В поисках жизни на других планетах: первые итоги

Планета Европа, один из спутников Юпитера, полностью покрыта океаном, пусть и скованным толстым слоем льда. На этой визуализации показано, что некоторые объемы воды теоретически способны пробиваться на поверхность Европы, а вода, как известно, является одним из базовых условий жизни. NASA

Ровно 20 лет назад, 6 октября 1995 года, сотрудники Женевской обсерваторииВнешняя ссылка Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Кело (Didier Quéloz) объявили об открытии планеты, которая вращается вокруг звезды, причем звезда эта нашим Солнцем не являлась. На сегодняшний день список так называемых экзопланет содержит уже около 2 тысяч наименований, однако жизнь ни на одной из них так пока и не была обнаружена. Впрочем, возникает вопрос, а кого мы, собственно, ищем: бактерии, зеленых человечков или что-то еще?

Некоторые сравнивают это открытие с тем, что в свое время совершил Колумб, с той только разницей, что на поверхность новых экзотических миров нога человека пока еще не ступала. Да это, наверное, и к лучшему, потому что каждая из этих планет, скорее, похожа на Дантов ад, нежели на Землю обетованную. Тем не менее: одно только подтверждение того факта, что Вселенная полна планетами (а не только звездами, на поверхности которых жизнь, разумеется, невозможна) открывает перед наукой просто невероятные перспективы.

Так что, если куда и следует вкладывать средства, то именно в исследование экзопланет, ведь только здесь, с учетом средств и возможностей, которыми сейчас обладают ученые, наиболее велика вероятность новых фундаментальных открытий в сфере астрофизики, химии, биологии и даже — почему бы и нет — философии, и именно на этом пути мы, наверное, все-таки сможем однажды ответить на вопрос всех вопросов: одиноки ли мы во Вселенной?

Элементарные частицы — одни на всех

Законы физики универсальныВнешняя ссылка. Двенадцать основных квантовых полей и четыре вида фундаментальных взаимодействий являются основой материи. Именно они делают наш мир таким, какой он есть, и никаким другим. Все равно, о чем мы ведем речь, о нашей планете или о самых отдаленных уголках Вселенной, везде действуют одинаковые закономерности. Все наблюдения и опыты, которые человек проводил за последние несколько веков, будь то при помощи телескопа или микроскопа, только подтверждают данный тезис.

Анализируя особенности атомов и молекул, то есть базовых элементов материи, изучаемых химией и биологией, ученые исходят из того, что склонность этих элементов вступать во взаимные реакции и образовывать разного рода соединения также обладает универсальным характером. Не забудем при этом, что самыми распространенными элементами во Вселенной являются водород, углерод, кислород, азот, кремний и железо, а ведь это и есть составные части, из которых, собственно, и состоит органическая жизнь, включая наш собственный организм, воду, которую мы пьем, воздух, которым мы дышим, и планету, по поверхности которой мы ходим.

И если всем этим ингредиентам удалось-таки однажды собраться воедино на Земле и запустить процессы, результатом которых стала разумная жизнь, то почему бы этому же самому не произойти и на хотя бы на одной из сотен миллиардов экзопланет, существующих только в нашей галактике, которая сама по себе является всего лишь одной из миллиардов галактик? 

Законы статистики говорят совершенно четко: на одной из этих планет жизнь зародиться была просто обязана. Остается только один вопрос: обнаружим ли мы эту жизнь, и если обнаружим, то что нам потом делать с этим знанием?

Вода — источник жизни

Впрочем, так далеко ходить и не надо! Вспомним, сколько шума в прессе наделало недавнее заявление NASA о том, что на Марсе обнаружена вода в жидком агрегатном состоянииВнешняя ссылка. По сути, ничего нового нам так и не сообщили, информация о том, что на Красной планете есть вода, известна уже давно, однако грамотно поданная сенсация своей цели достигла: люди по всему миру опять принялись обсуждать и взвешивать шансы на обнаружение инопланетных цивилизаций. При этом совершенно не случаен и тот факт, что в центре всех этих настоящих или мнимых сенсаций находится вода. Ведь именно этот удивительный минерал и является основой любой формы органической жизни.

