Текст книги "История всего"
Автор книги: Дональд Голдсмит
Соавторы: Нил Тайсон
сообщить о нарушении
Текущая страница: 15 (всего у книги 22 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]
Сегодня список из более сотни экзопланет, систематизированных в порядке возрастания их расстояний от своих звезд, начинается с уже упомянутой выше планеты – той, у которой уходит всего 2,5 дня на то, чтобы совершить вокруг своей звезды полный оборот; завершается этот список звездой 55 Рака (55 Cancri) – вокруг нее вращается планета, по массе своей не менее чем в четыре раза превышающая Юпитер, и одно обращение вокруг своей звезды у нее занимает 13,7 года. Исходя из периода обращения этой планеты, астрофизики могут определить, что она находится от своей звезды на расстоянии, в 5,9 раза превышающем расстояние от Земли до Солнца или в 1,14 – расстояние от Солнца до Юпитера. Это первая планета в списке всех обнаруженных экзопланет, что расположена от своей звезды на большем расстоянии, чем Юпитер от Солнца, за счет чего она производит впечатление планетарной системы, в широком смысле сопоставимой с нашей собственной Солнечной, по крайней мере с точки зрения тандема «звезда плюс ее самая крупная планета».
Однако это все же не совсем так. Планета, вращающаяся вокруг звезды 55 Рака в 5,9 раза дальше, чем расстояние от Земли до Солнца, является не первой, но третьей из обнаруженных на орбите этой звезды. На сегодняшний момент астрономы собрали уже достаточно данных и обрели столь внушительную сноровку по интерпретации доплеровских смещений, что им удается распутывать сложную хореографию звезд, образованную при гравитационном воздействии на них двух более планет. Каждая из стремится задать «Танцу» свой собственный ритм с периодом повтора, равным охвату орбиты планеты, описываемой ею вокруг звезды. Наблюдая за звездой в течение достаточно продолжительного времени и подключая к работе компьютерные программы, которые не боятся никаких вычислений и расчетов, охотники за планетами способны выделить из замысловатых танцев отдельные шаги, которые задают звезде отдельные планеты. В случае с 55 Рака, скромной звездой из созвездия Краба, сначала были обнаружены две другие более близкие к ней звезды с периодами обращения в 42 и 89 дней и минимальными массами в размере 0,84 и 0,21 массы Юпитера соответственно. Планета с минимальной массой, равной «всего» 0,21 массы Юпитера (это как 67 планет Земля), входит в число экзопланет с наименьшими массами из обнаруженных на сегодня. Рекорд пока принадлежит одной экзопланете, чья масса составляет 35 масс Земли, – и это все еще настолько крупнее нашей голубой планеты, что есть некоторая вероятность, что скорее тот самый рак на горе свистнет, чем астрономы смогут найти в нашей Галактике хотя бы одного двойника Земли.
Можно ходить вокруг да около, но проблема от этого не исчезнет. Изучив, помимо прочего, планеты, вращающиеся вокруг звезды 55 Рака, нам все еще необходимо объяснить, как могут экзопланеты с массами, сопоставимыми с Юпитером, вращаться столь близко от своих звезд? Сколько таких планет вообще? Любой эксперт скажет вам, что планета, сравнимая по массе с Юпитером, не может сформироваться на расстоянии от солнцеобразной звезды, которое было бы меньше, чем три-четыре расстояния от Земли до Солнца. Если допустить, что экзопланеты подчиняются этому правилу, то остается только предположить, что они переместились существенно ближе к своим звездам уже после того, как закончили формироваться. Подобное заключение, если принять его как приемлемое, приводит к трем новым вопросам.
1. Что заставило эти планеты разменять свои орбиты на более скромные после того, как они сформировались?
2. Что помешало им приблизиться к своим звездам вплотную и в итоге погибнуть, упав прямо на звезду?
3. Почему это произошло в множестве других планетных систем, но не в нашей Солнечной системе?
На эти вопросы у нас есть ответы, предоставленные теми светлыми умами, для которых обнаружение экзопланет послужило отличным стимулом к дальнейшим исследованиям. Можем подытожить самую популярную на сегодня версию экспертов ниже.
