SETI: Поиск Внеземного Разума: читать начало книги онлайн

Еще один спутник, который привлекает ученых с точки зрения возможности существования на нем жизни, это Европа — один из 4 спутников Юпитера, обнаруженных еще Галилеем. Размер Европы около 3000 км; средняя плотность составляет 2,97 г/см³. Это указывает на то, что спутник в основном состоит из силикатных пород. Но его яркая блестящая поверхность, покрытая сетью темных трещин, образована водяным льдом. В начале 1990-х годов группа исследователей из Университета им. Дж. Хопкинса (США) под руководством Д. Холла обнаружила с помощью Космического телескопа «Хаббл» кислородную (!) атмосферу на Европе. Помимо Титана, из спутников планет более слабую атмосферу имеет еще Тритон, спутник Нептуна, и, наконец, совсем слабые следы атмосферы ранее были обнаружены у спутника Юпитера Ио и у нашей Луны. Таким образом, Европа стала пятым спутником в Солнечной системы, у которых имеется атмосфера. Платность ее очень мала, давление атмосферы у поверхности Европы в 100 млрд раз меньше, чем давление земной атмосферы, но все же оно в 10 раз превышает давление атмосферы у поверхности Луны. Однако самое удивительное состоит в том, что атмосфера Европы содержит кислород. Э то единственный спутник в Солнечной системе, имеющий кислородную атмосферу. А из планет кислородную атмосферу имеет только Земля. Почему это так важно?

Проблема состоит в том, что кислород не может долго находиться в свободном состоянии, он активно вступает в реакции с углеродо-содержащими газами, образуя двуокись углерода. Следовательно, на Европе, как и на Земле, должен существовать постоянный источник кислорода. На Земле таким источником является жизнедеятельность зеленых растений, вырабатывающих кислород в процессе фотосинтеза. А на Европе?

Ученые предполагают, что под поверхностью Европы, на глубине 100 км, имеется океан жидкой воды, поддерживаемый в незамерзающем состоянии за счет энергии приливов и радиоактивного распада. Заманчиво предположить, что в океане обитают какие-то формы жизни, вырабатывающие кислород, который через трещины в ледяной поверхности поступает в атмосферу. Нечто подобное имеет место в антарктических озерах. Однако достаточен ли световой поток от Солнца, достигающий Европы, чтобы обеспечить процесс фотосинтеза — это пока не ясно. С другой стороны, кислород может образовываться и без помощи зеленых растений — в процессе сублимации льда, т. е. образования водяного пара с последующей диссоциацией (распадом) молекулы Н₂О на водород и кислород. Можно ли установить, какой из процессов имеет место на самом деле? В принципе, это возможно, ибо изотопный состав кислорода, образуемого в этих процессах, различен, но такие исследования сопряжены с большими трудностями. Конечно, со временем они будут выполнены.

Возможно, на Европе нет жизни. Но если подповерхностный океан там действительно существует, то он может представлять собой потенциальный резервуар для пребиотической химии, что очень важно для изучения процесса происхождения жизни.

Еще одно важное открытие было сделано в 1990-х годах учеными из Палеонтологического института РАН — найдены следы микроорганизмов в метеоритах. При этом обнаружено морфологическое единство земных микроорганизмов (как современных, так и ископаемых) с микроорганизмами, найденными в метеоритах. По мнению одного из участников открытия, чл.-корр. РАН А. Ю. Розанова, можно сделать вывод, что жизнь на Земле не уникальна; в некоторых областях Вселенной она возникла раньше, чем на Земле, и могла быть занесена на Землю из Космоса; в тех или иных формах она может существовать и сейчас на других планетах Солнечной системы.

Если речь идет о простейших формах жизни, надо иметь в виду, что приспособительные возможности ее поразительны. На Земле простейшая жизнь обнаруживается в условиях очень низких и очень высоких температур, при наличии агрессивной химической среды; микроорганизмы живут в горячих источниках и в вечной мерзлоте. На многокилометровой глубине они обитают без воздуха и без солнечного света, извлекая все необходимое из окружающего вещества и используя внутреннее тепло Земли в качестве источника энергии. Может быть, это какие-то тупиковые формы жизни, не способные к дальнейшей эволюции. Но важно, что они сохраняются при подобных «неблагоприятных», с нашей точки зрения, условиях. А попав в более благоприятные — кто знает? — возможно, могут дать начало новой эволюции.