В нашей Солнечной системе, кстати, воды довольно-таки много. Спутники Юпитера Европа и Ганимед, а также, возможно, спутник Сатурна Энцелад покрыты гигантскими океанами, скованными, правда, мощным слоем льда. Так может быть именно там и следует искать формы инопланетной жизни? «Молекула воды уникальна. Она позволяет осуществлять перенос как важнейших для появления жизни органических веществ, так и неорганических соединений, таких, как фосфор или азот, без которых жизнь также невозможна», — говорит Беда Хофманн (Beda HofmannВнешняя ссылка), геолог из Университета Берна.

«Есть мнение, что способствовать появлению жизни могут и другие жидкие среды, однако до настоящего момента никому еще не удалось найти другую среду, которая могла бы конкурировать с водой по степени своего биохимического разнообразия», — добавляет Б. Хофманн, чья работа, в том числе, заключается в исследовании так называемых пребиотических молекул, занесенных на Землю метеоритами, найденными, в частности, в пустыне Саудовской Аравии.

Напомним, что пребиотические молекулы являются главными действующими лицами так называемой пребиотической эволюции, этапа, предшествующего появлению жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникают из неорганических молекул под влиянием внешних энергетических и селекционных факторов и в силу развертывания процессов самоорганизации, свойственных всем сложным системам, таким, как углеродсодержащие молекулы.

То есть, по сути, швейцарский геолог ищет ответ на вопрос о том, как живое возникает из неживого? И есть ли еще где-то, кроме как на Земле, условия, которые обеспечивали бы запуск таинственного процесса пребиотической эволюции? Сейчас доказано, что пребиотические молекулы способны выживать в вечном холоде открытого космоса и переноситься метеоритами. Может быть, именно так и возникла однажды жизнь на Земле? Но тогда что является источником этих молекул? Другая экзопланета?

Впрочем, о жизни говорить пока еще очень рано. «Между самой сложной и совершенной пребиотической молекулой и простейшей живой клеткой пролегает огромная пропасть. На данный момент метеориты предоставили в наше распоряжение всего лишь доказательства слабых попыток природы соединить вместе пять-шесть таких пребиотических „кирпичиков“. До сооружения же настоящего „дома“ нам пока еще далеко, как до Луны», — уточняет Беда Хофманн.

Исследования продолжаются

Первая «экзопланета» «51 Pegasi bВнешняя ссылка» была официально открыта 6 октября 1995 года сотрудниками Женевской обсерватории Мишелем Майором и Дидье Кело. С тех пор было открыто порядка 2 тыс. таких планет, причем списокВнешняя ссылка таких небесных тел пополняется едва ли не ежедневно.

Поиск и идентификация «экзопланет» ведутся, как правило, двумя методами. Первый — метод «транзита», с помощью которого астрономы изучают светимость звезды, то есть измеряют объем энергии, излучаемой астрономическим объектом (в данном случае звездой) в единицу времени.

Если у звезды есть планета, то рано или поздно, вращаясь вокруг нее, эта планета занимает позицию между звездой и наблюдателем. Показатели светимости звезды тогда падают, пусть и на очень маленькую величину. Если такие отклонения проявляются циклически, то это значит, что у данной звезды есть планета.

Второй — метод измерения лучевой скорости звезд. Напомним, что лучевой называется скорость, с которой тело приближается к наблюдателю или удаляется от него. Эту скорость можно представить себе в качестве проекции вектора скорости наблюдаемого тела на луч зрения, т. е. на прямую линию, соединяющую его с наблюдателем.

Если объект движется перпендикулярно лучу зрения, его лучевая скорость равна нулю, а если вдоль луча зрения — она равна полной скорости объекта.

Лучевую скорость небесных тел определяют с помощью эффекта Доплера, который заключается в том, что частота распространяющихся колебаний (звуковых, световых или любых других) меняется при перемещении источника колебаний и наблюдателя относительно друг друга.

Планеты, вращающиеся вокруг звезд, воздействуют на лучевую скорость, меняя ее. Анализируя данные изменения, астрономы стараются вычислить массу экзопланеты и выяснить, к какому классу она относится: к классу газовых небесных тел, или скалистых.

Итак, подведем первые итоги. Исходные «кирпичики» жизни природа умеет создавать практически везде. Вероятность найти на одной из экзопланет жидкую воду также довольно высока. Энергии для запуска процесса пребиотической эволюции во Вселенной вполне хватает. Иными словами, все базовые ингредиенты жизни в наличии у нас имеются, какой-то уникальной редкостью они не являются. Так почему же мы до сих пор так и не нашли даже следов настоящей внеземной органической жизни?