1. Планетная миграция произошла потому, что существенный объем материалов, оставшихся после процессов формирования планет, продолжал вращаться вокруг звезды в рамках орбит новообразованных планет-гигантов. Этот материал систематически отбрасывается гравитацией большой планеты на более далекие орбиты, что, в свою очередь, заставляет саму большую планету подбираться все ближе к звезде.
2. Когда планеты приблизились к своим звездам гораздо ближе, чем они были в начале своего пути, приливные силы звезды синхронизировали их и зафиксировали на новых местах. Эти силы, сопоставимые с приливными силами Солнца и Луны, способными поднимать воды земных океанов, синхронизировали периоды вращения планет с их периодами обращения, что и произошло с Луной под влиянием приливных сил Земли. Это также не дало планетам приблизиться к своим звездам еще ближе – по вполне обоснованным причинам, на которых мы тут не будем задерживаться.
3. Предположительно, это совершенно произвольная удача, что одни планетные системы образовались с большим количеством материала, что впоследствии сделало возможной планетную миграцию, а другие – как наша с вами – оказались относительно скудны на космические останки, и потому их планеты остались на тех же расстояниях от своей звезды, где они когда-то и сформировались. В случае с планетами вокруг 55 Рака вполне возможно, что все три ушли очень далеко «вперед» (то есть приблизились к звезде), и тогда самая удаленная планета вполне могла сформироваться на расстоянии от звезды в несколько раз большем, чем сейчас. А может быть и такое, что вследствие распространения материала в окружении этих трех планет первые две основательно переместились поближе к звезде, в то время как третья так и осталась где была.
Астрофизикам, мягко говоря, предстоит еще очень много работы, прежде чем они смогут с полной уверенностью заявить, что поняли досконально, как вокруг звезд образуются планетные системы. Пока охотники за экзопланетами продолжают работу в надежде когда-нибудь найти двойника Земли – планету, похожую на Землю размером, массой и расстоянием от своей звезды, на котором вращается эта планета. Когда и если они такую планету найдут, они будут стремиться изучить ее – даже с расстояния десятков световых лет – как можно точнее, чтобы определить, есть ли на такой планете атмосфера и океаны, подобные земным, и существует ли на ней жизнь, как на нашей планете.
Следуя за этой мечтой, астрофизики знают, что им понадобятся измерительные инструменты, которые будут расположены над нашей атмосферой, искажающей получаемые картинки и не дающей делать исключительно точных замеров и вычислений. В рамках одного эксперимента NASA под названием «миссия Кеплера» ученые планируют изучить сотни тысяч близлежащих звезд в поисках самых крошечных неровностей в звездном излучении (где-то с одну сотую одного процента), причиной которых была бы планета размером с Землю, расположенная на нашем луче зрения к звезде. Такой подход актуален только в ничтожно малом количестве ситуации, в которых наш обзор почти полностью соответствует плоскости орбиты планеты. Но именно в таких случаях промежуток между прохождениями планеты равен ее периоду обращения, что, в свою очередь, указывает на расстояние от этой планеты до ее звезды, и, соответственно, степень ослабления звездного излучения также указывает на размер этой планеты.
Однако, если мы хотим знать не только базовые физические характеристики планеты, нам следует изучать ее с помощью методов прямого изображения и анализа спектра света, который планета отражает в окружающий ее космос. NASA и ESA[56]56
European Space Agency – Европейское космическое агентство.
[Закрыть] разрабатывают программы, которые позволят достигнуть таких результатов в ближайшие 20 лет. Планета земного типа, обнаруженная даже просто в качестве бледно-голубой точки[57]57
В оригинале – pale blue dot. Это знаменитая метафора Карла Сагана, которая чаще переводится на русский язык как «голубое пятнышко».
[Закрыть] рядом с гораздо более яркой звездой, сможет вдохновить еще целое поколение поэтов, физиков и политиков. Если удастся проанализировать отражаемый ею свет и таким образом определить, есть ли в атмосфере этой планеты кислород (что с большой вероятностью указывает на признаки жизни) сочетание кислорода с метаном (что почти напрямую указывает на них), это станет достижением, достойным быть воспетым бардами всего мира. Человечество, возведенное в герои, останется лицом к лицу (как писал Ф. Скотт Фитцджеральд в своем «Великом Гэтсби») с чем-то соразмерным своей человеческой любознательности. Что ж, приглашаем всех, кто мечтает обнаружить жизнь в других уголках Вселенной, перейти к последней части этой книги.
