27.12.2022. - Жизнь не всегда появляется на планетах, которые могут ее поддерживать

Жизнь не всегда появляется на планетах, которые могут ее поддерживать

Вот сложная проблема: что, если жизнь не всегда появляется на планетах, которые могут ее поддерживать? Что, если мы найдем все больше и больше экзопланет и определим, что некоторые из них пригодны для жизни? Что, если мы также определим, что жизнь на них еще не появилась? Можем ли мы отправить кометы, приносящие жизнь, на эти планеты и засеять их земной жизнью? И если бы мы могли это сделать, должны ли мы? Это вопрос, который исследует новая исследовательская статья в журнале Astrobiology. Статья называется «Направленная панспермия с использованием межзвездных комет». Авторами являются Кристофер П. Маккей, Пол К. В. Дэвис и Саймон П. Уорден. Они из Исследовательского центра Эймса НАСА, Центра фундаментальных концепций науки в Университете штата Аризона и Breakthrough Initiatives соответственно.

Представление о том, что жизнь распространяется по Вселенной, называется панспермией. (Древнегреческий: «пан» означает «все», а «сперма» означает «семя».) Это не новая идея. Греческий философ Анаксагор впервые предложил его еще в V веке до нашей эры. Он не сказал об этом прямо, но упомянул, что семена могут быть частью Вселенной. Историки сложили два и два, чтобы понять, что он имел в виду. По существу, согласно панспермии, жизнь существует по всей Вселенной и была распространена астероидами, кометами и даже космической пылью — семенами, согласно Анаксагору. Некоторые исследователи предположили, что мощные удары по планетам, таким как Земля или Марс, могут выбрасывать в космос несущие микробы камни. Марс имеет более низкую гравитацию, чем Земля, и мы знаем, что удары о Марс отправили камни в космос. Мы нашли более 270 из них на Земле. Поскольку это произошло на Марсе, это должно было произойти и в других случаях и в других солнечных системах.

Мы также подозреваем, что Марс был населен микробами миллиарды лет назад. Это спекулятивно, но марсианские микробы могли передвигаться по скалам, выброшенным ударом, и быть достаточно защищенными от опасностей в космосе, чтобы выдержать долгое путешествие. В конце концов, камень мог врезаться в другое тело, и если тепло от удара не уничтожило выживших микробов и если тело, в которое они врезались, было гостеприимным, теоретически жизнь могла распространиться таким образом. Умножьте эту идею на огромное количество столкновений в солнечных системах по всему Млечному Пути, и идея панспермии начнет обретать форму.

Это случайная или естественная панспермия. Но если цивилизация сделала это намеренно, это называется направленной панспермией. Это тема статьи, и цивилизация наша. Мы не знаем, как зародилась жизнь на Земле. Мы знаем некоторые необходимые условия, но в наших знаниях полно пробелов. Таким образом, мы не знаем, как оно могло возникнуть в других мирах. «У нас есть скудное представление о подходящих геологических/химических условиях для превращения неживого в жизнь, при этом большинство популярных сценариев в значительной степени не доказаны, и нет единого мнения», — отмечают авторы.

Мы знаем, что жизнь существует, и мы подозреваем, что она может существовать где-то еще. Но мы не знаем, есть ли жизнь на всех планетах, которые могут поддерживать жизнь. «Вполне возможно, что благоприятное место для зарождения жизни сильно отличается от планетарной среды, в которой жизнь может успешно поддерживаться в течение длительного времени», — пишут авторы.

Панспермия не отвечает на вопрос о том, как зародилась жизнь. Он просит нас подумать о том, как жизнь может распространяться от мира к миру по Млечному Пути, а не появляться в каждом мире по отдельности. Галактика Млечный Путь содержит около 200 миллиардов звезд. 200 миллиардов звезд — это ужасно много солнечных систем, планет, поясов астероидов, поясов Койпера и облаков Оорта. Если панспермия действительно возникает, у нее много возможностей.

Наша Солнечная система — это головоломка, и каждая планета и луна — ее часть. На Марсе, вероятно, была жизнь в прошлом, но сейчас ее нет, если только она не находится где-то под землей, защищенной от негостеприимной поверхности. Есть интригующие свидетельства того, что некоторые из ледяных спутников, таких как Энцелад и Европа, имеют гостеприимные океаны под толстыми ледяными шапками. А далекий холодный Титан — единственное тело, кроме Земли, на поверхности которого есть жидкость, хотя и не вода. Кроме того, есть сама планета, которая, по словам Карла Сагана, «кишит жизнью». Может ли панспермия быть той нитью, которая каким-то образом связывает все эти кусочки?

