Все эти миры - ваши. Научные поиски внеземной жизни - Джон Уиллис

Ответ «через 100 лет» — гораздо более многообещающий. Это величина того же порядка, что и продолжительность человеческой жизни. За это время можно спроектировать и соорудить беспилотный космический аппарат для полета к Юпитеру или Сатурну, дождаться осуществления его миссии и осмыслить полученные результаты. За это время можно построить следующее поколение гигантских телескопов, которые позволят исследовать состав атмосферы далеких экзопланет (уже сейчас строятся телескопы с диаметром зеркала более 30 м). Через сотню лет эта цель вполне достижима, если мы сумеем выполнить несколько важных условий: первое — мы должны принимать только взвешенные решения, второе — нам необходимо проявлять настойчивость и, наконец, третье — нам должна сопутствовать удача (мы еще увидим, насколько велика ее роль в подобных делах).

После открытия множества новых планет, обращающихся вокруг далеких звезд, и начала широкомасштабного обследования планет Солнечной системы, в котором задействована целая армия космических зондов, мы оказались на пороге революции, которая сулит нам столь же волнующие открытия, как и начало применения телескопа в астрономии. Наши познания расширяются потрясающими темпами, однако в отсутствие каких-либо убедительных доказательств обнаружения жизни они остаются неполными.

Цель этой книги — убедительно показать, что современной астробиологии следует сконцентрироваться на пяти наиболее правдоподобных сценариях обнаружения внеземной жизни. Почему именно пяти, может последовать вопрос. Главным образом потому, что «правдоподобный» — это не совсем то же самое, что «вероятный». Если бы я старался убедить вас, что существует одно конкретное направление, одна планета или спутник, где мы с наибольшей вероятностью можем обнаружить жизнь, то это было бы скорее пиаром, чем наукой. С другой стороны, если бы я представил исчерпывающий список вариантов поиска внеземной жизни, то это шло бы вразрез с реальной жизнью, поскольку в действительности мы можем финансировать лишь небольшое число научных проектов. Поэтому, сосредоточившись на пяти сценариях обнаружения жизни в космосе, мы сможем соблюсти баланс между этими двумя крайностями.

Тот факт, что сегодня мы способны рассуждать о том, какие типы живых организмов можно обнаружить в тех или иных местах во Вселенной, — свидетельство огромного прогресса, который произошел в астробиологии за последние 20 лет. Имеют ли под собой такие рассуждения какую-либо реальную основу или это просто научная фантастика? Чтобы ответить на эти вопросы, стоит напомнить, что в любом научном эксперименте заключена значительная доля предположений: если вы точно знаете, чего ожидать, то зачем проводить эксперименты? Предположения, изложенные в данной книге, практически ничем не отличаются от тех, которые выдвигает команда ученых, планирующих космическую экспедицию к другим планетам.

Команда НАСА, которая готовила высадку марсохода «Кьюриосити» на Марс в августе 2012 г., не знала, что́ именно они там найдут. Предыдущие миссии обнаружили множество косвенных признаков того, что геологическое строение поверхности планеты сформировалось под воздействием жидкой воды. «Кьюриосити» был снабжен набором инструментов, которые позволяли проводить дальнейшие расширение наших познаний о Марсе, накопленных ранее. В будущем новые, пока еще не запланированные экспедиции будут искать признаки органической жизни в заранее определенных местах, пригодных для ее обитания. Если миссия будет беспилотной, специалистам придется заранее задуматься над тем, какие формы жизни могут встретиться, чтобы запланировать эксперименты для их обнаружения. Если предположения окажутся обоснованными (и жизнь существует), то шансы на успех могут быть весьма значительны. Если же их рассуждения окажутся ошибочными или жизни не существует (или же им просто не повезет), то им грозит разочарование.