Часть V
Возникновение жизни
Глава 14
Жизнь во Вселенной
Наши исследования Вселенной привели нас, как и следовало ожидать, к самой заповедной и, пожалуй, самой великой тайне на свете – возникновению жизни и в особенности тех ее форм, с которыми нам когда-нибудь, возможно, доведется наладить общение. Веками человек задумывался о том, каким образом он мог бы отыскать в космосе других разумных существ и, если повезет, вступить с ними в диалог – хотя бы ненадолго, прежде чем кануть в историю. Возможно, ключевые подсказки, которые помогут нам разрешить эту загадку, кроются в космических следах наших собственных истоков, содержащих в себе некоторую информацию о происхождении планеты Земля как одной из планет Солнечной системы, о происхождении звезд, дающих для жизни энергию, и о происхождении и эволюции самой Вселенной как таковой.
Если бы мы могли досконально изучить эти следы до мельчайших подробностей, они показали бы нам, как пройти путь от глобального космического контекста к самому малому, от бескрайнего космоса до отдельных его участков, в которых расцветает и развивается жизнь в самых разных своих проявлениях. Если бы мы могли сравнить между собой разные формы жизни, сформировавшиеся в разных обстоятельствах, мы могли бы лучше понять правила, по которым зарождается жизнь, как в самом широком смысле, так и в конкретных космических ситуациях. Сегодня нам известна лишь одна форма жизни – земная, и все ее виды имеют общие истоки и задействуют молекулы ДНК в качестве фундаментального механизма воспроизводства. Это лишает нас огромного количества альтернативных примеров жизненных форм, отодвигая в неопределенное будущее возможность провести масштабные исследования форм жизни во Вселенной, ведь такого исследования не начать, пока мы не обнаружим жизнь где-либо за пределами своей планеты.
Конечно, все могло быть и хуже. Мы очень многое знаем об истории жизни на нашей планете, и мы должны опираться на эти знания, чтобы вывести некие базовые принципы, касающиеся жизни во Вселенной в целом. Ровно в той степени, в которой на эти принципы можно положиться, они рассказывают нам, когда и где Вселенная обеспечивает или обеспечивала базовые условия для возникновения жизни. При всех своих попытках представить себе жизнь в других мирах мы должны удерживаться от соблазна попасть в ловушку так называемого антропоморфного образа мышления – нашей естественной склонности искренне считать, что внеземные формы жизни должны быть похожи на нашу. Это весьма характерное для человека отношение к данному вопросу:, обусловленное нашим эволюционным и личным опытом здесь, на Земле, ограничивает наше воображение, когда мы пытаемся представить себе, какие формы может принимать внеземная жизнь в других мирах. Только биологи, хорошо знакомые с изумительным по структуре и внешним признакам разнообразием многочисленных форм земной жизни, могут с уверенностью строить теории о том, как могли бы выглядеть инопланетные существа. Их странность с точки зрения нашего восприятия почти наверняка окажется за пределами воображения обывателя.
