Чем пахнет космос: запахи других планет и лун

Космос принято представлять стерильной пустотой — без воздуха, без звука, без каких-либо ощущений. Но запах там всё-таки есть, и порой довольно резкий. Астронавты, возвращавшиеся с орбиты, рассказывали, что скафандры и люки после выхода в открытый космос пахнут жжёным металлом и чем-то вроде сварочного дыма. Причина — атомарный кислород, который цепляется к поверхностям и при контакте с воздухом шлюза вступает в реакции.

А ведь есть ещё целые миры, чьи атмосферы и поверхности химики описывают вполне «съедобными» словами. На Венере облака содержат серную кислоту, на Марсе пыль богата соединениями железа, а на спутнике Юпитера Европе под ледяной корой, по данным зондов, скрывается солёный океан. У каждой из этих сред — свой характерный химический «аромат», пусть и без носа, способного его уловить.

Дальше разберём, чем на самом деле пахнут другие планеты и луны, откуда мы это знаем и почему запах в космосе — не поэтическая метафора, а вопрос химии.

Может ли космос пахнуть?

Короткий ответ: сам по себе — нет. Межзвёздное и межпланетное пространство заполнено чрезвычайно разреженным газом и пылью, где на кубический сантиметр приходится считаное число частиц, а то и вовсе почти ничего. Наш нос воспринимает запах, когда молекулы летучих веществ попадают на обонятельные рецепторы в достаточной концентрации. В глубоком вакууме таких молекул слишком мало, чтобы вызвать ощущение, да и дышать там нечем: обоняние работает только в потоке воздуха. Поэтому «запах космоса» — это запах конкретных химических веществ на конкретных небесных телах, а не запах пустоты.

Другое дело — планеты, их спутники и другие тела с атмосферой или поверхностью. Атмосферы Венеры, Марса, газовых гигантов и Титана состоят из газов, многие из которых мы хорошо знаем по земным запахам. Сероводород пахнет тухлыми яйцами, аммиак — резкий и едкий, диоксид серы даёт ощущение зажжённой спички, метан сам по себе почти не пахнет, но в смесях создаёт характерный «газовый» оттенок. На поверхностях планет и лун есть минералы, соли и органические соединения, которые при контакте с воздухом или при нагреве могли бы выделять летучие вещества. Так что вопрос «чем пахнет космос» на практике превращается в вопрос «чем пахнет то или иное небесное тело, если представить, что мы можем вдохнуть его атмосферу».

Здесь важно сделать оговорку: человек не может находиться в этих атмосферах без скафандра, а внутри герметичного костюма он чувствует запах собственного тела и снаряжения, а не планеты. Кроме того, обоняние устроено сложно: один и тот же газ в разных концентрациях воспринимается по-разному, а некоторые вещества в больших количествах просто «отключают» рецепторы или опасны. Поэтому описания вроде «Венера пахнет тухлыми яйцами» — это мысленный эксперимент и научная реконструкция, а не отчёт человека, побывавшего там. Такие сравнения всё же полезны: они помогают представить химический состав далёких миров через знакомые ощущения.

Любопытный нюанс: космонавты, возвращаясь на борт станции после выхода в открытый космос, иногда отмечали странный запах, который приносили скафандры и инструменты. Но это запах не вакуума, а веществ, осевших на поверхности и вступивших в реакцию с воздухом шлюза. Так что даже в космосе «пахнет» не пустота, а химия — просто она становится заметной лишь там, где есть чем дышать и что нюхать.

Запах Венеры: тухлые яйца и серная кислота

Атмосфера Венеры — пожалуй, самый агрессивный химический коктейль в Солнечной системе, и пахнет он соответствующе. Основной газ здесь — углекислый газ, на который приходится почти вся масса воздушной оболочки планеты. Сам по себе он не пахнет, но создаёт тот чудовищный парниковый эффект, из-за которого температура у поверхности держится в районе четырёхсот с лишним градусов. А вот примеси к этому «воздуху» куда интереснее с обонятельной точки зрения.