Анализируя возможности жизни на планетах Солнечной системы, мы все время имели в виду земную жизнь, ориентировались на нее, иногда позволяя себе отступление от этого «стандарта» (но не выходя за пределы молекулярной жизни). Насколько справедливы такие ограничения? Все дело в том, что мы просто ничего не знаем о других формах жизни и поэтому, стремясь сохранить твердую почву под ногами, ориентируемся на земную жизнь. Надо сказать, что наши предшественники в этом отношении чувствовали себя более свободно. Мы уже отмечали выше (см. § 4.1), что в прошлом веке господствовало убеждение не только в существовании жизни на других планетных системах, но и в обитаемости планет нашей Солнечной системы. Между тем, физические условия на планетах в первом приближении были уже в то время известны и было ясно, что они не благоприятны для земной жизни. Понимая это, ученые полагали, это на других планетах жизнь должна приспособиться к условиям своего мира. «Живые существа, — писал Фламмарион, — с самого начала как по форме, так и по своей организации, были строго приспособлены к физиологическим условиям обитаемых миров и находились в тесных взаимоотношениях с ними. Люди, населяющие другие миры, отличаются от обитателей Земли как по своей внутренней организации, так и по своему наружному, физическому строению»[239]. Ту же мысль подчеркивал и П. Лаплас. «Человек, созданный для земной температуры, — писал он, — судя но всем признакам, не мог бы жить на другой планете. Но разве нельзя допустить, что есть бесчисленные количества существ, приспособленных к различным температурам небесных тел?»[240] По-видимому, и Лаплас, и Фламмарион допускали существование иных форм жизни, кроме земной, но они не высказывали никаких конкретных соображений о возможной природе внеземной жизни, если не считать замечания Фламмариона о том, что «обитатели высших миров» обладают «более эфирной организацией»[241]. Это замечание перекликается с представлениями К. Э. Циолковского о формах жизни, построенных на основе более тонкой материи, и о лучистом человечестве, а также с идеями В. П. Казначеева о «полевой» жизни.

Но если жизнь адаптируется к самым разнообразным условиям на планетах, то почему она не может приспособиться к условиям межпланетной или межзвездной среды? В этой связи представляет интерес гипотеза Ф. Хойла и Ч. Викрамасинга, согласно которой известная полоса поглощения в спектре галактических источников в области 3 мкм, которая, как считалось, вызывается частицами льда в межзвездной среде, на самом деле обусловлена поглощением света бактериями, находящимися в межзвездной среде. Основанием для такой гипотезы послужило гораздо лучшее совпадение наблюдаемого профиля полосы поглощения с профилем, обусловленным бактериями. Если это так, то значительная доля межзвездной пыли, до 80 %, состоит из бактерий. Хотя большинство специалистов относятся к этой гипотезе скептически, се не следует сбрасывать со счета, во всяком случае она даст новую пищу для теории панспермии.

Более радикальный вопрос: могут ли существовать в межзвездной среде сложные формы жизни, вплоть до мыслящих существ? Фримен Дайсон, один из крупнейших современных физиков-теоретиков, вполне допускает такую возможность. Более того, он считает, что межзвездная среда создаст даже лучшие условия для жизни. Эти идеи Дайсон развивает в статье «Будущее воли и будущее судьбы» (Природа. 1982. № 8. С. 60-70 ).