Возможно, через год или век, а может, и еще намного позже мы либо обнаружим жизнь за пределами Земли, либо наберем достаточно данных того, чтобы прийти к заключению (как склонны верить некоторые ученые) о том, что жизнь на нашей планете – это уникальное явление в галактике Млечный Путь. На данный момент скудность информации на эту тему позволяет нам рассматривать огромное количество возможностей. Так, мы можем найти жизнь на нескольких разных объектах Солнечной системы, что будет означать, что она, вполне вероятно, существует и в миллиардах подобных планетных систем нашей галактики. Или мы можем обнаружить, что в пределах нашей Солнечной системы жизнь есть лишь на Земле, что тем не менее оставит открытым вопрос о возможном существовании жизни вокруг других звезд. Или мы в итоге убедимся, что жизни в других планетных системах точно нет, как бы далеко в космос мы ни пытались заглянуть. В поисках жизни во Вселенной, как и в любой другой деятельности, оптимизм зиждется на положительных результатах, в то время как отрицательные заключения, как правило, порождают пессимизм. Наиболее свежая информация, позволяющая делать новые ставки на обнаружение жизни за пределами Земли, – а именно, обнаружение планет, вращающихся на орбитах вокруг соседних с Солнцем звезд, – склоняет нас к оптимистичному выводу, что жизнь в галактике Млечный Путь может все же оказаться широко распространенной. Тем не менее, прежде чем данное предположение можно будет понемногу возвести в статус положительного утверждения, нам предстоит разрешить еще множество задач. Например, если окажется, что при всем своем изобилии почти все планеты непригодны для зарождения жизни, пессимистичный взгляд на наличие – точнее, отсутствие – инопланетной жизни может оказаться более реалистичным.
Ученые, изучающие возможности существования инопланетной жизни, часто прибегают к формуле Дрейка, названной в честь своего автора Фрэнка Дрейка, американского астронома, который представил ее в начале 1960-х годов. Формула Дрейка представляет собой скорее полезную концепцию, чем непреложную истину о том, как работает физическая Вселенная. Эта формула систематизирует наши знания и наше незнание, представляя столь интересующее нас число – количество мест, где в данный момент в нашей галактике существует разумная жизнь, – в виде ряда параметров, каждый из которых описывает некое необходимое условие формирования разумной жизни. В число этих параметров входят:
♦ количество звезд в галактике Млечный Путь, которые живут достаточно долго для того, чтобы разумной жизни хватило времени сформироваться на планетах, вращающихся вокруг этих звезд;
♦ среднее число планет на орбитах этих звезд;
♦ доля среди них тех планет, на которых сформировались подходящие для жизни условия;
♦ вероятность, что жизнь сможет пойти на этих подходящих планетах полным ходом;
♦ вероятность, что жизнь на такой планете пройдет путь эволюции до разумной цивилизации. Под цивилизацией астрономы обычно подразумевают такие формы жизни, которые будут способны на контакт с нами.
Перемножив между собой все члены этого уравнения, мы получаем то число планет Млечного Пути, на которых когда-либо в истории в принципе существовали или существуют разумные цивилизации. Чтобы получить нужное нам число с помощью формулы Дрейка, то есть количество разумных цивилизаций, существующих в любое заданное время (например, в данный момент), нужно умножить полученное в предыдущем предложении число на шестой и последний параметр, отражающий отношение средней продолжительности существования разумной цивилизации к суммарному возрасту Млечного Пути (равному примерно 10 миллиардам лет).
Для определения каждого из шести членов формулы Дрейка требуются знания в области астрономии, биологии или социологии. Сейчас у нас есть примерные значения первых двух членов этого уравнения, и на получение удовлетворительного значения третьего вряд ли уйдет так уж много времени. С другой стороны, четвертый и пятый члены формулы – вероятность зарождения жизни на подходящей для этого планете и вероятность того, что эта жизнь пройдет весь путь вплоть до становления разумной цивилизации, – требуют от нас обнаружения и изучения различных форм инопланетной жизни по всей галактике. Сегодня любой из нас – не только эксперты – может почти с равным успехом просто угадать или не угадать фактические значения этих параметров. Например, какова вероятность того, что на планете, предлагающей подходящие для жизни условия, эта самая жизнь действительно зародится? Научный подход к этому вопросу однозначен: взять несколько планет с подходящими для жизни условиями, понаблюдать за ними на протяжении нескольких миллиардов лет и проверить, на скольких из них жизнь в итоге зародится. Любая попытка определить среднюю продолжительность жизненного цикла одной цивилизации в галактике Млечный Путь требует нескольких миллиардов лет наблюдений – и это только после того, как мы найдем несколько таких цивилизаций, которые и составят нашу репрезентативную выборку.