Главный источник вони — сернистый газ, или диоксид серы. Он отвечает за знаменитые облака Венеры, состоящие из капелек серной кислоты. Сернистый газ пахнет резко и удушливо: это тот самый запах, который вы почувствуете, если чиркнете спичкой и сразу затушите её. При высоких концентрациях он напоминает запах горелой резины или зажжённой серы. В облачном слое Венеры этого соединения предостаточно, так что теоретически «вдохнуть» венерианский воздух означало бы получить порцию острого, разъедающего обоняние газа.

Второй компонент, который часто упоминают в связи с Венерой, — сероводород. Это соединение с характерным запахом тухлых яиц, знакомым каждому, кто когда-либо сталкивался с испорченными продуктами. Правда, здесь нужна оговорка: сероводород в атмосфере Венеры не является основным газом, и его присутствие в заметных количествах долгое время оставалось предметом научных споров. Однако следы серосодержащих соединений в облаках фиксировались, а значит, в гипотетическом «букете» Венеры тухлый яичный оттенок вполне мог бы присутствовать.

Серная кислота, которой так богаты венерианские облака, сама по себе запаха не имеет, но она добавляет картине едкую, разъедающую нотку. Представьте, что вы одновременно понюхали зажжённую спичку, тухлое яйцо и пролитый электролит из аккумулятора — примерно такое сочетание ждало бы незадачливого нюхача. К счастью для нас, проверить это на практике невозможно: давление у поверхности Венеры сравнимо с давлением на километровой глубине океана, а температура способна расплавить свинец.

И всё же учёные не теряют надежды разобраться в химии венерианских облаков. Там, на высоте около пятидесяти километров, условия куда мягче, чем у поверхности, и некоторые исследователи всерьёз обсуждают возможность существования в этих облаках микроорганизмов, способных выживать в концентрированной серной кислоте. Если такие организмы действительно есть, их метаболизм наверняка оставлял бы химические следы — возможно, те самые сернистые соединения, которые придают планете её «аромат». Пока это лишь гипотеза, но даже сама мысль о том, что запах Венеры может быть не просто химической случайностью, а побочным продуктом чьей-то жизнедеятельности, делает эту планету ещё более интригующей.

Марсианский запах ржавчины и пыли

Марсианская пыль — пожалуй, самый знаменитый «минералогический портрет» планеты. Красноватый оттенок поверхности Марса обусловлен оксидами железа, прежде всего оксидом железа(III), который в земном обиходе известен как гематит и входит в состав обычной ржавчины. Мелкая пыль, поднятая ветрами, покрывает практически всю планету, а во время глобальных пылевых бурь она поднимается в атмосферу и может месяцами окутывать Марс сплошной пеленой. Эта взвесь придаёт марсианскому небу характерный желтовато-оранжевый цвет, который астронавты будущих экспедиций увидят вместо привычной земной голубизны.

Если попытаться представить, чем пахнет эта пыль, на помощь приходит земной опыт. Запах ржавчины знаком многим: это сухой, слегка металлический, «пыльный» аромат, который чувствуется возле старых железных предметов, покрытых рыжим налётом, или в мастерской, где долго лежал необработанный металл. Химически он связан с летучими продуктами окисления железа и с мельчайшими частицами оксидов, попадающими в воздух. На Марсе, где пыль состоит из похожих соединений, но дополнительно перемешана с силикатами, полевым шпатом и другими минералами, запах был бы сложнее: к металлической ноте добавилась бы сухая, землистая, чуть «минеральная» составляющая, напоминающая запах нагретого песка или сухой глины.

Важная деталь — марсианская пыль невероятно мелкая. Средний размер её частиц оценивается в несколько микрометров, то есть она сравнима с земной пылью или даже тоньше. Такая взвесь легко проникает в лёгкие, оседает на оборудовании и скафандрах. Поэтому инженеры, проектирующие марсианские миссии, уделяют столько внимания защите от пыли: она абразивна, электризуется и способна забивать механизмы. Для будущих колонистов это означало бы постоянный «пыльный фон» в жилых модулях, а вместе с ним и стойкий запах, который трудно выветрить.

Есть и ещё один нюанс. В марсианской атмосфере очень мало кислорода, зато заметную долю составляет углекислый газ, а также присутствуют следы других газов. При вдыхании такая смесь, разумеется, была бы смертельна без специального снаряжения, но гипотетически, если говорить о восприятии запаха через фильтры или в герметичной среде с принесёнными образцами, человек ощутил бы прежде всего сухую минеральную ноту. Некоторые исследователи сравнивают предполагаемый аромат марсианской пыли с запахом, который остаётся в воздухе после того, как вы разбили кусок ржавого железа или прошлись по пыльной грунтовой дороге в жаркий день.

