Глава 35. Поиск жизни и разума во Вселенной.

Мы подходим к последнему, самому философски сложному и противоречивому вопросу нашего курса. Это вопрос очень деликатный, не допускающий категорических суждений, что иногда присутствует во многих обсуждениях в интернете. Многое из того, что еще совсем недавно по историческим меркам казалось фантастикой, стало реальностью – оказалось, что планеты и планетные системы у других звезд есть, и мы можем их обнаружить. Но наличие планеты не означает присутствия на ней жизни.

Для разрешения вопроса о многочисленности или малочисленности обитаемых миров нужно либо изобрести специальные наблюдательные средства, либо суметь ответить на следующие вопросы:

1)Насколько часто во Вселенной встречаются условия, допускающие возникновение и развитие форм жизни, наблюдаемых на Земле?

2)Влечет ли за собой появление таких условий обязательное возникновение и развитие жизни? Сколько для этого требуется времени?

3)Могут ли существовать формы жизни, отличные от наблюдаемых на Земле, требующие иных условий, и насколько часто во Вселенной встречаются эти условия? Сколько требуется времени для возникновения и развития таких форм жизни?

Для того, чтобы судить о существовании миров, населенных разумными существами, необходимо дополнить эти вопросы еще одним:

4)Всегда ли эволюция жизни приводит к появлению разумных существ, и как велик период требуемого для этого времени?

В настоящее время постулируются следующие условия, могущие дать толчок к возникновению жизни:

1)жизнь может возникать только на планетах;

2)планета должна находиться в жизнепригодной зоне своей звезды;

3)планета должна обращаться вокруг звезды по орбите, близкой к круговой;

4)размеры планеты должны находиться в определенном диапазоне диаметра, массы и плотности;

5)химический состав планеты не должен содержать ядовитых для живого веществ, но должен, напротив, содержать некоторые необходимые для образования и поддержания жизни вещества и элементы (углерод, азот, кислород, сера, фосфор, некоторые металлы).

Рассмотрим данные условия более подробно.

Если предполагать, что наиболее устойчивой формой жизни является белковая, то нужно понимать, что температурный диапазон функционирования белков такой, что на звездах, даже самых холодных, слишком высока температура для устойчивости белковых молекул. Поэтому жизнь может возникать только на планетах. Планета должна находиться на таком расстоянии от звезды, чтобы температура на ее поверхности поддерживала жидкое агрегатное состояние воды. Орбита планеты должна быть близкой к круговой, чтобы на поверхности не было резких перепадов температур в течение одного оборота планеты вокруг звезды. Планета должна иметь такие размеры, чтобы, с одной стороны, удерживать в течение достаточно длительного времени атмосферу, а с другой стороны, сила тяготения не была слишком высокой. Последнее, пятое условие, понятно и без дополнительных разъяснений.

В программе развития астробиологии НАСАкритерии пригодности планет для развития жизни определены как: «Большие участки жидкой водной среды; условия, способствующие синтезу сложных органических веществ; а также наличие источника энергии для поддержания метаболизма».

Известный американский астроном Шепли в 70-х годах постулировал также и то, что сама звезда, вокруг которой обращается планета, должна также удовлетворять определенным условиям. Прежде всего, это должна быть одиночная (не двойная и не тройная) звезда, так как планетные системы в кратных звездных системах неустойчивы динамически. Далее, Шепли считал, что планетные системы формируются только у солнцеподобных звезд. Оценив приблизительно все условия, сам Шепли приходил к выводу, что примерно у одной из миллиона звезд есть планета с условиями, благоприятными для возникновения жизни, следовательно, в Галактике должно быть около 100 000 обитаемых планет.

При поисках экзопланет, о которых было рассказано в предыдущей главе, астрономы уделяют особое внимание выяснению того, находится ли найденная планета в жизнепригодной зоне своей звезды, или нет. Далее, обращается особое внимание на экзопланеты классов экзоземля и суперземля.

Рис.35/1. Землеподобная планета.

И, наконец, астрономы оценивают степень вытянутости орбиты найденной планеты. Пока это все, что может сделать земная наука в поисках доказательств существования иных обитаемых миров.

Но влечет ли создание благоприятных условий как обязательное следствие возникновение и развитие жизни? Пока мы знаем только лишь, что на Земле это произошло. Поскольку законы природы, как мы думаем, универсальны, то можно утверждать, что всюду, где сложились подобные условия, жизнь должна возникнуть. Но этот ответ не является полным, так как не учитывает времени, которое потребовалось для ее возникновения. Как скоро появляется жизнь после того, как сложились все благоприятные для этого условия?

