Однако для решения вопроса о природе марсианской поверхности недостаточны только общие и грубые оценки цвета тех или иных деталей. Надо применить более точный способ оценки цвета предметов.
В природе нет предмета, который бы излучал лучи только строго одного цвета. Так например, раскаленный докрасна железный прут, кроме красных лучей, излучает и желтые, и зеленые, и синие лучи. Почему же тогда он все-таки кажется красным? Да потому, что красных лучей он излучает гораздо больше, чем остальных, действие которых мало заметно. Но все-таки цвет предмета есть результат общего действия всех посылаемых им лучей. Поэтому для точной оценки окраски, скажем, зеленого предмета надо знать не только, какие именно зеленые лучи он посылает больше всего, но и в каком количестве к этому основному цвету примешиваются другие лучи.
Вот такую задачу и можно решить с помощью светофильтров. Фотографируя один и тот же предмет через светофильтры разных цветов, астрономы затем на каждом снимке измеряют яркость изображения. А так как каждый светофильтр пропускает лучи только одного, вполне определенного цвета, то таким методом и удается установить, в каком количестве данный предмет посылает разнообразные лучи.
Есть и другой, еще более точный способ определения окраски предмета. В распоряжении астрономов есть прибор, называемый спектрографом. Главной частью в нем является трехгранная стеклянная призма, разлагающая проходящий через нее белый луч на цветную радужную полоску, называемую спектром. В спектре есть лучи всех цветов, а потому, фотографируя какой-нибудь предмет с помощью этого прибора, можно еще более точно, чем со светофильтрами, узнать его окраску.
Так или иначе, но если окраска предмета будет точно определена, то по ней, сопоставив эти данные с другими исследованиями, можно найти и состав предмета. Вот этот-то метод, впервые примененный Г. А. Тиховым в 1909 году к изучению Марса, впоследствии стал одним из основных методов исследования небесных тел. С помощью светофильтров были изучены Сатурн, Юпитер и другие планеты. Но особенно помогли светофильтры в изучении природы Марса.
Так например, фотографируя Марс через фиолетовый светофильтр, астрономы обнаружили, что на поверхности Марса почти никаких деталей не видно. Причина этого вполне ясна: Марс окружен атмосферой, которая, как и наша земная атмосфера, сильно рассеивает синие и фиолетовые лучи Вот почему на снимках с фиолетовым или синим светофильтром марсианская атмосфера вышла очень яркой и скрыла за собой детали поверхности планеты.
Советские астрономы В. В. Шаронов, Н. П. Барабашев, В. Г. Фесенков и Н. Н. Сытинская, исследовав подобные снимки, открыли много интересных свойств марсианской атмосферы.
По методу профессора Тихова, его ученик Е. Л. Кринов, а также харьковский астроном профессор Н. П. Барабашев и ленинградские астрономы Н. Н. Сытинская и Л. Н. Радлова исследовали окраску материков Марса. Эти работы окончательно доказали, что марсианские материки представляют собой обширные и очень ровные песчано-глинистые пустыни.
Метод Тихова стал основным методом новой науки — астроботаники. Чтобы убедиться в существовании растительности на Марсе, надо было выяснить, похожа ли окраска морей Марса на цвет земных растений. Но здесь возникли неожиданные трудности.
Как известно, зеленый цвет земных растений объясняется тем, что в состав их клеток входит особое зеленое вещество — хлорофилл. Великий русский биолог Климент Аркадьевич Тимирязев доказал, что хлорофилл играет огромную роль в жизни растений. Именно благодаря ему растение поглощает из воздуха углекислый газ, разлагая его затем на углерод и кислород. Углерод остается в самом растении, превращаясь в крахмал и сахар. Кроме того, в растениях происходит разложение воды на кислород и водород, сопровождающееся выделением кислорода в атмосферу. Только благодаря хлорофиллу растений земной воздух содержит кислород, без которого наша жизнь была бы невозможной.