Любопытно, что запах «ржавчины» на Земле часто усиливается влагой: во влажном воздухе окисление идёт активнее, и летучие соединения выделяются заметнее. Марс — планета крайне сухая, поэтому там этот процесс был бы замедлен, а сам запах — более «плоским» и пыльным, без сырой металлической резкости. Так что марсианский аромат, скорее всего, оказался бы не столько пугающим, сколько монотонным: бесконечная сухая взвесь, пахнущая нагретым камнем и старым железом.

Титан: запах бензина и метановых озёр

Титан — крупнейший спутник Сатурна — единственное, кроме Земли, небесное тело в Солнечной системе с плотной азотной атмосферой и целыми озёрами и морями на поверхности. Только жидкость в них не вода, а метан и этан: при тамошних температурах, около минус 180 градусов по Цельсию, эти углеводороды ведут себя как привычная нам вода — текут, испаряются, образуют облака и дожди. Атмосфера Титана примерно на 95 процентов состоит из азота, а оставшаяся доля приходится в основном на метан с небольшими примесями других углеводородов — этана, пропана, ацетилена, этилена. Эта химия и подсказывает, чем мог бы пахнуть Титан.

Метан сам по себе почти не имеет запаха — это стоит оговорить сразу, чтобы не поддаться соблазну представить «газовую конфорку». Тот характерный запах, который мы связываем с бытовым газом, добавляют специально, для безопасности. А вот примеси, которые на Титане образуются постоянно, пахнут вполне отчётливо. Под действием ультрафиолета солнечного света и заряженных частиц метан в верхних слоях атмосферы разлагается, и из осколков собираются более сложные молекулы: ацетилен, этан, этилен, а также соединения с азотом — синильная кислота и циановодород. Ацетилен даёт резкий, чуть сладковатый химический запах, этилен — похожий на «газовый», а синильная кислота пахнет горьким миндалём. Так что воздух Титана, если бы его удалось вдохнуть, скорее всего напоминал бы не бензин в чистом виде, а смесь технической химии — что-то среднее между запахом старой мастерской, растворителя и подгоревшего газа.

«Бензиновую» ноту добавляет то, что происходит у самой поверхности. В нижних слоях атмосферы углеводороды конденсируются и выпадают на грунт — учёные называют это метановым круговоротом, по аналогии с водным на Земле. Дожди из жидкого метана размывают лёд и образуют русла рек, которые впадают в озёра и моря. Над такой поверхностью неизбежно витает испаряющаяся углеводородная взвесь, и её запах был бы ближе всего к тому, что мы чувствуем на заправке: лёгкий, летучий, слегка маслянистый аромат лёгких фракций нефти. Разница в том, что на Титане этот запах — не следствие переработки, а сама природа планеты: целые моря жидкого газа, испаряющегося под бледным солнцем.

Есть и ещё одна деталь, которая делает титанический аромат по-своему узнаваемым. Поверхность спутника покрыта органической «пылью» — тёмным веществом, которое образуется в атмосфере из тех же метана и азота и оседает на грунт. Это сложная смесь высокомолекулярных соединений, и её запах, по аналогии с земными органическими смолами, был бы тяжёлым и землистым. В итоге Титан пахнул бы многослойно: сверху — резкая химия ацетилена и синильной кислоты, ниже — летучая бензиновая струя над озёрами, а у самой земли — плотный смолистый фон. Пожалуй, самый «промышленный» запах во всей Солнечной системе.

Европа: запах серы из подлёдного океана

Европа — ледяной мир, покрытый трещинами, и почти всё, что мы знаем о её возможном запахе, держится на данных космических аппаратов и лабораторных экспериментов, а не на прямых измерениях. Главный источник сведений — спектрометры зондов, изучавших систему Юпитера, в первую очередь Galileo, а также наземные наблюдения. Они показали, что поверхность спутника покрыта водяным льдом, а в ряде областей — гидратированными солями и соединениями серы. Сера делает Европу самым «сернистым» кандидатом на запах среди ледяных лун.

