление, в което подчерта приликите между Изтока и Океана в Европа.
През 2004 г. група, водена от Булат, идентифицира ДНК на термофилни бактерии, живеещи в близост до горещи извори във водни проби от езерен лед на 50-52 градуса над нулата. Учените написаха, че водата на езерната маса е близо до точката на замръзване (поради високо налягане, точката на замръзване на водата е под нулата: това е приблизително минус два градуса по Целзий), така че микроорганизмите могат да произхождат от покрайнините на Изтока, където в зоните на разрушения може да има геотермални изходи. Във всички тези случаи обаче ставаше въпрос за единични бактерии и освен това беше невъзможно да се изключи възможността от заразяване - замърсяване на пробите с „чужди“бактерии.
Моментът на истината дойде през 2012 г., когато първите проби от прясна езерна вода попаднаха в ръцете на учените. Изследването е проведено от групата за криоастробиология PNPI под ръководството на Bulat.
Гара "Восток", 1984 г. / РИА Новости
***
Сергей Булат, когато говори за неговите очаквания, подчерта, че можем да говорим за абсолютно „извънземен“живот. Факт е, че водата на езерото трябва да има изключително висока концентрация на кислород (до 0,7-1,3 грама кислород на литър) - водата се образува от топящ се „атмосферен ледник“, наситен с кислород, а току-що замръзващата вода не го съдържа. Науката не познава такива оксигенофили сега. От друга страна, бактериите могат да съществуват на дъното или в дънните седименти, на границата на две среди.
Първите данни бяха представени от групата на Булат през есента на 2012 г. на конференция в Стокхолм, но те се оказаха нула - учените не можеха да намерят нищо освен замърсяване (самите биолози ги наричат елегантния термин „замърсители“). Към март 2013 г. обаче анализът на други проби разкри нещо интересно - бактериална ДНК, която не беше в библиотеката на замърсители и не беше сред вече познатите генни последователности на бактерии в базата данни на Genbank.
Булат направи презентация на тези резултати на конференция в Института за космически изследвания на Руската академия на науките и съобщението му предизвика сензация: неизвестна бактерия беше открита в езерото Восток! Арктическият и Антарктически институт дори трябваше да издаде специално изявление, че тази бактерия не представлява заплаха за хората.
Други учени бяха скептично настроени към данните на групата на Булат. Първо, те взеха проби от лед, отцепен от бормашина и смесиха приблизително едно към едно със сондажна течност (тоест с керосин и фреон). Второ, не може да се изключи, че това е друг замърсител, просто не е включен в библиотеката на замърсителите.
Година по-късно проби от „чист“лед от току-що пробит кладенец попаднаха в ръцете на групата на Булат. През 2014 г. той представи нов доклад на конференцията COSPAR в Москва, където каза, че в проби от лед са открити общо 49 вида бактерии, всички те са замърсители, с изключение на два, които не могат да бъдат класифицирани и идентифицирани с помощта на наличните генетични бази данни.
Тези резултати обаче все още не са публикувани в научно списание, а самата група на Булат отбелязва, че са необходими нови проби вода от езерото, за да се получат стопроцентово доказателство.
Езерото Восток е изолирано от външния свят в продължение на милиони години. И ако в него има живот, то най-вероятно е напълно различно от всичко, което знаем днес.
***
Повторното пробиване и сравнително малка "тапа", останала в дъното на кладенеца, ще позволят систематично изследване на езерото.
„Налягането ще бъде балансирано и ще бъде възможно да влезете в езерото със сонди и да изучите езерото, водата и всичко по-долу. Вземете проби от вода, които не са замразени, а във "жива" форма ", казва Вячеслав Мартянов, заместник-ръководител на Руската антарктическа експедиция.
Според Андрей Дмитриев специалисти от Горни вече са създали и тествали сонда, която може да достигне дъното на езерото и да пробие през дънните седименти.
„Ние вярваме, че дънните седименти са с дебелина около 10 метра. Там, както на дъното на всяко езеро, има тиня, а тези, които учат живота, се интересуват от тиня “, каза Дмитриев.
Тази година обаче сондата няма да влезе в езерото. През февруари зимният сезон започва на Изток, бурените тръгват до следващото южно лято - и в Антарктида, както в цялото Южно полукълбо, идва, когато е зима в Европа и САЩ. Дали обаче ще е „лято“е въпрос. Възможно е сондирането на гара Восток да бъде ограничено поради липса на пари.
„От 2014 г. ние се занимаваме с наука за своя сметка, без целенасочено финансиране от правителството … И последната новина - RAE е принудена да намали разходите … Засега не говорим за пълното затваряне на станцията, а за ограничаване на сезонната работа, но за руската наука това ще бъде сериозен удар “, пише в блога си един от членовете на експедицията Алексей Екайкин.