Следуя этому пути, Дайсон развил теорию жизни Вселенной (космическую экологию, как он ее называет). В количественной форме, с уравнениями и численными оценками, она была опубликована в журнале «Reviews of Modern Physics»[246], основные идеи ее изложены в упомянутой статье «Будущее воли и будущее судьбы». Дайсон исходит из двух гипотез: гипотезы абстрактности и гипотезы адаптивности, которые в его теории играют ту же роль, что первое и второе начало в термодинамике. Гипотеза абстракции утверждает, что сущность жизни связана с организацией, а не с субстанцией. Поэтому конкретная субстанция жизни (водно-углеродная жизнь или иная) имеет второстепенное, частное значение. Можно представить себе, например, жизнь, независимую от плоти и крови и воплощенную в системах сверхпроводящих контуров или в системах межзвездных пылевых облаков. Гипотеза адаптивности утверждает, что при наличии достаточного времени жизнь может приспособиться к любой окружающей среде. Она может освоиться в любом уголке Вселенной, так же как освоилась повсюду на нашей Земле. Эти гипотезы принимаются в качестве постулатов. Главная теорема космической экологии Дайсона гласит, что скорость метаболизма в живом организме и, следовательно, расход энергии изменяется пропорционально квадрату температуры окружающей среды. Отсюда следует, что более холодная среда благоприятнее для жизни, чем горячая. Это связано с тем, что жизнь, в конечном итоге, есть упорядоченная форма вещества, а низкая температура способствует упорядоченности. Поскольку жизнь связана с функционированием управляющих систем, она не столько зависит от количества получаемой энергии, как обычно полагают, сколько от информации, т. е. отношения сигнал/шум. Чем холоднее среда, тем ниже уровень шума, гем экономнее жизнь расходует свою энергию. В этом смысле межзвездная среда наиболее благоприятна для жизни.

В открытой модели Вселенной расширение продолжается неограниченно долго, температура окружающей среды непрерывно падает и, соответственно, пропорционально Т2 уменьшается скорость энергетического обмена. При этом условия для упорядоченности будут улучшаться. В такой Вселенной жизнь может существовать вечно. Конечно, по мере падения температуры пульс жизни будет биться все медленнее и медленнее, но он никогда не остановится.

В невообразимо далеком будущем, через 10³³ лет после начала расширения Вселенной, все вещество из-за распада протонов перейдет в электрон-позитронную плазму (см. п. 2.2.5). Это может вызвать кризисную ситуацию для жизни, но такая ситуация, по мнению Дайсона, не будет безнадежной. Если принцип абстрактности и адаптивности справедлив, то жизнь должна приспособиться к новым условиям. В конце концов, «невещественная» плазма, считает Дайсон, может столь же хорошо служить носителем структур мысли, как и известное нам вещество. (Ср. также замечание И. Д. Новикова, цитированное нами на с. 287.)

Дайсон обращает внимание на то, что развитие Вселенной с момента ее зарождения выглядит, как непрерывная последовательность нарушения симметрии. В момент возникновения в грандиозном взрыве Вселенная абсолютно симметрична и однородна, но по мере остывания в ней нарушается одна симметрия за другой и возникает все большее и большее разнообразие структур. Феномен жизни естественно вписывается в эту картину, ибо жизнь — это тоже нарушение симметрии. Нарушение симметрии приводит к росту многообразия. Развитие самой жизни сопровождается дальнейшей дифференциацией и ростом многообразия. «Я думаю, — пишет Дайсон, — и нашей Вселенной, и жизни присуще то, что процесс увеличения многообразия не имеет конца».

Но это справедливо лишь для открытой модели. В закрытой Вселенной расширение на определенном этапе сменяется сжатием. На смену дифференциации приходит процесс интеграции, возвращение утраченной симметрии. Когда Вселенная сожмется в сингулярное состояние, она вновь обретет абсолютную симметрию и однородность. Никакие упорядоченные физические структуры в таком состоянии невозможны. Это будет означать огненную смерть для любой формы жизни, построенной из физической материи. И лишь более тонкие формы жизни, лежащие за пределами физического вакуума, смогут пережить эту катастрофу, аккумулируя накопленный опыт для нового цикла манифестации Вселенной.

Итак, природа и формы внеземной жизни, как и среда ее обитания, могут быть очень разнообразны. В плане SETI нас интересуют сообщества разумных существ, с которыми мы могли бы вступать в контакт. Чтобы оценить, насколько успешны могут быть наши поиски, надо иметь представление о распространенности подобных сообществ во Вселенной. К этому вопросу мы теперь и переходим.

4.3. Сколько цивилизаций во Вселенной?