Возникновение жизни означает появление хотя бы одного организма, представляющего собой сложную комбинацию химических молекул большого размера. В неживой природе такая сложная комбинация может возникнуть в первый раз только случайно. Момент возникновения такой сложной комбинации больших молекул химических веществ и будет моментом возникновения жизни. При этом чем сложнее та комбинация молекул, которая может дать начало жизни, тем меньше вероятность ее спонтанного образования, и значит, тем больше время, необходимое для ее появления. Необходимо, таким образом, иметь в виду не только собственно вероятность возникновения такой сложной комбинации молекул, но и вероятность ее возникновения в космогонически приемлемые сроки.

Какими же свойствами должна обладать эта комбинация молекул, чтобы дать начало жизни? Что такое жизнь? Каковы важнейшие признаки живого? Какими необходимыми свойствами должен обладать живой организм?

Во-первых, организм должен быть устойчив достаточно длительное время. Он не должен распадаться ни самопроизвольно, ни под действием внешних воздействий. Значит, организм должен как-то приспосабливаться к изменению внешних условий, реагировать на внешние раздражители, надлежащим образом перерабатывать информацию об изменении условий среды, в которой находится.

Во-вторых, живой организм должен обмениваться с внешней средой веществом и энергией, и выделять ненужные ему вещества из себя во внешнюю среду.

В-третьих, живой организм должен обладать возможностью отделения от него частей, каждая из которых обладает всем набором свойств, присущих целому, начальному организму.

Конечно, это и есть главные признаки живого – размножение, питание и реакция на внешние раздражители.

Как видно, первая комбинация молекул, которая может дать начало жизни, очень сложна. Поэтому вероятность возникновения такой комбинации чрезвычайно мала. Но насколько она мала? Возникала ли жизнь в разных местах планеты независимо друг от друга? А может, жизнь возникла лишь раз, и потом лишь распространялась по остальной поверхности Земли? Убедительных ответов на эти вопросы пока наука дать не может.

Рис.35/2. Художественное изображение молекулы ДНК.

Точно таким же образом следует отвечать на вопрос о возможности появления во Вселеннойразумной жизни. Если где-то во Вселенной возникла жизнь, как много в среднем, в зависимости от условий, требуется времени, чтобы появились разумные существа и было создано цивилизованное общество?

Наша планета сформировалась 4,5 – 5 млрд. лет назад. Первые признаки существования живых организмов относятся к периоду верхнего архея, приблизительно 1,2 – 1,3 млрд. лет назад. Значит, для возникновения жизни потребовалось около 3 – 4 миллиарда лет. А разумное существо появилось, по датировке Луиса Лики, 1,8 – 2,2 миллиона лет назад. Следовательно, потребовалось еще почти миллиард лет, чтобы был пройден путь от первого живого организма до разумного существа. Этот период достаточно значителен даже по космогоническим меркам.

Рис.35/3. Хронология эволюции на Земле.

Если проследить за эволюцией жизни на Земле, то можно увидеть большое количество эволюционных линий, разветвлявшихся и обрывавшихся, приводивших к расцвету и вымиранию какого-либо класса, семейства, отряда или вида организмов. Но только одна из линий развития привела к появлению разумного существа – человека. Невольно напрашивается мысль: не привело ли к этому какое-то локальное, случайное, благоприятное стечение обстоятельств?

Рис.35/4. Эволюция человека.

Поиски разумных существ во Вселенной подразумевают возможность какого-то обмена с ними каким-то видом сигналов. Но ведь понятие «разумные существа» еще не означают такие существа, которые осознали потребность посылать мощные сигналы другим мирам, или принимать подобные сигналы от других миров и отвечать на них. Такую возможность может дать только техническая цивилизация. Первые цивилизации, как считается, возникли на Земле около 5000 тысяч лет назад. А нынешняя, техническая цивилизация, стала таковой лишь в XVIII веке, когда люди научились превращать один вид энергии в другой. Мы видим, что само существование технической цивилизации на Земле представляет лишь миг по космогоническим меркам времени.

Следует ли из всего вышесказанного, что поиски внеземных цивилизаций и разумной жизни на планетах других звезд нужно прекратить? Отнюдь. Такие поиски стимулируют развитие научной и технической мысли, дают сильнейший толчок к развитию технологии.