Под ледяной корой Европы, по современным представлениям, скрывается солёный океан жидкой воды. Он контактирует с каменистым дном, где могут идти гидротермальные процессы — примерно такие, как в земных глубоководных источниках. В такой среде вода взаимодействует с горными породами, и одним из продуктов становится сероводород. На Земле он знаком каждому, кто чувствовал запах тухлых яиц: это бесцветный газ с резким неприятным запахом, который образуется при разложении органики и в вулканических выделениях. Если в океане Европы действительно идёт подобная химия, сероводород мог бы накапливаться в воде и при подъёме к поверхности через трещины попадать в тонкую экзосферу спутника.

Второй возможный источник — сульфаты. Спектральные данные указывают на присутствие на поверхности Европы солей серной кислоты и её производных, в частности гидратированных сульфатов. Сама серная кислота едкая и летучая, а её соли запаха почти не дают, пока не вступят в реакцию. Но при смешении с водой и восстановителями сульфаты могут превращаться в сульфиды и сероводород — и тогда запах снова становится резким. Есть и более экзотические варианты: соединения серы вроде диоксида серы, который пахнет остро и удушливо, как зажжённая спичка, хотя его присутствие на Европе пока не подтверждено.

И ещё о масштабах. Даже если в океане Европы есть сероводород, его концентрация вряд ли была бы высокой, а выход наружу — слабым и рассеянным. Скорее всего, гипотетический наблюдатель у поверхности ощутил бы не «запах тухлых яиц» в чистом виде, а лёгкий сернистый фон, смешанный с запахом холодного льда и солёной воды. Но в подлёдных трещинах, где газы выходят активнее, этот запах мог бы стать заметным — и именно там будущие миссии станут искать следы серы.

Юпитер и Сатурн: аммиак и фосфин

Если искать в Солнечной системе планету с самым узнаваемым «химическим лицом», это, пожалуй, Юпитер. Его облака состоят в основном из аммиака — того самого вещества, раствор которого у нас называют нашатырным спиртом. Аммиак образует верхний ярус облачного покрова газового гиганта: при температурах около минус ста сорока градусов по Цельсию он конденсируется в кристаллики, и они дают планете её светлые зоны и тёмные пояса. Если бы человек мог оказаться в юпитерианской атмосфере на уровне этих облаков, он почувствовал бы резкий, удушливо-острый запах, знакомый каждому, кто когда-либо открывал пузырёк с нашатырём. В высоких концентрациях этот запах раздражает слизистые и вызывает слёзы, так что «аромат» газового гиганта трудно назвать приятным.

Аммиак — не единственное пахучее вещество в атмосферах газовых гигантов. Спектральные наблюдения и данные аппаратов показали, что в облаках Юпитера и Сатурна присутствуют соединения фосфора, в частности фосфин. У этого вещества характерный запах, который часто сравнивают с запахом тухлой рыбы или гниющих органических остатков. Фосфин образуется в недрах планет при высоких давлениях и температурах и постепенно поднимается в верхние слои атмосферы вместе с конвективными потоками. На Земле фосфин — редкий и токсичный газ, который в естественных условиях встречается в болотах и некоторых продуктах жизнедеятельности, и его присутствие в атмосфере Юпитера долгое время оставалось предметом дискуссий. И всё же фосфорсодержащие соединения считаются одним из источников того сложного химического «букета», которым обладают газовые гиганты.

Сатурн в этом смысле — близкий родственник Юпитера. Его атмосфера тоже богата аммиаком, а характерный желтовато-бежевый оттенок облаков связывают с продуктами фотохимических реакций, в которых участвуют аммиак и другие соединения. В верхних слоях сатурнианской атмосферы аммиак под действием ультрафиолета разлагается, и образующиеся вещества придают облакам дополнительные оттенки. Запах здесь был бы столь же резким и «химическим»: смесь нашатыря с сернистыми и фосфорными соединениями создала бы ощущение, которое вряд ли кто-то назвал бы приятным. Некоторые популяризаторы науки, описывая этот гипотетический аромат, шутливо замечают, что газовые гиганты пахли бы смесью чистящих средств и несвежей рыбы — и в этой шутке есть изрядная доля химической правды.