Относительно распространенности космических цивилизаций среди ученых нет единого мнения. Существуют две противоположные точки зрения. Согласно одной из них, жизнь и разум — это обычные явления в Космосе, имеется множество обитаемых миров, с которыми человечество может попытаться вступить в контакт. Согласно другой точке зрения, жизнь, а тем более разум — крайне редкое, исключительное явление во Вселенной, так что наша цивилизация, возможно, представлена лишь в «единственном экземпляре».

Каковы аргументы в пользу широкой распространенности космических цивилизаций? В общих чертах они сводятся к следующему. В настоящее время астрономическими наблюдениями охвачена область пространства радиусом несколько миллиардов световых лет, в которой находятся 10¹⁰ галактик или 10²¹ звезд. Все данные современной астрономии показывают, что в пределах наблюдаемой области Вселенной справедливы основные законы физики; повсюду наблюдается одинаковый в среднем химический состав. Наше Солнце — рядовая звезда в рядовой галактике. Нельзя указать ни одного существенного физико-химического параметра, который бы позволял выделить Солнечную систему среди множества звезд в наблюдаемой области Вселенной. Было бы крайне удивительно, если бы среди этого гигантского количества звезд[247] только около одной из них, ничем не примечательной звезды — нашего Солнца — могла возникнуть жизнь и развиться разум. Эти аргументы, по сути, аналогичны тем, которые приводились и в прошлые века, начиная с глубокой древности (см. § 4.1). Дополнительно для обоснования этой точки зрения привлекаются такие соображения: 1) согласно современным космогоническим представлениям, возникновение звезд сопровождается возникновением планетных систем; 2) только в нашей Галактике (не говоря уже о всей видимой Вселенной) содержатся сотни миллиардов звезд, из которых около 10% подобны Солнцу, таким образом, имеются десятки миллиардов звезд, которые являются подходящими кандидатами на наличие у них планетных систем; на некоторых из этих планет могут возникать условия, благоприятные для зарождения жизни; 3) если заданы благоприятные условия и имеется достаточно времени, то на такой планете с неизбежностью должна возникнуть жизнь, первоначально, разумеется, в самых простейших формах; 4) как показывает опыт Земли, за несколько миллиардов лет жизнь становится достаточно сложной, и если не во всех, то в значительном числе случаев она должна подойти к развитию разума, культуры, цивилизации.

Сторонники уникальности нашей цивилизации обычно подчеркивают чрезвычайную сложность процесса происхождения жизни, необходимость совпадения целого ряда благоприятных обстоятельств, что является весьма мало вероятным. С этой точки зрения, происхождение жизни (не говоря уже о разуме) — чудо, так что нашей Земле просто «повезло». С другой стороны, приводятся аргументы, связанные с отсутствием во Вселенной «видимых следов» высокоразвитых цивилизаций.

Мы обсудим эти аргументы в следующих параграфах, а сейчас подчеркнем, что приведенные соображения, как «за» так и «против», носят качественный характер. Для проблемы SETI этого недостаточно. При планировании экспериментов, например, по обнаружению радиосигналов, надо знать, на какую дальность обнаружения мы можем рассчитывать. А для этого надо знать расстояние между цивилизациями. Обнаружение астроинженерной деятельности и возможности прямых контактов также зависят от расстояния между цивилизациями. Как определить это расстояние? Пусть N∗ — полное число звезд в Галактике, d∗ — среднее расстояние между ними, Nc — число цивилизаций в Галактике; тогда среднее расстояние d между цивилизациями равно

d = d∗(N∗/Nc)1/3. (4.1)

Таким образом, чтобы оценить расстояние между цивилизациями и вытекающую отсюда минимально необходимую дальность обнаружения, надо иметь хотя бы грубую количественную оценку числа цивилизаций. Эго принципиальный момент: SETI требует перейти от чисто умозрительных рассуждений о множественности обитаемых миров к количественным оценкам числа внеземных цивилизаций.