Сверхновая звезда и вулканы

«По своей глубинной сущности любые химические процессы склонны двигаться по направлению ко все более сложным соединениям. И поэтому я был бы очень удивлен, окажись Земля единственным местом, где возможна жизнь, по крайней мере, на уровне микроорганизмов. А вот разумная жизнь, это, конечно же, уже совсем другая история…», — убежден Беда Хофманн.

Такого же мнения придерживается и астрофизик Женевской обсерватории Андре Мэдер (André Maeder). В 2012 году он опубликовал книгу под провокационным заголовком «Является ли Земля единственной обитаемой планетой?» («L’Unique Terre Habitée?Внешняя ссылка»), на страницах которой он перечисляет условия зарождения органической жизни и ее развития до разумной стадии, такой же, как на Земле.

Очень часто в СМИ в качестве важнейшего условия возникновения жизни называют оптимальное расстояние между планетой и ее звездой, обеспечивающее наличие жидкой воды. Однако в своей новой книге Андре Мэдер приводит по меньшей мере 80 таких условий. Есть среди них есть и довольно неожиданные.

«Мы все привыкли относиться к вулканам как к источнику опасности. Однако без вулканической деятельности жизнь на Земле была бы немыслима, потому что именно вулканы насытили атмосферу нашей планеты углекислым газом, обеспечив ей наличие парникового эффекта. Без согревающего воздействия СО2 Земля давно бы уже превратилась в ледяной шар», — уточняет Андре Мэдер. Но откуда и почему взялись сами вулканы и в чем заключается их основная функция?

Как утверждает ученый, они играют роль своего рода клапанов, отводящих от раскаленного ядра Земли лишнюю энергию, источником которой являются реакции ядерного распада и синтеза элементов, возникших, в свою очередь, в горниле взорвавшейся в свое время сверхновой звезды. Кроме того, от этой звезды осталось еще и огромное газопылевое облако. Попав в зону притяжения нашего Солнца, это облако стало строительным материалом, из которого и возникли потом планеты Солнечной системы.

Итак, перед нами постепенно выстроилась довольно-таки красивая цепочка причинно-следственных связей. Проблема, однако, заключается в том, что взрыв сверхновой есть относительно редкое явление. По крайней мере, в нашей галактике «Млечный путь» такие взрывы регистрируются только от одного до трёх раз в столетие.

Жизнь и смерть цивилизаций

Тем не менее, Андре Мэдер не хотел бы быть «пессимистом». Просто, с его точки зрения, в поисках жизни во Вселенной у нас куда больше шансов наткнуться на бактерии, чем на разумную цивилизацию в стиле «Звездных войн», для возникновения которой требуются время, а также стабильность базовых физических условий как на планете, так и вокруг нее. Все эти привилегии у Земли как раз и были, причем не только они.

Например, без Луны у нас не было бы нынешнего оптимального климата, а без газового гиганта Юпитера, притягивающего к себе практически все влетающие в Солнечную систему астероиды, Земля была бы вынуждена гораздо чаще переживать катастрофы, сравнимые с бедствием, уничтожившим динозавров 65 млн лет назад.

Если присмотреться повнимательней, то получается, что для возникновения даже простейшей жизни требуется «удачное» сочетание не только нескольких фундаментальных, но еще и большого количества куда более «мелких» факторов. Насколько все известные нам экзопланеты отвечают этим условиям?

Наконец, существует еще и вопрос дистанций. Как известно, взгляд в глубины космоса означает одновременно еще и взгляд в далекое прошлое. Если мы в данный момент смотрим на звезду, находящуюся от нас на расстоянии в 2 тыс. световых лет, то это означает, что мы видим её такой, какой она была в момент Рождества Христова. То есть вполне возможно, что мы со своими братьями по разуму уже не раз и не два просто «разминулись» во времени и пространстве.

«Никто не знает, на сколько рассчитана такая технологическая цивилизация, как наша», — отмечает Андре Мэдер. «А это прямиком ведет нас в сторону размышлений об экологических перспективах. Совершенно ясно, что промышленное развитие, к которому мы все так стремимся, не может продолжаться бесконечно, например, на протяжении следующих 100 тыс. лет. Экспотенциальный рост рано или поздно приведет к полному исчерпанию имеющихся ресурсов».