Мы исходим из того, что у нас имеется достаточно (по крайней мере, для пяти сценариев поиска жизни) научного опыта, позволяющего делать обоснованные предположения о том, какую именно жизнь у нас есть шанс обнаружить. При этом, конечно, остается значительная доля неопределенности, но это как раз самое интересное. Мы вольны в своих решениях, какими бы они ни оказались — правильными или ошибочными, обоснованными или непродуманными, но от них зависит, что нас ждет в будущем — успех или поражение. Лучше всего это сформулировали Филип Моррисон и Джузеппе Коккони, которые в 1959 г. призвали научное сообщество начать поиски внеземного разума: «Трудно оценить, какова вероятность успеха, но, если вообще не искать, то эта вероятность заведомо будет равной нулю».

Свойства Вселенной предоставляют нам почти буквально бесконечный простор для рассуждений о возможности существования инопланетной жизни. Как возраст и размер Вселенной влияют на поиски жизни? Откуда взялись на Земле элементы, необходимые для существования живых существ, и встречаются ли эти элементы где-либо еще, кроме нашей планеты? На каком этапе существования Вселенной в ней зародилась жизнь? Если бы Солнечная система сформировалась гораздо раньше, образовалась бы наша Земля? Возникла бы на ней жизнь? И где именно во Вселенной мы можем вести поиски жизни: в ближайшем звездном окружении, в Галактике, во всей Вселенной?

Насколько велика Вселенная? Существовала ли она вечно или только определенный промежуток времени? Ответы на эти вопросы можно отыскать в небе над нашими головами. Случалось ли вам, глядя в ночное небо, задумываться не о звездах и галактиках, а о том, почему небо между ними — черное? Вопрос о том, почему ночное небо черное, часто называют парадоксом Ольберса, и, если рассмотреть этот парадокс детально, а потом с помощью современной космологии собрать все его детали вместе, нам откроются основополагающие принципы устройства Вселенной. Если говорить упрощенно, то Вселенная не имеет пределов в пространстве. Она безгранична. Однако она зародилась в определенный момент времени, и, следовательно, у нее есть возраст. С учетом того, что скорость распространения света конечна, все вместе это означает, что в данный момент мы видим лишь ограниченную часть Вселенной, свет из которой успел до нас дойти. Граница, отделяющая ту часть Вселенной, которую можно увидеть, от области, недоступной наблюдателю, называется космологическим горизонтом.

На этом месте читатель вправе потребовать более подробных объяснений, без перескакивания с предмета на предмет. Каким же образом темнота ночного неба может навести на мысль о конечном возрасте существования наблюдаемой Вселенной? Генрих Ольберс (1758–1840) и его современники полагали, что Вселенная бесконечна в пространстве и звезды распределены равномерно по всем ее частям. В каком бы направлении мы ни смотрели на небо, в любой его точке наш взгляд должен встречать звезду. Некоторые из этих звезд будут дальше от нас, некоторые ближе, но, если бы Вселенная существовала бесконечно, мы могли бы увидеть все звезды сразу.

Но ведь более отдаленные звезды должны светить слабее? Совершенно верно. Это важное замечание, и оно поднимает вопрос о том, как астрономы объясняют тот факт, что чем дальше от нас расположен объект, тем он тусклее. Для объяснения этого явления воспользуемся понятием поверхностной яркости звезды, которое можно определить как отношение светимости звезды к ее видимому размеру. Представим, что все звезды имеют ту же поверхностную яркость, что и Солнце. Угловой размер Солнца составляет около половины градуса. Если умножить поверхностную яркость Солнца на его угловой размер, то мы получим суммарную яркость нашего светила. Если мы удалимся от Солнца на значительное расстояние, его яркость останется прежней, но угловой размер уменьшится. Чем дальше от нас находятся предметы, тем меньше они нам кажутся. Очень удаленные звезды обладают такой же поверхностной яркостью, что и ближние, просто они кажутся нам гораздо меньше и поэтому светят тусклее. Но что, если в любом направлении, куда бы мы ни посмотрели, наш взгляд утыкается в звезду и все эти звезды обладают одинаковой поверхностной яркостью? В этом случае маленький видимый размер удаленных звезд уже не будет иметь значения. Если все маленькие круги, которые представляют собой звездные диски, перекрываются, тогда поверхностная яркость неба в этом направлении будет такая же, как поверхностная яркость каждой отдельной звезды. Небо будет таким же ярким, как одна большая звезда.