|
Как найти инопланетную жизнь и что вообще искать
|
|
|
|
В издательстве "Альпина нон-фикшн" выходит книга Приямвады Натараджан о том, как менялись представления о Вселенной и как ее видят ученые сегодня. ТАСС публикует отрывок о поисках внеземной жизни. С незапамятных времен людей интересовало устройство мира, в котором мы живем. Подходящих приборов долго не было, но любопытных это не останавливало. Кто-то скажет, что нужную технику до сих пор не изобрели: пусть за последнее столетие наши представления о Вселенной стали намного точнее, она все еще хранит много тайн. Что происходит в черных дырах? Что такое темная энергия и темная материя? Наконец, существуют ли другие вселенные и можно ли их как-то засечь? Этими проблемами занимается физик-теоретик из Йельского университета Приямвада Натараджан.
|
|
|
|
В книге "Карта Вселенной. Главные идеи, которые объясняют устройство космоса" Натараджан рассказывает, как менялись космологические идеи, чего это стоило людям, которые их выдвинули, и какие колоссальные усилия прилагаются теперь, чтобы ответить на все новые вопросы в астрофизике. Один из этих вопросов возник задолго до появления космических телескопов и детекторов нейтрино под ледниками в Антарктиде — есть ли жизнь в других мирах. Но инструменты для того, чтобы хотя бы попытаться дать надежный ответ, появились в распоряжении ученых всего несколько десятилетий назад.
|
|
|
Что заставляло и заставляет людей искать обитаемые миры и свидетельства существования разумной жизни где-то в глубинах космоса? Прагматические проблемы, связанные с такими поисками, приобрели особую важность в 1960-х гг. в связи с проектом "Поиск внеземного разума" (Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI), участники которого пытались установить прямую радиосвязь с другими планетными системами в микроволновом диапазоне. Самый первый целенаправленный поиск внеземных цивилизаций был проведен на телескопе Green Bank в Национальной обсерватории радиоастрономии (штат Западная Виргиния). В 1960 г. 29-летний долговязый постдок Фрэнк Дрейк первым попытался использовать новый телескоп с радиоантенной диаметром 26 м для регистрации межзвездного послания от планеты, вращающейся вокруг звезды, расположенной примерно в 12 световых годах от Солнца. На этом расстоянии не было зарегистрировано ни одной экзопланеты. Никто и не ожидал, что поиск окажется успешным. Доказывая возможность такого перехвата сигналов, амбициозный Дрейк предложил своим наблюдателям периодически направлять телескоп на две ближайшие к Солнцу звезды — Тау Кита и Эпсилон Эридана — для улавливания сигналов, предположительно направленных от этих звезд к Земле, и назвал попытку "Проект Озма" в честь принцессы сказочной Страны Оз в известной книге Л. Фрэнка Баума. Хотя при осуществлении проекта не удалось зарегистрировать ничего, кроме радиошумов межзвездного пространства, он вдохновил целое поколение на серьезное отношение к возможности связи с инопланетянами. В 1982 г. в Голливуде был снят блокбастер "Инопланетянин" (Е. Т.), один из самых кассовых фильмов 1980-х гг., который разжег и укрепил интерес общественности к этой теме. Институт SETI до 1993 г. в разной степени финансировался федеральным правительством США. После прекращения этой поддержки зарегистрировался в качестве некоммерческой организации и продолжал функционировать исключительно на основе частных пожертвований. Пол Аллен, один из основателей Microsoft, профинансировал работу — названную его именем решетку радиотелескопов в Институте SETI в местечке Маунтин-Вью (штат Калифорния). Широкую общественную поддержку получил сайт SETI@home, где осуществляется научный эксперимент с использованием большого числа бездействующих персональных компьютеров, подключенных к интернету в частных домах. Это мероприятие стало одним из первых краудсорс-проектов в рамках концепции "Гражданская наука" (Citizen Science). Вы можете участвовать в ней, загрузив свободно доступную программу, которую можно установить дома на свой персональный компьютер, для анализа данных с радиотелескопа, полученных в проекте SETI, всякий раз, когда ваш компьютер простаивает и не используется для других задач.
|
|
|
|
Помимо пламенной веры в проект поиска жизни в далеком космосе Дрейк стал известен существенным вкладом в количественную оценку вероятности космических контактов вообще. Не дожидаясь обнаружения экзопланет аппаратурой космического телескопа Kepler, Дрейк осуществил теоретический расчет возможности контакта. Его оценка, названная формулой Дрейка, была предложена на конференции, созванной в 1961 г. специально для решения одной проблемы — можно ли количественно оценить шансы обнаружения инопланетной жизни в рамках программы SETI. В сотрудничестве с Национальной академией наук США он организовал неформальную встречу с участием многих известных ученых, включая нескольких нобелевских лауреатов по химии и медицине и физика Филипа Моррисона (кажется, единственным участником конференции без титулов был молодой постдок Карл Саган).
