Как эксперимент Сагана помогает нам искать инопланетян
Прошло 30 лет с тех пор, как группа ученых под руководством Карла Сагана нашла доказательства существования жизни на Земле, используя данные приборов на борту роботизированного космического корабля НАСА Галилео. Да, Вы прочли это правильно. Среди своих многочисленных жемчужин мудрости Саган прославился тем, что наука — это больше, чем совокупность знаний, это образ мышления. Другими словами, то, как люди занимаются открытием новых знаний, по крайней мере, так же важно, как и сами знания. В этом смысле исследование было примером «контрольного эксперимента» — важной части научного метода. Это может включать в себя вопрос о том, способно ли данное исследование или метод анализа найти доказательства того, что мы уже знаем. Предположим, кто-то пролетит мимо Земли на инопланетном космическом корабле с теми же приборами на борту, что и Галилей. Если бы мы больше ничего не знали о Земле, смогли бы мы однозначно обнаружить здесь жизнь, используя только эти инструменты (которые не были бы оптимизированы для ее поиска)? Если нет, что это скажет о нашей способности обнаруживать жизнь где-либо еще?
Галилей отправился в октябре 1989 года в шестилетний полет к Юпитеру. Однако Галилею пришлось сначала совершить несколько витков внутри солнечной системы, пролетая вблизи Земли и Венеры, чтобы набрать достаточную скорость и достичь Юпитера. В середине 2000-х годов ученые взяли образцы грязи из марсианской среды пустыни Атакама в Чили на Земле, которая, как известно, содержит микробную жизнь. Затем они провели эксперименты, аналогичные тем, которые проводились на космическом корабле НАСА «Викинг» (цель которого заключалась в обнаружении жизни на Марсе, когда они приземлились там в 1970-х годах), чтобы проверить, можно ли найти жизнь в Атакаме. Им это не удалось — подразумевалось, что если бы космический корабль «Викинг» приземлился на Земле в пустыне Атакама и провел те же эксперименты, что и на Марсе, они вполне могли бы пропустить признаки жизни, хотя известно, что она присутствует.
Галилей был оснащен множеством инструментов, предназначенных для изучения атмосферы и космической среды Юпитера и его спутников. В их число входили камеры формирования изображений, спектрометры (которые разделяют свет по длине волны) и радиоэксперимент. Важно отметить, что авторы исследования не предполагали каких-либо особенностей жизни на Земле ab initio (с самого начала), а попытались сделать свои выводы только на основе данных. Прибор картографического спектрометра ближнего инфракрасного диапазона (NIMS) обнаружил газообразную воду, распределенную по всей земной атмосфере, лед на полюсах и большие пространства жидкой воды «океанических размеров». Также были зафиксированы температуры в диапазоне от -30°C до +18°C. Доказательства на всю жизнь? Еще нет. Исследование пришло к выводу, что обнаружение жидкой воды и водной погодной системы было необходимым, но недостаточным аргументом.
NIMS также обнаружил высокие концентрации кислорода и метана в атмосфере Земли по сравнению с другими известными планетами. Оба они являются высокореактивными газами, которые быстро реагируют с другими химическими веществами и рассеиваются за короткий период времени. Единственным способом поддержания такой концентрации этих видов было постоянное пополнение их каким-либо способом, что опять-таки предполагает, но не доказывает наличие жизни. Другие инструменты космического корабля обнаружили наличие озонового слоя, защищающего поверхность от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Можно подумать, что простого взгляда в камеру может быть достаточно, чтобы увидеть жизнь. Но на изображениях были показаны океаны, пустыни, облака, лед и более темные регионы Южной Америки, которые, только имея предварительные знания, мы знаем, конечно, как тропические леса. Однако в сочетании с дополнительной спектрометрией было обнаружено, что отчетливое поглощение красного света перекрывает более темные области, что, по заключению исследования, «сильно наводит на мысль» о поглощении света фотосинтетической растительной жизнью. Не известно ни одного минерала, поглощающего свет таким образом.
Снимки самого высокого разрешения, продиктованные геометрией пролета, были сделаны для пустынь центральной Австралии и ледниковых щитов Антарктиды. Следовательно, ни на одном из сделанных изображений не были показаны города или явные примеры сельского хозяйства. Космический корабль также пролетал мимо планеты на максимальное сближение в дневное время, поэтому огней ночных городов тоже не было видно. Однако больший интерес представлял эксперимент Галилея по радиоволнам с плазменными волнами. Космос полон естественного радиоизлучения, однако большая его часть широкополосная. Другими словами, излучение одного природного источника происходит на многих частотах. Искусственные радиоисточники, напротив, производятся в узком диапазоне: повседневным примером является тщательная настройка аналогового радио, необходимая для поиска станции среди помех. Пример естественного радиоизлучения полярного сияния в атмосфере Сатурна можно услышать ниже. Частота меняется быстро — в отличие от радиостанции. Галилей обнаружил постоянное узкополосное радиоизлучение Земли на фиксированных частотах. Исследование пришло к выводу, что это могло произойти только от технологической цивилизации и можно было бы обнаружить только в прошлом веке.
Если бы наш инопланетный космический корабль совершил такой же облет Земли в любой момент за несколько миллиардов лет до 20-го века, то он вообще не увидел бы никаких убедительных доказательств существования цивилизации на Земле. Возможно, неудивительно, что до сих пор не обнаружено никаких доказательств существования внеземной жизни. Даже космический корабль, пролетающий в пределах нескольких тысяч километров от человеческой цивилизации на Земле, не гарантированно обнаружит его. Поэтому подобные контрольные эксперименты имеют решающее значение для поиска жизни в других местах. В современную эпоху человечество обнаружило более 5000 планет вокруг других звезд, и мы даже обнаружили присутствие воды в атмосферах некоторых планет. Эксперимент Сагана показывает, что одного этого недостаточно. Веские аргументы в пользу существования жизни в других местах, вероятно, потребуют сочетания взаимодополняющих доказательств, таких как поглощение света процессами, подобными фотосинтезу, узкополосное радиоизлучение, умеренные температуры, а также погодные и химические следы в атмосфере, которые трудно объяснить небиологическими методами. . По мере того, как мы приближаемся к эпохе таких инструментов, как космический телескоп Джеймса Уэбба, эксперимент Сагана остается таким же информативным, как и 30 лет назад.