Одна из загадок нашей Солнечной системы — жизнь на Земле и то, как быстро она появилась. Молодая Земля была едва пригодна для жизни, когда появилась жизнь. Клеточная жизнь могла возникнуть 3,95 миллиарда лет назад. В то время Земля только что вышла из эона Гадея, когда наша молодая, едва узнаваемая планета была окутана плотной атмосферой из углекислого газа и управлялась перегретыми условиями.

Некоторые ученые задаются вопросом, как эндогенная жизнь могла появиться так скоро после Гадея. Хотя ясности нет, такое мышление поддерживает идею панспермии, по крайней мере, потенциально. Земля и другие молодые планеты могли бы поддерживать жизнь, посеянную панспермией, до того, как могла появиться их собственная жизнь.

Современные мыслители подробно изложили идею панспермии. Вскоре мы сможем охарактеризовать все экзопланеты в сфере размером 100 световых лет с центром в нашей Солнечной системе. Есть зарождающиеся предложения отправить космический корабль с земной жизнью на любые планеты, которые могут ее приютить. В основном это мысленные эксперименты, но время идет, и когда-нибудь человечеству, возможно, придется бороться с этой идеей более реалистично.

Авторы отмечают, что эта идея физически возможна (с множеством оговорок). Но как насчет затрат? А как насчет надежности космических кораблей?

Природа уже производит объекты, способные к длительным межзвездным путешествиям: кометы. Они стали частью обсуждения направленной панспермии и составляют основную часть этой исследовательской статьи. «В этой статье мы опираемся на предыдущие исследования и предлагаем концепцию направленной панспермии с использованием межзвездных комет, а не специализированных космических кораблей», — объясняют авторы.

Статья мотивирована конкретными событиями последних лет. В 2017 году межзвездный объект Оумуамуа прошел через нашу Солнечную систему. Через два года нашу Солнечную систему ненадолго посетила межзвездная комета 2I/Borisov. Они были первыми двумя наблюдаемыми межзвездными объектами (ISO), которые прошли через нашу систему, что сделало Борисов первой кометой, которую мы видели. Эти случаи вызывают двусторонний вопрос: сколько еще ISO проделают/пройдут тот же путь?

Открытие двух ISO за такой короткий период времени является результатом наших технологических достижений и большого количества телескопов, наблюдающих за небом. Конечно, в долгой истории Солнечной системы было много других, и в будущем их будет еще больше. По мнению авторов, они, вероятно, распространены и представляют возможность.

«Межзвездные кометы обеспечивают недорогую направленную панспермию, которая потенциально широка с точки зрения количества возможных зондов и диапазона, в конечном итоге охватываемого», — пишут они. Исследование 2021 года предсказало, что всего около 6,9 объектов, таких как 2I / Борисов, в год должны проходить в пределах одной а.е. от Солнца. Когда обсерватория Веры Рубин заработает где-то в 2023 году, мы начнем находить эти ISO, может быть, по пять в год.

Комета Борисова представляет особый интерес для авторов. Его размер неизвестен, но, по оценкам, он достигает 16 км в диаметре. Это делает его достаточно большим, чтобы защитить инокулянт от радиации. Он потерял массу во время путешествия по внутренней части Солнечной системы, но на самом деле это даже хорошо. Пыль, которую он оставил после себя, «… может быть механизмом распространения инокулята», — объясняют они.

Авторы объясняют, как такие кометы, как Борисов, можно использовать для распространения жизни по всему Млечному Пути. Панспермия по ИСО будет представлять собой комбинацию естественной и направленной панспермии. «Он эффективно сочетает их, используя межзвездные кометы в качестве переносчиков возможностей, добавляя биологический инокулят к комете, не пытаясь изменить ее траекторию», — объясняют они.

Идеальным инокулятом была бы коллекция форм жизни, которые могли бы успешно засеять разные среды обитания на разных экзопланетах. «Инокулят для планет с жидкой водой на поверхности, таких как Земля и ранний Марс, может быстро развиться в разнообразную и сложную жизнь, развивающуюся в тандеме с планетарной средой», — пишут авторы. Для таких лун, как Энцелад, земные метаногены могут быть наиболее подходящим инокулятом.

Инокулят не должен ограничиваться одноклеточными организмами. Маленькие многоклеточные организмы могут иметь наибольший смысл, по крайней мере, в некоторых случаях. Выносливые тихоходки появляются в газете, потому что они могут выжить в условиях вакуума и радиации в космосе.