|
|
|
|
Всего за несколько дней до встречи Дрейку удалось сформулировать и определить основные члены его ставшего знаменитым уравнения. Он выделил главные компоненты, необходимые для определения числа развитых цивилизаций, существующих в нашей Галактике. Дрейк начал с определения вероятности различных факторов, относящихся к возникновению цивилизаций. Первым фактором является скорость возникновения обитаемых планет (их можно назвать колыбелями цивилизаций). Лишь некоторые из них могут затем стать приютом для жизни и в будущем даже привести к возникновению разумных и чувствующих существ. Затем он учел долю цивилизаций, способных развиться до уровня технологий и посылать сигналы через огромные межзвездные расстояния, и умножил эту величину на среднюю продолжительность жизни таких сообществ. Произведение всех этих "если", то есть многих вложенных условий в уравнении Дрейка, позволяет оценить число всех развитых цивилизаций, которые могут быть обнаружены в нашей Галактике Млечный Путь. Используя целую серию сложных и спорных аргументов, связанных с рассеянными в литературе соответствующими данными об успешности формирования звезд и планет, Дрейк пришел к выводу, что это число зависит, главным образом, только от одного фактора, а именно от продолжительности жизни развитых цивилизаций. Вероятность межзвездного контакта цивилизаций зависит также от совпадения времени их существования, поскольку обе цивилизации должны дожить и развиться примерно до одинакового технологического уровня к моменту контакта. С наибольшей вероятностью мы можем обнаружить во Вселенной обитаемые миры с развитой технологической цивилизацией. Поиск контакта следует начать с регистрации максимально возможного числа экзопланет, а затем выделить из них пригодные для развития жизни планеты и начать поиск признаков жизни. В 2018 г. (запуск перенесен на март 2021 г. — Прим. ред.) НАСА планирует запустить космический телескоп имени Джеймса Уэбба (James Webb Space Telescope, JWST), который наряду с решением других научных задач должен продолжить поиск и идентификацию пригодных к развитию жизни планет и планетных систем на основе наследия миссии спутника Kepler.
|
|
|
|
В то же время обсуждается и изучается проблема определения условий, необходимых для возникновения жизни. При этом ожесточенные споры возникают даже относительно признаков таких условий. Этот вопрос очень сложен, поскольку ответ на него связан с терминологией и особенностями научно-дисциплинарного подхода. Известный астроном и историк науки Стивен Дж. Дик в своей книге "Жизнь в других мирах" (Life on Other Worlds) проследил историю споров об определении жизни на протяжении всего XX в. Среди прочего он обсуждает статью биолога-эволюциониста Джорджа Гейлорда Симпсона, написанную в 1964 г., когда ученые США начали готовиться к поиску жизни на Марсе. В статье, озаглавленной "Отсутствие превосходства гуманоидов" (The Nonprevalence of Humanoids), Симпсон доказывает, что формы жизни в других условиях вовсе не обязаны напоминать привычные нам земные формы. Ранее биолог Гарольд Блюм назвал такую точку зрения оппортунистической, а обратную к ней научную позицию — детерминистической. В соответствии с детерминистскими доводами эволюция жизни всюду во Вселенной происходит в одинаковой последовательности, со временем увеличивая сложность, а при оппортунистическом подходе формы жизни могут развиваться по множеству различных направлений. Симпсон отмечает, что большинство экзобиологов придерживаются детерминистской точки зрения (хотя она не имеет эмпирических обоснований правоты), в то время как эволюционные биологи предпочитают оппортунистический подход, опирающийся на большое число данных по ископаемым и окаменелостям на нашей планете. Симпсон доказывает, что жизнь, зародившаяся где-то в далеком космосе, не должна обязательно проходить весь известный нам маршрут эволюции от простейших до человека.
|
|
|
|
Основное определение жизни (с которым согласится большинство биологов) сводится к тому, что живые организмы отличаются способностью к самостоятельному росту и самовоспроизведению. Однако даже применимость этого определения остается неясной для кристаллов, не говоря уже об обширных серых зонах в самой биологии. Например, непонятно, следует ли считать живыми вирусы, которые имеют свой собственный геном, но не способны воспроизводить себя самостоятельно. Похоже также, что приведенное выше определение не включает в себя так называемые прионы, то есть одиночные белки, способные к репликации и вызывающие у организмов-хозяев некоторые заболевания, например губчатую энцефалопатию (коровье бешенство). Можно также отметить, что среди ученых существует согласие относительно того, что бактерии представляют собой наиболее рудиментарную форму жизни.
|
|
|
|
Предметом споров остается не только определение жизни, но и критерии ее возникновения. Именно сейчас в связи с открытием экзопланет вновь возникла проблема определения необходимых и достаточных условий детектирования их возможной обитаемости. Первоначально ученые полагали, что для доказательства наличия жизни на планете достаточно просто обнаружить кислород в ее атмосфере, однако сейчас уже стало ясно, что необходимые для жизни химические элементы могут возникать в результате многих не биологических процессов. Кроме того, даже и на нашей Земле жизнь возникла и развивалась очень длительное время практически без присутствия этих газов в атмосфере. Поэтому даже надежное обнаружение озона и кислорода в атмосфере каких-либо планет не является достаточным признаком существования жизни на этих планетах. Между тем множатся доказательства в пользу того, что наличие некоторых соединений и элементов, таких как двуокись углерода, метан и аммиак, традиционно считающихся "строительными кирпичиками" жизни на Земле, реально может ассоциироваться с возникновением жизни и в других уголках космоса. К настоящему времени не удалось обнаружить признаки жизни на ближайшем к нам Марсе даже после спуска на его поверхность сложного марсохода, способного анализировать образцы почвы планеты с использованием масс-спектрометра.