Значит, если на Марсе есть растения, похожие на земные, то они также должны содержать хлорофилл, необходимый для их питания.
Во время великого противостояния 1939 года профессор В. В. Шаронов, наблюдая Марс на Ташкентской обсерватории, получил ряд снимков его поверхности через различные светофильтры. Исследуя эти снимки, академик В. Г. Фесенков пришел к выводу, что марсианские моря сильнее всего излучают те же зеленые лучи, что и земные растения. Это было очень серьезным доводом в пользу того, что марсианские моря — растительность, похожая на земную.
Но вскоре наступило разочарование. Земные растения обладают одним любопытным свойством — они очень сильно отражают невидимые тепловые, так называемые инфракрасные лучи. Обнаружить это можно очень просто. Сфотографируем какое-нибудь земное растение, ну, скажем, елку, через светофильтр, пропускающий инфракрасные лучи. Елка на снимке будет казаться ослепительно белой, как будто сплошь покрытой инеем. Это и понятно — елка кажется яркой именно потому, что она испускает инфракрасные тепловые лучи, те самые, которые пропускает светофильтр.
Фотографии елей в обычных (слева) и инфракрасных лучах.
Но вот когда стали фотографировать подобным образом марсианские моря, то такого явления не обнаружили. Наоборот, с инфракрасным светофильтром моря получались еще более темными, чем без него. К этому факту пришлось прибавить и другой. Дело в том, что хлорофилл земных растений сильно поглощает падающие на него красные лучи. Между тем, несмотря на тщательные исследования в продолжение многих десятилетий, такого поглощения у марсианских морей не обнаружено. Все это было странно и непонятно.
В суровый 1941 год группа советских астрономов во главе с академиком В. Г. Фесенковым и профессором Г. А. Тиховым приехала в столицу Казахстана город Алма-Ату для наблюдения полного солнечного затмения. После затмения, происшедшего 21 сентября 1941 года, большинство приехавших ученых осталось на годы войны в Алма-Ате, а академик В. Г. Фесенков и профессор Г. А. Тихов избрали этот красивый город местом своего постоянного жительства.
По инициативе академика В. Г. Фесенкова, в местном филиале Академии наук СССР был создан Институт астрономии и физики, ныне переименованный в Астрофизический институт Академии наук Казахской ССР.
В стенах этого института в годы войны Г. А. Тихов снова продолжил прерванные на короткий срок свои исследования Марса. Неоднократно выступая с публичными лекциями о возможности жизни на других планетах, он откровенно рассказывал о тех затруднениях, с которыми столкнулись астрономы, пытавшиеся удостовериться в наличии растительности на Марсе.
Однажды в начале 1945 года после одной из таких лекций слушательница профессора Тихова агрометеоролог А. П. Кутырева задала ему вопрос: не считает ли он возможным, что марсианские растения путем длительного приспособления к суровому климату этой планеты утеряли вредное для них свойство сильно рассеивать инфракрасные лучи, приносящие половину всего солнечного тепла?
Профессор Тихов ответил, что вопрос представляется ему очень интересным и что он над ним подумает. После непродолжительного размышления, на следующий же день, Тихов пришел к выводу, что предположение Кутыревой весьма вероятно и что его можно легко проверить. В самом деле, если растения действительно приспосабливаются к окружающей среде так, как утверждает Кутырева, то тогда наши северные растения должны отражать меньше инфракрасных лучей, чем растения южных широт. Но как это проверить?
В распоряжении Г. А. Тихова находились рукописи его ученика Е. Л. Кринова, который в течение многих лет занимался изучением отражательной способности различных растений и почв. Он побывал в разных местах Советского Союза, изучая отражение света скалами и песками, полями и лесами, фотографируя их с помощью спектрографа иногда с земли, а иногда и с самолета. Кринов собрал огромный материал и написал книгу, которая вышла потом в 1947 году.