Поэтому Беда Хофман предлагает поставить вопрос ребром: а кто вообще сказал, что разумная жизнь является целью, предназначением и кульминацией всей эволюции? «Возможно, некоторое время спустя разумная жизнь просто исчезнет. Ведь всё, в конечном итоге, зависит от того, в чем заключается смысл жизни и является ли Разум наиболее эффективным путем достижения истинных целей Бытия?», — предполагает он.

Философия или литература?

Интересно… Хотя в каком-то смысле и немного страшновато. А что же говорят нам по этому поводу философы? Вопрос степени вероятности существования внеземных форм жизни интересовал мыслителей еще со времен Античности, однако бесспорным лидером здесь является, как ни странно, Иммануил Кант, который еще в 1755 году в своей «Общей естественной истории и теории неба» выдвинул идею множественности обитаемых миров.

Об этом недавно в своей книге «Кант у инопланетянВнешняя ссылка» («Kant chez les extraterrestres: philosofictions cosmopolitiques», Éditions de Minuit, 2011) напомнил французский философ и ученый Петер Сценди (Peter Szendy, род. в 1966). Кроме того, в этой книге он говорит еще и о последнем прижизненном труде Канта «Антропология с прагматической точки зренияВнешняя ссылка» (1798 год.), в которой тот осмыслил и соединил друг с другом все доступные ему тогда знания из сфер физической географии, естественной истории, эмпирической психологии, психопатологии, физиогномики и других наук, создав тем самым основу для интегративной науки о человеке.

«В этой работе великий философ делает однозначный вывод о том, что если мы хотим дать определение роду человеческому, то сделать это можно только через сравнение. Но сравнивать людей надо не с животными или с богами, как это по обыкновению многократно делалось в прошлом, но с другими существами, разумными и внеземными», — подчеркивает Петер Сценди.

Другими словами, это означает, что контакт людей с внеземными цивилизациями еще долго будет областью, зарезервированной за писателями-фантастами. Хотя, почему бы и нет, ведь в своих лучших произведениях все великие фантасты, такие, как Станислав Лем, Артур Кларк, Айзек Азимов или Братья Стругацкие, как правило, ставили вопросы, проникнутые, в том числе, и вполне научным философским смыслом. 

Телескопы на орбите

Женева — это не только город, где была открыта первая экзопланета. Здесь были также созданы спектрографы «HARPSВнешняя ссылка», наиболее точные приборы из используемых сейчас в мире для изучения экзопланетВнешняя ссылка методом измерения лучевой скорости.

Еще один швейцарский научный проект недавно получил от Европейского космического агентства (ESA) «зеленый свет» и может теперь выйти на стадию промышленной реализации. Речь идет о проекте «CHEOPSВнешняя ссылка», маленьком космическом телескопе, придуманном в Швейцарии. В 2017 году он начнет, предположительно, наблюдение за транзитами уже известных экзопланет с использованием обоих спектрографов «HARPS».

Проект «PLATOВнешняя ссылка» также получил положительный вердикт ESA. В 2024 году этот спутник выведет на орбиту комплекс из 32 телескопов, которые будут способны в поисках новых экзопланет просканировать до 80% всех наиболее ярких из известных нам звезд. В этом проекте также активно участвуют Университеты Женевы и Берна.

Кроме того, под названием «PlanetSВнешняя ссылка» в 2013 году в Швейцарии был, при поддержке федерального правительства, открыт Исследовательский центр по изучению условий, необходимых для зарождения внеземной жизни. В период до 2017 Центр получит более 17 млн. франков. Руководят проектом совместно Университеты Берна и Женевы.

Большие надежды в плане поиска новых экзопланет ученые возлагают на космический телескоп имени Джеймса Уэбба (James Webb Space TelescopeВнешняя ссылка), орбитальную инфракрасную обсерваторию, которая предположительно заменит космический телескоп «Хаббл». Новый телескоп будет обладать составным зеркалом диаметром в 6,5 метров (диаметр зеркала «Хаббла» — только 2,4 метра), площадью собирающей поверхности 25 м² и солнечным щитом размером с теннисный корт.

Проект представляет собой международное сотрудничество 17-ти стран, во главе которых стоит NASA, с участием Европейского и Канадского космических агентств. Телескоп будет выведен на расчетную орбиту ракетой «Ариан-5» в 2018 году. И если все пойдет по плану, то первые научные исследования начнутся уже в апреле 2019 года.

Перевод на русский и адаптация: Людмила Клот, Игорь Петров