В 1960 году Дрейком была разработана формула, с помощью которой можно определить число цивилизаций в Галактике, с которыми у человечества есть шанс вступить в контакт. По современной оценке всех вероятностных членов этой формулы, получены следующие результаты:

- среднее количество звезд, образующихся в Галактике – 7 в год

- доля звезд, обладающихпланетными системами–0,5

-среднее число пригодных планет или спутников в одной системе – 0,005

-вероятность возникновения жизни в подходящих условиях – 0,13

- вероятность развития до появления разума – 0,01

- доля цивилизаций, имеющих возможность и желание установить контакт – 0,01

- ожидаемая продолжительность жизни цивилизации, в течение которой она производит попытки установить контакт. Наиболее спорная величина. Дрейк оценил эту величину как 10 000 лет. Были попытки оценить ее в 420 лет, в 304 года, даже в 70 лет (время существования радиоастрономии), но наиболее популярной остается оценка в 10 000 лет.

По формуле Дрейка все полученные выше величины нужно перемножить. В итоге получаем число цивилизаций в Галактике, с которыми у человечества есть шанс вступить в контакт:

N = 7 × 0,5 × 0,005 × 0,13 × 0,01 × 0,01 × 10 000 = 0,002275 (нет контактеров)

Рис.35/5. Формула Дрейка.

Проект SETI— общее название проектов и мероприятий по поиску внеземных цивилизаций и возможному вступлению с ними в контакт. Некоторые астрономы давно считают, что планет во Вселенной так много, что даже если малая их часть пригодна для жизни, то тысячи или даже миллионы планет должны быть обитаемыми. Однако со временем реалистические оценки числа цивилизаций значительно упали и выросло число скептиков (Парадокс Ферми).

Парадокс можно сформулировать так: «С одной стороны, выдвигаются многочисленные аргументы за то, что во Вселенной должно существовать значительное количество технологически развитых цивилизаций. С другой стороны, отсутствуют какие-либо наблюдения, которые бы это подтверждали. Ситуация является парадоксальной и приводит к выводу, что или наше понимание природы, или наши наблюдения неполны и ошибочны». Как сказал Энрико Ферми, «Ну, и где они в таком случае?»

Различными авторами предложено большое число теоретических разрешений или объяснений парадокса Ферми. Спектр этих гипотез весьма широк: от утверждения единственности Земли как обитаемой планеты или невозможности отличить искусственные сигналы от естественных до «гипотезы зоопарка» (1973).

Согласно этой гипотезе, наличие жизни на Земле давно известно разумным представителям внеземных цивилизаций. Однако представители внеземной жизни предпочитают не вмешиваться в жизнь на Земле и ограничиваются наблюдением за ее развитием, сродни наблюдениям людей за животными в зоопарке. Предполагается также, что открытые контакты в итоге будут сделаны в тот момент, когда люди достигнут определенного уровня развития. Согласно одному из ответвлений этой гипотезы, уровень знаний человечества находится на столь низком этапе развития, что дать человечеству понять, что контакт налажен, внеземным цивилизациям не представляется возможным.

Теория Великого Фильтра утверждает, что любая цивилизации в процессе своего развития натыкается на некий барьер, препятствующий её переходу на III (сверхвысокий) уровень. Во время длительного эволюционного процесса разумная жизнь приходит к некоему этапу, преодолеть который крайне маловероятно или вообще невозможно. Этот этап и есть пресловутый Великий Фильтр.

Если мы ни особенные, ни первые, то предполагается, что Великий Фильтр ожидает нас в будущем. Жизнь возникает и развивается регулярно, но неизбежно происходит некое событие, мешающее жизни зайти достаточно далеко в своем развитии и достичь сверхинтеллекта. Это происходит практически во всех случаях, и мы вряд ли станем исключением.

Более оптимистическая версия заключается в том, что наша цивилизация особенная, либо первая по времени, которая смогла преодолеть Великий Фильтр. Соответственно, мы не можем найти другую такую же цивилизацию, поскольку ни одна из них не смогла преодолеть Великий Фильтр.

На роль Великого Фильтра претендуют сильныегамма-всплески — регулярно встречающееся в обозримой Вселеннойкатастрофическое событие. И это вопрос времени, когда все живое на Земле будет внезапно уничтожено. Другим кандидатом, является гипотетическое неизбежное самоуничтожение, которое происходит с любой цивилизацией, как только она достигает определенного уровня развития своих технологий.

Выдвигается множество объяснений, почему до сих пор не обнаружены никакие сигналы от других цивилизаций, несмотря на постоянные радиоастрономические наблюдения с помощью супер-современной технологии.