Следует уточнить — какие цивилизации мы ищем. В плане SETI представляют интерес только те цивилизации, которые обладают хотя бы потенциальной способностью к контакту. Такие цивилизации мы будем называть коммуникативными. При этом контакт понимается здесь в широком смысле: это не обязательно обмен радиосигналами, но и, например, обнаружение ВЦ по ее астроинженерной деятельности. Поэтому цивилизация, не посылающая никаких сигналов, но активно занимающаяся астроинженерией, также относится к числу коммуникативных. Разумеется, после возникновения коммуникативной цивилизации она не сразу приобретет способность к контакту, для этого требуется пройти определенный период развития. А приобретя такую способность, она утрачивает ее со временем. Это может произойти вследствие гибели цивилизации, потери интереса к передаче сигналов, прекращения астроинженерной деятельности или по каким-либо другим причинам. Время, в течение которого сохраняется способность к контакту, назовем коммуникативной фазой. Нас будут интересовать цивилизации, находящиеся в данный момент[248] (одновременно с нами) в коммуникативной фазе. Определим число таких цивилизаций.

4.3.1. Формула Дрейка.

Одна из первых формул для подсчета числа цивилизаций была предложена в начале 1960-х годов Дрейком:

Nc(T) = R∗fsL. (4.2)

В этой формуле Nc— число цивилизаций, существующих в Галактике в момент Т (время Т отсчитывается от образования Галактики); R∗— средняя скорость звездообразования: число звезд, возникающих в Галактике в единицу времени; fs — фактор выборки, представляющий собой долю из числа звезд, образующихся за время от 0 до Т, которых развиваются коммуникативные цивилизации; L — среднее время жизни коммуникативных цивилизаций. Произведение R∗fs дает скорость образования коммуникативных цивилизаций. Если теперь умножить эту величину на L, то получим число коммуникативных цивилизаций, одновременно существующих в момент Т. Чтобы получить число цивилизаций, находящихся в момент Т в коммуникативной фазе, надо ту же величину R∗fs умножить на среднюю длительность коммуникативной фазы τс . В формуле Дрейка используется среднее время жизни L, но при этом неявно предполагается, что длительность коммуникативной фазы равна времени жизни цивилизаций. Это не совсем точно; тем не менее, мы будем использовать формулу Дрейка (4.2), но будем помнить, что под временем жизни коммуникативной цивилизации следует понимать, именно, длительность коммуникативной фазы. Тогда Nc(T) дает число коммуникативных цивилизаций, находящихся одновременно с нами в коммуникативной фазе.

Так как средняя скорость звездообразования R∗ = Nc/T то формулу (4.2) можно записать в виде

Nc(T) = N∗fsL/T. (4.3)

Произведение N∗fs определяет число коммуникативных цивилизаций, возникающих в Галактике за время от 0 до T, а величина L/T представляет собой вероятность того, что любая наугад взятая из этих цивилизаций находится в момент Т в коммуникативной фазе.

[239] Фламмарион К. Жители звезд и многочисленность обитаемых миров. — М., 1909. С. 175.

[240] Там же. С. 37.

[241] Там же. С. 197.

[246] Dyson F. // Rev. Mod. Phys. 1979. V. 51. P. 447.

[247] Большие числа, как правило, не осознаются, мы теряем представление о реальном масштабе выражаемых ими величин еще на дальних подступах к этим величинам. Можно попытаться «ощутить» величину больших чисел с помощью сравнении. Как представить себе величину 1021 звезд? Если бы мы попытались пересчитать все звезды, начав счет в момент рождения Земли, то при скорости счета 1 звезда в секунду к настоящему времени выполнили бы лишь 0,01 % работы. Применив быстродействующий компьютер, мы могли бы не только сосчитать все звезды, по и напечатать полный каталог звезд. Если на каждую звезду в таком каталоге отвеет по одной строчке (обозначение звезды, координаты и т. д.), то потребуется 1016 увесистых томов (по 1000 стр. в каждом томе). Поставленные в ряд на одну полку, они протянулись бы на расстояние 1015 см, или 100 а. е., т. е. далеко за пределы орбиты Плутона, к самым границам Солнечной системы.

[248] В данный момент, разумеется, с учетом запаздывания сигнала: когда мы принимаем сигнал, цивилизация может уже не существовать, но она должна была находиться в коммуникативной фазе, когда отправляла сигнал, принятый нами сегодня.