Помнить, однако, стоит о том, что все эти рассуждения — мысленный эксперимент. Человек не может оказаться в облаках Юпитера или Сатурна: давление и температура там несовместимы с жизнью, а сам газовый гигант не имеет твёрдой поверхности, на которую можно было бы встать. Запахи, о которых идёт речь, — это наше воображаемое восприятие химического состава, восстановленного по спектрам и данным зондов. И всё же эта химия делает газовые гиганты такими интересными: аммиак и фосфин рассказывают учёным о том, как перемешиваются слои атмосферы и какие процессы идут в недрах планет, до которых мы пока можем только «дотянуться» приборами.

Как учёные изучают запахи планет

Строго говоря, никто из людей никогда не вдыхал воздух другой планеты — и в обозримом будущем не вдохнёт. Всё, что мы знаем о «запахах» чужих миров, получено дистанционно, и главный инструмент здесь — спектроскопия. Когда свет звезды или Солнца проходит через атмосферу планеты либо когда сама планета излучает тепло, молекулы газов оставляют в спектре характерные «подписи»: одни длины волн они поглощают, другие пропускают. Каждая молекула делает это по-своему, и по набору линий поглощения можно с уверенностью сказать, какие вещества присутствуют в атмосфере. Так, ещё в 1930-х годах в спектре Венеры удалось разглядеть углекислый газ, а позже — следы серной кислоты в облаках. Эти данные и позволяют нам сегодня с улыбкой говорить о «запахе тухлых яиц»: мы не чувствуем сероводород, но точно знаем, что он там есть.

Особенно богатую информацию даёт инфракрасная спектроскопия. Многие молекулы — вода, метан, аммиак, углекислый газ — активно поглощают именно в инфракрасном диапазоне, и телескопы, работающие в этих волнах, буквально «видят» химический состав на расстоянии в миллиарды километров. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» с его мощной инфракрасной оптикой позволил детально изучать атмосферы экзопланет и уточнять состав газовых гигантов Солнечной системы. Наземные обсерватории дополняют эту картину, а зонды вроде «Кассини», годами кружившего вокруг Сатурна, и марсоходы с их компактными спектрометрами работают уже «на месте» — прямо в атмосфере или у её кромки.

Второй столп — лабораторное моделирование. Чтобы расшифровать спектр, учёным нужно заранее знать, как выглядит «подпись» каждого газа в реальных условиях: при низких температурах, высоком давлении, в смеси с другими веществами. Поэтому в лабораториях создают искусственные атмосферы, имитирующие условия Венеры или Титана, и снимают их спектры. А ещё есть химия запаха как таковая: чтобы честно сказать, «пахнет ли это тухлыми яйцами», исследователи сверяются с данными о том, как человек воспринимает те или иные соединения. Сероводород и аммиак мы чувствуем даже в ничтожных концентрациях, а вот многие другие газы для нашего носа совершенно нейтральны.

Наконец, важную роль играют компьютерные модели атмосферной циркуляции и химических реакций. Они показывают, какие вещества могут образовываться в недрах и облаках, как они перемешиваются и поднимаются к верхним слоям. Сопоставляя наблюдения, лабораторию и расчёты, учёные строят всё более точную картину. И хотя «понюхать» Венеру или Титан мы пока не можем, химический портрет этих миров уже настолько подробен, что воображение легко дорисовывает недостающее — со всеми его серными, ржавыми и бензиновыми нотками.

Запах космоса — вещь парадоксальная: в вакууме обонянию нечего уловить, но стоит веществу с орбиты вернуться в атмосферу, как оно обретает характерный аромат. Атмосферы других миров и летучие соединения лун рисуют картину, где привычные земные ассоциации — жжёный металл, тухлые яйца, миндаль — служат лишь грубыми подсказками. За каждым таким запахом стоит химия: сера, аммиак, метан, сложные органические молекулы.

Для нас эти ароматы — не курьёз, а способ читать состав далёких миров дистанционно, по спектрам и данным зондов. Так что обоняние, пусть и воображаемое, остаётся удобным мостиком между строгой наукой и живым любопытством. Пахнет ли космос на самом деле — вопрос открытый, но пахнет он определенно интересно.