Одно из объяснений таково. В космосе много сигналов от других цивилизаций, но наши технологии слишком примитивны, чтобы распознать и верно интерпретировать их. Вы же не ходите в современном офисном здании с включенной рацией, и на основании того, что не пеленгуете активности (ничего вы, конечно, не услышите, потому что все друг с другом общаются обычным способом, не используя передатчиков) — не приходите же к выводу, что в здании никого нет? Да и, как заметил Карл Саган, наше сознание может работать намного быстрее или медленнее, чем другая форма интеллекта. Может, у них 12 лет проходит, пока мы произнесем слово «Привет». В этом случае, когда мы слышим их послания, для нас это просто звучит как белый шум. Речь не о том, что мы не сможем получить сигналы от планеты «Икс» с помощью наших технологий. Имеется в виду, что мы не сможем даже понять, что существа с планеты «Икс» хотят нам сказать. При этом даже еслибы инопланетяне захотели, они всё равно не смогли бы просветить нас, это было бы все равно, что пытаться научить муравьев пользоваться Интернетом.

Рассмотрим гипотетическую землеподобную планету, родившуюся в два раза раньше, чем Земля.

Рис.35/6. Начало пути.

Рис.35/7. Развитие.

Это графическое изображение наглядно демонстрирует несовпадение уровней развития предполагаемой землеподобной планеты и Земли.

Существует три подхода к поискам внеземного разума:

1)Искать сигналы внеземных цивилизаций, рассчитывая на то, что собратья по разуму также будут искать контакт (активный SETI). Основных проблем данного подхода три: что искать, как искать и где искать.

2)Посылать так называемый «сигнал готовности», рассчитывая на то, что кто-то будет искать этот сигнал (активный SETI). Основные проблемы данного подхода фактически аналогичны проблеме подхода первого, за исключением меньших технических проблем.

3)Искать сигналы внеземных цивилизаций, независимо от их желания вступать в контакт (пассивный SETI), например, изменения естественных условий вследствие технологического развития. Основная проблема здесь — отличить сигнал цивилизации от естественного излучения самой планеты.

Рис.35/8.

Это сообщение было послано с Земли в шаровое звездное скопление M13 в 1974 году. Даже если это послание будет получено, M13 находится так далеко от нас, что ответ вернется только через 50 тысяч лет. Сообщение содержит некоторые сведения о человечестве и достигнутых им знаниях: слева направо идут цифры от 1 до 10, данные об атомах, включая водород и углерод, а также о некоторых интересных молекулах, в частности о ДНК, описание человека, основные сведения о Солнечной системе и о телескопе Аресибо, с которого была послана эта информация.

Один из подходов выражен в финансируемой НАСА программе прослушивания электромагнитных сигналов искусственного происхождения — в предположении, что любая технически развитая цивилизация должна прийти к созданию систем радио-телевизионных или радиолокационных сигналов — таких же, как на Земле. Самые ранние на Земле электромагнитные сигналы могли к настоящему времени распространиться по всем направлениям на расстояние почти 100 световых лет. Попытки выделить чужие сигналы, направленные к Земле, до сего времени остаются безуспешными, но число «проверенных» таким способом звезд меньше 0,1 % числа звезд, еще ожидающих исследования, если существует статистически значимая вероятность обнаружения внеземных цивилизаций.

Рис.35/9. Радиотелескопы.

Одно из последних интересных событий в области поиска пригодных для жизни планет произошло в апреле 2017 года.Астрономы из Великобритании, Швеции, Германии и Италии впервые обнаружили следы атмосферы у экзопланеты земного типа. Хотя установить ее состав точно не удается, по словам авторов, ее спектральные характеристики хорошо описываются смесью воды и метана.

Заключение.

Вот и закончено увлекательное путешествие по обозреваемой человечеством Вселенной.

С самого начала своего развития человечество открывает все новые и новые горизонты познания окружающего мира. От огромной, как кажется маленькому ребенку, Земли, мы двигались все дальше, и постигали все большие объемы пространства. Гигантская по обычным меркам Солнечная система оказалась мельчайшей песчинкой в Галактике Млечного Пути. Прошло еще несколько лет, и сама наша Галактика оказалась затерянной в бесчисленном множестве таких же, и еще больших звездных миров, населяющих видимую Вселенную. Взгляд человека достигает отдаленнейших уголков пространства, наблюдает космос таким, каким он был миллионы и миллиарды лет назад.

Астрономия в своем развитии использует знания и достижения многих наук – совместно с физиками, химиками, биологами, геологами астрономы изучают Космос во всех его проявлениях. Техника и технология помогают человечеству решать задачи, от грандиозности которых захватывает дух.

Мир един, и постичь его законы – величайшая цель для человечества. Пусть знания, которые вы получили, путешествуя вместе с этой книжкой по Космосу, помогут вам осознать единство мира, и найти свое место в нем!