Если человечество когда-нибудь запустит программу направленной панспермии, свою роль могут сыграть генетически модифицированные организмы. Эта технология, вероятно, будет необходима, потому что может существовать множество обитаемых миров, не похожих на Землю. Они есть в нашей Солнечной системе, и лучшим примером может быть Титан. Это единственное тело, кроме Земли, с поверхностной жидкостью. «Но по мере развития синтетической биотехнологии мы могли бы создавать формы жизни, которые могли бы процветать на Титане и в других неводных средах обитания, обнаруженных на экзопланетах в будущем», — объясняют авторы.

Все это может оказаться напрасной тратой усилий, и авторы признают это. Неужели это так же просто, как посадить на планету несколько форм жизни? «Серьезный аргумент, который можно выдвинуть против панспермии, исходит из того, что жизнь — это планетарное явление, образующее сложную глобально распределенную сеть взаимозависимых организмов, которые обмениваются материалом и информацией», — пишут они. «Поэтому простое размещение нескольких микробов на пригодной для жизни, но в остальном бесплодной планете не приведет к успешному ее засеву».

В этом случае инокулят должен быть гораздо более индивидуального дизайна. Это должна быть собственная сеть, разработанная для конкретной среды, которая могла бы успешно реализовывать отношения между формами жизни, которые характеризуют такие биосферы, как земная. Это трудное предложение. «Определение минимально необходимого подмножества организмов — это сложнейшая задача, которая может потребовать значительного прогресса в нашем понимании паутины жизни».

Но все становится очень сложно, когда мы представляем себе будущее, в котором все это становится возможным. Вскоре мы будем исследовать некоторые из ледяных спутников Юпитера, и миссия на Титан, скорее всего, станет реальностью. Что мы найдем? Если они бесплодны, но выглядят так, будто могут поддерживать жизнь, поддадимся ли мы искушению?

Возникают знакомые, неудобные вопросы. Чем мощнее становятся наши технологии, тем масштабнее последствия их использования. Технологические достижения, такие как генная модификация и климатическая инженерия, порождают мощные реакции, когда люди думают о том, как они могут пойти не так. Эти опасения «… отомстит за целенаправленное распространение жизни по галактике», пишут авторы.

«Теперь эти сумасшедшие ученые хотят рвануть вперед и начать возиться со всей галактикой», — подумают некоторые, и мы сможем увидеть заголовки и мнения в нашем воображении. Но мы даже не приближаемся к тому, чтобы сделать что-либо из этого, чтобы мы могли отойти от уступа и трезво подумать об этом.

Критический вопрос о направленной панспермии возникает еще до того, как мы дойдем до вопросов «можем ли мы» или «должны ли мы». Мы просто не знаем, сколько планет, которые могли бы поддерживать жизнь, на самом деле имеют жизнь. «Оптимисты-астробиологи склонны предполагать, что обитаемые планеты, скорее всего, будут обитаемыми», — пишут авторы. Но это только предположение.

Со всем, чего мы не знаем, вполне возможно, что жизнь есть только на небольшой части обитаемых планет и лун. Может быть, есть миллиард или больше планет и лун, которые могут поддерживать жизнь, как чистые холсты, но естественная панспермия до них еще не добралась. «…Вполне возможно, что лишь чрезвычайно малая часть всех пригодных для жизни планет на самом деле является местом жизни», — отмечают авторы.

Что, если панспермия — естественная часть Вселенной, а поскольку мы являемся естественной частью Вселенной, мы должны играть роль в распространении жизни? Может быть, у нас даже есть обязанность сделать это. Возможно, Земля была засеяна направленной панспермией. Возможно, давно умершая цивилизация столкнулась с тем, с чем мы столкнулись сейчас, и решила пойти на это.

Возможностей много, но такова природа этих вопросов. Другая возможность заключается в том, что это может быть то, как это происходит с цивилизациями. Возможно, цивилизации никогда не станут продвинутыми типами, изложенными в шкале Кардашева. Может быть, они достигают точки, быстро приближающейся для человечества, когда Великий Фильтр нависает над всеми нашими делами. Возможно, когда цивилизации достигнут этой точки, все, что они смогут сделать, это попытаться распространять жизнь. И решение, возможно, придется принимать задолго до того, как мы точно поймем, что происходит с жизнью в галактике.

Это целая куча «может быть», связанных вместе по неопределенной траектории. Но есть еще одна цепь «может быть» и «что, если», которая вызывает осторожность, когда мы следуем ей, и авторы обрисовывают эти опасения.

Что, если мы отправим жизнь на планету, думая, что она необитаема, но это только начало жизни? В этом случае наши благие намерения могут закончиться катастрофой, поскольку жизнь на этой планете будет уничтожена земной жизнью, которая вытеснит ее.