Проблемът е, че значителна част от разходите за RAE са в чуждестранна валута. Това са полети, превоз на стоки, гориво. С нарастването на валутния курс всички те се увеличават многократно.
Още през юни, на среща с Путин, директорът на AARI Иван Фролов говори за необходимостта от разширяване на програмата на Световния океан, която финансира изследванията на езерото Восток. Проектопрограмата за периода от 2015 до 2030 г. съществува, но тя все още не е одобрена, което означава, че по-нататъшната съдба на проекта е неизвестна.
***
Успоредно с пробиването на кладенец до езерото Восток, американците и британците стартираха свои собствени проекти за проучване на подледовиковите езера на Антарктида. По-специално американски учени, използвайки струи гореща вода, пробиха кладенец до малкото езеро Уилънс, разположено на дълбочина около 800 метра. Въпреки това, езерото Уилънс е течаща водна маса, изобщо не е изолирана, както на Изток, следователно степента на интерес към учените е много по-ниска.
Проектът на Великобритания за пробиване на кладенец до Антарктическото езеро Елсуърт, който започна през декември 2012 г., беше значително по-амбициозен. Това езеро е разположено на дълбочина около 3 километра и изолирано от външния свят за около 500 хиляди години. Британските учени възнамеряваха да пробият кладенец с почти вряла вода и да свършат цялата работа за пет дни, а не да прекарват години, пробивайки механично. Въпреки това, 13 дни след старта, на 25 декември, проектът е отменен поради технически проблеми - те успяха да минат само 300 метра от ледника.
Следователно руският проект засега остава уникален.
***
Всеки, който се занимава с изучаване на живота на всевъзможни неприятни места - в отворите на вулкани, в дълбините на океаните, в стратосферата - със сигурност говори за перспективите за търсене на живот извън Земята. Може би това е реторика, насочена към ушите на тези, които осигуряват финансиране. В края на краищата изследването на земния живот е не по-малко важно без астробиологична перспектива.
Но перспективата за търсене не само на все още неизвестни бактерии, а на „извънземни“винаги вълнува обществото, така че изследователите са щедри и дават на обществеността правилната „рима“.
Перспективите за намиране на живот в реална Европа все още са много далеч от реализирани. Европейската космическа агенция (ESA) в началото на 2000-те обмисли проекта Лаплас за изследване на Европа, включително с участието на Русия. НПО, кръстено на Лавочкин, дори разработи опции за кацане „европейски“модул.
Данни за високите нива на радиация (орбитата на Европа преминава през радиационните пояси на Юпитер) ги принудиха да преразгледат плановете - през 2012 г. ESA официално одобри проекта на сондата JUICE, която ще изследва главно най-голямата луна на Юпитер - Ганимед. Може да има и подледеният океан, макар и не толкова впечатляващ, колкото в Европа. Устройството трябва да стартира през 2022 г., не се говори за изпращане на кацач.
Руски учени предлагат да се изпратят десантни и орбитални модули до Ганимед. Но засега техните предложения дори не са включени в проекта на Федералната космическа програма от 2015 до 2025 г. (въпреки че самата програма все още не е приета и в светлината на новата реформа на Роскосмос не е необходимо да се очаква, че ще обърне много внимание на науката).
Бюджетът на НАСА за 2015 г. включва средства за първоначалното проучване на мисия в Европа - 15 милиона долара. Докато този проект не бъде включен в програмата, говорим само за предварителни прогнози. Ако всичко върви по план, сондата може да стартира около 2025 г., но това ще бъде орбитална сонда, която все още не трябва да избира места за бъдещо кацане.
Но лабораторията за реактивни двигатели на НАСА вече финансира разработването на роботизиран ледобул. Един такъв проект - Cryobot - беше тестван в Норвегия през 2002 г. Друго - VALKYRIE - включва завръщане към идеите от 50-те години на миналия век и пробиване (по-точно на топене) лед с помощта на ядрен реактор.
Не е необходимо да чакате експедиция до Европа по-рано, отколкото след 10-15 години, и още 7-8 години за полета до самата система на Юпитер. Повечето космически програми се концентрират върху задачите за проучване на Марс.
Авторът благодари на Андрей Дмитриев, доцент на катедрата за сондажно сондиране на нефтегазовия факултет на НДСВ "Горни", и Сергей Булат, ръководител на лабораторията по криоастробиология на катедрата по молекулярна и радиационна биофизика на Санкт Петербургския институт по ядрена физика, за съвети и материали.
Иля Ферапонтов