По наблюдениям Кринова Тихов обнаружил, что растущие на севере ели отражают инфракрасные лучи в три с лишним раза меньше, чем березы, несущие свой зеленый наряд только в теплое летнее время года. Точно так же у тундрового можжевельника отражение инфракрасных лучей оказалось в три раза меньшим, чем у растущего в более теплом климате овса.
Теперь стало ясным, почему марсианские моря не отражают инфракрасных лучей. Просто в условиях сурового климата Марса расточительство очень важных тепловых лучей совершенно невыгодно для растений. Приспосабливаясь к окружающей среде, они выработали в течение многих миллионов лет свойство сохранять эти лучи.
Вот это успешное объяснение одной из загадок Марса и было толчком к созданию астроботаники. Стал ясен и метод изучения марсианских растений. Для этого нужно было подробно изучать отражательные свойства различных земных растений, а затем сравнивать их с отражательной способностью марсианских морей. Тогда в дальнейшем можно на основании таких сравнений установить, на какие из земных растений похожи по своей окраске марсианские растения.
После доклада Тихова на заседании президиума Казахского филиала Академии наук в план научных работ Института астрономии и физики на 1946 год было включено исследование отражательной способности высокогорных растений. В живописных горных долинах отрогов Тянь-Шаня, на склонах которых расположена Алма-Ата, сотрудники Г. А. Тихова в течение 1946 года производили с помощью спектрографа фотографирование и исследование различных растений. Им удалось открыть интересное явление. Оказалось, что некоторые цветы, как, например, алтайская фиалка, в отличие от марсианских растений, не только отражают падающие на них от Солнца инфракрасные лучи, но и сами порождают такие же лучи, являясь их источником. Такое самосвечение, или, как говорят физики, флуоресценция цветов, было открыто впервые.
Советские астроботаники за исследованиями в горах Тянь-Шаня.
Воодушевленные успехом, советские астроботаники продолжали свои исследования и в 1947 году. Снова на других растениях были подтверждены результаты прошлого года. Кроме того, было подтверждено и то, что обнаружил еще ранее Кринов: отражение инфракрасных лучей у хвойных растений не остается постоянным — летом они отражают их больше, чем зимой.
Успехи новой науки были так велики, что в 1947 году пришлось организовать специальный сектор астроботаники. Таким образом, впервые на Земле появилась научная организация, специально занимающаяся изучением растений на Марсе.
В 1948 году сектор астроботаники организовал две экспедиции: одну на высоты Заилийского Ала-Тау, другую — в район устья реки Оби. Оба места были выбраны не случайно: на далеком севере и на высоких горах климатические условия сходны с теми, в которых находятся марсианские растения. Одновременно с этими экспедициями исследование растений, производили и в специально созданном «астроботаническом» саду в Алма-Ате.
В том же году впервые для изучения самосвечения цветов были применены новые приборы — так называемые флуоресцентные ящики, изобретенные профессором Тиховым. Новые исследования показали, что самосвечение у разных цветов имеет разную силу, которую ученым удалось подсчитать. Были подробно изучены отражательные свойства многих северных и высокогорных растений, в том числе обильных в тундре цветов. Ученые установили, что многие из северных растений, как, например, кукушкин мох, северная береза и другие, также не показывают сильного поглощения красных лучей, как и марсианские растения. После долгих размышлений профессор Тихов дал такое объяснение этому важному факту.
Если растение живет в холодном климате, то энергии одних красных лучей недостаточно для того, чтобы, поглотив их, растение нормально развивалось. Поэтому северные растения нашей Земли и марсианские растения поглощают не только красные, но также и инфракрасные, и оранжевые, и желтые, и даже часть зеленых лучей. Только общая энергия всех поглощенных лучей будет достаточна для жизни северных растений. Ну, а поскольку такие растения поглощают не только красные, но и лучи другого цвета, обнаружить особенно сильное поглощение ими красных лучей и не удается.