Вам не кажется, что это безнадежно? Возможность решить-таки формулу Дрейка лежит в далеком необозримом будущем, если только нам не повстречается цивилизация, которая уже давно решила ее сама и, возможно, использует в качестве точки замера. Но эта формула дает нам полезные наработки о том, что потребуется для того, чтобы оценить, сколько же цивилизаций есть в нашей Галактике сейчас. Шесть членов формулы Дрейка похожи друг на друга в плане своих математических функций, которые они выполняют в получении ее решения: каждый из них оказывает на результат прямое множащее воздействие. Если, к примеру, вы считаете, что на одной из трех планет, пригодных для жизни, собственно формируется эта жизнь, но потом узнаете, что их всего одна из 30, получится, что ваш прогноз превысил количество таких цивилизаций в десять раз (это предполагая, что значения всех остальных параметров корректны).
Исходя из того, что нам уже известно сегодня, первые три члена формулы Дрейка указывают на то, что в Млечном Пути существуют миллиарды потенциальных участков для существования жизни. Мы ограничиваемся пределами Млечного Пути из скромности, а также на основании соображений о том, что цивилизациям из соседних галактик будет в разы труднее выйти с нами на связь, как и нам с ними. Если хотите, можете развернуть дебаты о поиске смысла жизни и самой жизни со своими друзьями, родственниками и коллегами, в том числе о том, какие значения могут принимать оставшиеся три параметра. Выберите недостающие числа так, чтобы у каждого из вас появился свой собственный прогноз о количестве технологически подкованных цивилизаций нашей галактики. Если вы, например, верите, что жизнь зарождается на большинстве планет, предлагающих для этого подходящие условия, и что большинство таких зарождающихся цивилизаций становится в итоге разумными, вы можете прийти к выводу о том, что в какой-то момент времени на миллиардах планет галактики Млечный Путь существовала, существует и будет существовать разумная цивилизация. Если же вы вынуждены подытожить, что лишь на одной из тысячи планет создаются пригодные для жизни условия и что только на одной из тысячи таких пригодных планет может возникнуть разумная жизнь, у вас останутся только тысячи, но никак не миллиарды планет с разумными цивилизациями. Означает ли этот широчайший диапазон возможных ответов, что формула Дрейка – дикая и необузданная блажь, а не результат научных изысканий? Никак нет. Такой результат – всего лишь доказательство того титанического труда, который еще предстоит выполнить ученым ради того, чтобы достоверно ответить на столь сложный вопрос, основываясь на столь ограниченных познаниях.
Трудности, с которыми мы сталкиваемся при попытке наделить примерными значениями три последних члена формулы Дрейка, подчеркивают ту опасность, что поджидает нас каждый раз, когда мы позволяем себе делать грубые обобщения на основании одного-единственного примера – или не имея примера как такового вообще. Например, нам очень нужно оценить среднюю продолжительность жизни цивилизации в галактике Млечный Путь; но как это сделать, если мы не имеем ни малейшего понятия о том, как долго просуществует наша собственная цивилизация? Следует ли нам утратить всякую веру в свои догадки относительно значений этих чисел? Но это бы только акцентировало наше невежество, заодно лишая нас удовольствия воображать и обсуждать. Когда и если, в отсутствие конкретных данных или догмы, нам захочется порассуждать консервативно, наиболее безопасным будет предположение, что мы не являемся чем-то из ряда вон выходящим (хотя и это может в итоге оказаться в корне неверно). Астрофизики называют это предположение принципом Коперника, который еще в середине XVI века постановил Солнцу быть центром целой звездной системы, чем оно, как оказалось позднее, и является. До этого, несмотря на выраженную древнегреческим философом Аристархом мысль о гелиоцентрической Вселенной еще в III веке до н. э., идея космоса, центром которого является Земля, преобладала в умах и сердцах на протяжении последних двух тысячелетий. Зашифрованная в учениях Аристотеля и Птолемея, а также в проповедях Римско-католической церкви, эта догма заставила большинство европейцев верить в то, что центром всего мироздания является Земля. Должно быть, это выглядело более чем логично при взгляде на небо над головой – словно некий божественный умысел для нашей планеты. Даже сегодня огромный процент населения Земли – и вполне возможно, что подавляющее большинство, – продолжает считать так из-за того, что Земля кажется неподвижной, в то время как вокруг нас вращаются все небеса, вместе взятые.