Что, если мы основываем наши решения о панспермии на биосигнатурах, но наше понимание биосигнатур слишком смещено в сторону земной жизни? Это также может закончиться катастрофой, поскольку наши надежные, генетически модифицированные микробы совершили одноклеточное злодеяние и уничтожили существующую жизнь на планете.

Или наша живая комета может найти подходящую необитаемую цель и успешно засеять ее пылью, несущей микробы. Но что, если на этом он не остановился и засеял другие планеты, которые уже были обитаемы? Это еще одна катастрофа, поскольку наши добрые намерения проявляются как вторжение или даже оружие.

Ситуация быстро усложняется. Но это возвращает нас к вопросам о том, что именно произошло на Земле.

Ранняя земная жизнь бурлила задолго до появления фотосинтеза. Это изменило все, так как кислород стал более концентрированным в атмосфере, и появилась сложная жизнь, которая захватила планету. Что, если генетическая способность к фотосинтезу была заложена посредством панспермии, направленной или естественной? Что, если бы жизнь на Земле никогда не совершила скачок к фотосинтезу без поддержки панспермии?

Нам предстоит еще многое узнать о кометах, прежде чем что-либо из этого приблизится к практике. В 2019 году ЕКА выбрало миссию Comet Interceptor из нескольких миссий-кандидатов. Они надеются запустить его в 2029 году. Перехватчик будет сидеть и ждать в точке L2 Солнце-Земля, пока подходящая длиннопериодическая комета (LPC) не приблизится к внутренней части Солнечной системы. К 2029 году у нас будут более мощные телескопы, которые смогут идентифицировать хорошую комету задолго до того, как она достигнет внутренней части Солнечной системы.

Когда он будет найден, «Перехватчик комет» отправит два меньших зонда для перехвата кометы. Миссия чисто научная. LPC — это нетронутые объекты, хранители ключей к разгадке происхождения нашей Солнечной системы. Зонды подробно изучат комету и создадут богатую трехмерную модель кометы и области, которая ее окружает, когда она движется в космосе.

Вероятно, в ближайшем будущем будет еще много миссий по исследованию комет. Мы продолжим узнавать о них и о том, какие из них могут служить проводниками панспермии. Со временем мы приблизимся к реализации какой-то стратегии панспермии. Может быть, обстоятельства вынудят нас.

Авторы говорят, что идея направленной панспермии перекочевала из откровенного абсурда в нечто, над чем нужно подумать более серьезно, и виной этому открытие межзвездных комет. «До недавнего времени идея о том, что люди могут буквально посеять семена космической трансформации, имеющей многомиллионные последствия, считалась бы абсурдной», — пишут они. «Но открытие межзвездных комет все изменило».

В своей статье авторы излагают свое видение биологической Вселенной. Цель панспермии «… состоит в том, чтобы повысить богатство и разнообразие жизни во Вселенной», — говорят они. У нас нет технологий для этого, но будущие поколения будут. «Хотя в настоящее время нам не хватает технологии, чтобы использовать эти кометы в качестве биологических средств доставки, нетрудно понять, что для этого нужно, и усовершенствовать стратегию для достижения цели — засеять галактику жизнью, сконструированной таким образом, чтобы процветать в разнообразных условиях. экзопланетных сред».

Это позитивный взгляд, но у панспермии есть и навязчивый аспект. Все звезды сгорают и гаснут, и ни один мир не остается гостеприимным вечно. Может быть, естественная панспермия слишком многое оставляет на волю случая, и мы обязаны распространять жизнь везде, где можем, потому что каждому экземпляру жизни грозит исчезновение.

С этой точки зрения, есть ли разница между направленной и естественной панспермией? Может быть, мы агенты природы, и мы поймем, что поступать правильно, когда будем знать, что поступать правильно. Может быть, Великий Фильтр принудит нас к действию, и мы сделаем смелый шаг. Самым смелым и решающим шагом человечества может стать распространение жизни в других местах в надежде найти гостеприимные колыбели по всей галактике. Цикл может продолжаться, и жизнь может продолжаться.

Панспермия могла бы стать нашим великим жестом и подарком к жизни, прежде чем мы исчезнем. Если бы это была сцена из научно-фантастического фильма, то местом действия была бы умирающая, истощенная ресурсами Земля с ее разрушенной биосферой и стареющим Солнцем, заливающим все это жутким светом. Последние несколько сотен тысяч оборванных людей соберут все, что смогут, и построят последний космический корабль. Они в последний раз наблюдали бы за вспышкой ракеты, загруженной прививкой и направляющейся на рандеву с подходящей межзвездной кометой, которая проходит через нашу внутреннюю Солнечную систему. Это может звучать мелодраматично, но есть ли что-то более драматичное, чем рождение и смерть в галактическом масштабе?

Источник