Но из этого вытекает еще одно важное следствие. Если марсианские растения поглощают красные, оранжевые, желтые и даже часть зеленых лучей, то среди остальных отраженных лучей будут преобладать лучи синего цвета. Значит, марсианская растительность должна иметь заметную синеватую окраску. Но этот вывод как раз и подтверждается наблюдениями. Многие наблюдатели Марса неоднократно отмечали синеватую окраску его морей. Некоторые северные растения на Земле также имеют заметный голубоватый оттенок. Таковы известные многим канадские ели, называемые иногда за свою окраску голубыми. В тундре многие из цветов имеют синеватый и даже фиолетовый оттенок. А в горах Заилийского Ала-Тау профессор Тихов отыскал растение, называемое остролодкой. Ее низкостелющиеся по земле листочки покрыты таким заметным голубым налетом, что создатель астроботаники в шутку назвал это, по-видимому похожее на марсианские, растение «марсианкой».
Новая наука сумела объяснить то, что раньше казалось непонятным и загадочным.
В течение многих десятилетий астрономы тщательно изучали изменения окраски отдельных участков марсианских морей. Особенно интересные исследования этого вопроса произвел известный харьковский астроном, профессор Н. П. Барабашев.
Ученые установили, что некоторые участки марсианских морей остаются зелеными даже с наступлением зимы, между тем как кругом зеленовато-синеватая окраска сменяется блекло-бурой. Объяснение этому можно дать только одно: на Марсе, как и на Земле, наряду с листопадными растениями, как, скажем, дуб или береза, существуют и вечнозеленые растения, напоминающие в этом отношении наши ели и сосны. Большие пространства вечнозеленых растений наблюдаются на Марсе в некоторых местах Эритрейского моря и Моря Сирен, а в заливе Большой Сырт, как и во многих морях, вечнозеленые растения растут вперемешку с листопадными.
В некоторых местах Марса наблюдались и другие странные изменения цвета. Так например, два опытных наблюдателя Марса обнаружили в период великого противостояния 1924 года, что марсианская пустыня Эфиопия, расположенная близко к экватору планеты, с наступлением лета сменила серый цвет на ярко-розовый, в некоторых местах даже с пурпурно-фиолетовым оттенком. Отчего это произошло?
Исследуя это явление, профессор Тихов пришел к заключению, что изменение цвета пустыни Эфиопии весьма напоминает цветение наших пустынь. С наступлением весны в среднеазиатских пустынях расцветает множество красных маков, и наблюдатель с самолета вместо обычной желтой пустыни видит ярко-красный ковер. Может быть, то же происходит и на Марсе? Конечно, гипотеза о марсианских цветах, хотя и хорошо объясняет факты, все же пока остается лишь предположением, требующим дальнейшей проверки.
Тем не менее успехи самой молодой из наук — астроботаники, насчитывающей лишь семь лет своего существования, огромны. Профессор Тихов и его ученики не только доказали существование растительной жизни на Марсе, но и открыли многие интересные свойства марсианских растений. Мы знаем, что эти растения, в отличие от многих земных растений, поглощают большинство солнечных лучей. Это придает марсианским растениям характерную голубоватую окраску. Моря Марса покрыты как листопадными, так и вечнозелеными растениями.
Можно даже уже теперь попытаться представить себе внешний вид этих чрезвычайно далеких от нас растений. Растительность Марса должна быть низкорослой, прижимающейся к почве, откуда она стремится взять недостающее тепло. На Марсе нет тех пышных и густых зеленых лесов, которые украшают земную поверхность. Его моря, вероятно, покрыты низкорослым кустарником и травами с голубой окраской. Многие из растений Марса, по-видимому, сходны с хорошо знакомыми нам мхами, лишайниками, брусникой или можжевельником. Растительность эта, конечно, значительно более убога, чем земная, но в самом ее существовании теперь уже не может быть никаких сомнений.