|
|
|
|
Поиски потенциально пригодных для жизни экзопланет продолжаются, и к настоящему времени уже разработаны некоторые достаточно эффективные методики их обнаружения. Большой вопрос состоит в том, сколько еще существует землеподобных планет, которые могут быть открыты. После этого уже ставится вопрос об их обитаемости и в какой форме могла бы быть жизнь на этих планетах. На основе данных, полученных за время работы космического телескопа Kepler, запущенного НАСА в 2013 г., можно считать, что примерно 22% звезд типа Солнца могут содержать в своих системах планеты, похожие на Землю. Публикация этих данных, разумеется, встревожила некоторые средства массовой информации. Даже обычно серьезная газета The New York Times писала по этому поводу следующее: "Известные шансы, что что-то или кто-то живет далеко-далеко от Земли, повысились в понедельник, выйдя за пределы самых смелых мечтаний астрономов". "Мы не одиноки" — так назвала свой материал на эту тему газета USA Today, как бы отвечая на вопрос "Одиноки ли мы во Вселенной? Скоро мы это узнаем", которым озаглавил статью, опубликованную в газете The Guardian за год до этого, известный специалист Мартин Рис.
|
|
|
|
Когда мы можем реально получить ответ на этот вопрос? Некоторую тревогу вызывает так называемый парадокс Ферми, получивший свое название в честь знаменитого итальянского физика-эмигранта — отца контролируемого деления атомного ядра, создателя атомной бомбы в США во время Второй мировой войны. Если мы допустим, что инопланетяне не должны быть непременно похожи на земные формы жизни, то должно быть много других мест в нашей Галактике и Вселенной, где существует жизнь. Однако мы не встречаем пришельцев. В этом и состоит парадокс Ферми. Еще в 1975 г. Майкл Харт в журнале Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society опубликовал статью, в которой доказывал, что в настоящее время на Земле нет представителей каких-нибудь разумных форм инопланетной жизни, и сделал вывод, что "…есть серьезные свидетельства того, что мы являемся первой цивилизацией в нашей Галактике". Его рассуждения были основаны на оценке временных масштабов. Действительно, если бы существовала внеземная жизнь, тогда наши инопланетные соотечественники уже были бы здесь, а так как их здесь нет, то их не существует. Как и в случае с оценками в уравнении Дрейка, на самом деле все зависит от времени.
|
|
|
|
Существует резкое разделение в отношении, мировоззрении и ожиданиях между многими биологами и многими астрономами, которые могут быть привязаны к своим взглядам на уникальность Земли. Большинство астрономов, из наиболее известных — Саган и Дрейк, обычно полагают, что Земля не обладает никакой особенностью или специфичностью в самом широком смысле этого слова. Саган попросту считает гипотезу об уникальности нашей планеты ошибочной, а парадокс Ферми объясняет тем, что все внеземные цивилизации развиваются очень медленно и поэтому пока не установили контакт с нами. Большинство биологов уверены в уникальности жизни на Земле, возможно вследствие того, что богатство и сложность постоянно наблюдаемых ими проявлений жизни убеждают их в том, что наша планета является весьма выдающейся и специфичной, вследствие чего она и стала местом зарождения разумной жизни (хотя ее развитие и включало элементы случайности). Стефан Джей Гулд произнес свою известную фразу о "магнитофонной ленте" жизни и эволюции, которая может перематываться и проигрываться неоднократно, но из нее совершенно неясно, почему конечным продуктом эволюции должен стать именно человек. Действительно, как отмечал эволюционный биолог Теодосиус Добжански, из более чем 2 млн биологических видов, возникших на Земле, лишь один сумел создать язык, построить и развить культуру, а затем выработать концептуальные понятия личности, жизни и смерти. Поэтому Добжански считал абсурдной мысль о том, что любая жизнь, возникшая где-то, должна обязательно приводить к возникновению рационально мыслящих существ.
|
|
|
|
Крайний оптимизм Сагана по отношению к возможности существования разумной внеземной жизни вытекает из его уверенности в том, что именно полная усредненность нашего положения в пространстве и времени делает нас совершенно заурядными обитателями Вселенной. Более того, Саган видит в спорах относительно уникальности Земли всего лишь некое отражение очень старой антропоцентрической точки зрения, восходящей по меньшей мере к Клавдию Птолемею. Таким образом, точки зрения астрономов и биологов на роль и назначение человечества (как в роли биологического вида, так и в качестве источника мыслящей жизни) на планете Земля действительно существенно различаются. Различия эти обусловлены научными и профессиональными причинами, вынуждающими специалистов обосновывать и оправдывать свой путь.
|
|
|
|
Источник
|