Хотя у нас нет никаких гарантий того, что принцип Коперника задает нам верное направление в наших научных исследованиях, он все же играет роль полезного противовеса нашей естественной склонности к тому, чтобы считать себя особенными. Еще более важная его особенность заключается в том, что у этого принципа на сегодня исключительно блестящие исторические показатели, которые оставляют нас в скромном восхищении раз за разом: Земля – это не центр Солнечной системы, Солнечная система – не центр галактики Млечный Путь, а галактика Млечный Путь – отнюдь не центр Вселенной. А если кто-то думает, что быть с краю – тоже особенная позиция, так ведь мы и отнюдь не с самого краю находимся. Соответственно, взвешенный и современный выбор – это придерживаться уверенности в том, что жизнь на Земле следует принципу Николая Коперника. Раз так, то что же может подсказать нам жизнь на Земле – ее происхождение, компоненты и структура – о жизни в других уголках Вселенной?
Стремясь ответить на этот вопрос, мы должны пропустить через себя огромный и невероятно разнообразный объем биологической информации. Для каждой космической точки замера, полученной путем продолжительных наблюдений за объектами, расположенными на огромном расстоянии от нас, у нас есть тысячи фактов биологического характера. Разнообразие известных нам форм жизни поражает всех нас – и в особенности биологов – каждый день. На одной-единственной планете Земля одновременно существуют (помимо бессчетного количества других форм жизни) ряска, жуки, губки, медузы, змеи, кондоры и гигантские секвойи. Представьте себе эти семь организмов, выстроенные в торжественную линейку друг рядом с другом в порядке возрастания размера. Если бы вы не знали об этом заранее, вам было бы трудно поверить в то, что все они родом из одной и той же Вселенной, не говоря уж об одной и той же планете. Попробуйте описать змею кому-нибудь, кто никогда ее не видел: «Нет, ты должен мне поверить! Я только что видел это животное с планеты Земля, которое:
♦ отслеживает свою добычу с помощью инфракрасных биолокаторов;
♦ способно проглотить целиком другое животное, размером в пять раз превышающее размер его собственной головы;
♦ не имеет ни рук, ни ног, ни каких-либо еще конечностей;
♦ и в то же время способно скользить по земле практически так же быстро, как ты идешь!»
В сравнении с удивительным разнообразием жизни на Земле ограниченные видение и изобретательность голливудских сценаристов, пытающихся придумать альтернативные формы жизни, просто постыдны. Конечно, писатели и сценаристы, возможно, просто идут на поводу у широкой публики, которая предпочитает привычные ей ужасы и пришельцев по-настоящему неведомым формам жизни. Но за исключением нескольких выдающихся примеров вроде тех, что предлагали нам фильм «Капля» 1958 года или Стэнли Кубрик в своей картине «2001 год: Космическая одиссея», голливудские инопланетяне выглядят все как один на удивление человекоподобными. Какими бы страшными или милыми они ни были, почти у всех у них по два глаза, один нос, рот и два уха, голова, шея, плечи, рук и ладони, пальцы, туловище, две ноги и две ступни – и они умеют ходить. С анатомической точки зрения эти создания практически неотличимы от людей, а ведь предполагается, что они родом с других планет – плоды совершенно независимых от Земли эволюционных процессов. Более вопиющее нарушение принципа Коперника трудно себе вообразить.
Астробиология, изучающая возможности возникновения внеземной жизни, числится среди наиболее отвлеченных научных дисциплин современности, однако астробиологи могут с уверенностью утверждать, что жизнь в любой другой части Вселенной, разумная или не очень, будет наверняка выглядеть по меньшей мере столь же экзотично, как и некоторые из биологических видов планеты Земля, более того, она наверняка будет экзотичнее в разы. Когда мы прикидываем вероятность существования жизни где-либо еще в необъятном пространстве нашей Вселенной, мы должны приложить усилия для того, чтобы выбросить из головы навязанные Голливудом образы и стереотипы. Да, это будет непросто, но по-другому никак нельзя., если мы хотим оценить с научной, а не эмоциональной точки зрения свои шансы на обнаружение других существ, с которыми, возможно, мы когда-нибудь сможем сесть и спокойно поговорить.
