Поиски жизни во Вселенной
Как обычно, в первый понедельник месяца выпуск передачи «Наука и Техника» посвящен вопросам аэронавтики и космоплавания. На этот раз речь пойдет о поисках внеземной жизни. Вопрос одни ли мы во Вселенной давно занимает ученых. Однако поиски внеземных цивилизаций можно сравнить разве что с поисками иголки в стогу сена. Число небесных тел бесконечно велико, в то время как, стоящие в распоряжении исследователей время и ресурсы, ограничены. Поэтому главный вопрос состоит в том, где конкретно искать. Три года назад Маргарет Тёрнбал (Margaret Turnbull) из Института Карнеги в Вашингтоне опубликовала каталог "обитаемых звездных систем", в который вошли 17 тысяч 129 светил. Теперь она решила радикально сузить круг кандидатов и отобрала наиболее благоприятные для возникновения жизни солнца.
Все это относительно недалекие от нас звезды. Отбор проводился по нескольким критериям, но, в общем-то, за "образец" было взято наше Солнце. В горячую пятерку вошли звезды, возраст которых составляет как минимум 3 миллиарда лет. Этого времени должно хватить для формирования системы планет, а также для зарождения и развития жизни хотя бы на одной из них. Вторым критерием стало содержание металла. Если металла мало, то в окрестностях звезды нет достаточно количества тяжелых элементов для формирования планеты земного типа. Кроме того, из числа кандидатов были исключены красные гиганты и белых карлики.
Главное в моей работе было определить, на какие звезды стоит обратить внимание, а на какие нет. Звезд на небе великое множество, но, мы физически не можем рассмотреть все кандидатуры.
Эксперты полагают, что с наибольшей степенью вероятности жизнь могла бы зародиться на планете, напоминающей Землю. И эта, так сказать, вторая Земля должна вращаться по соответствующей орбите вокруг звезды, напоминающей наше Солнце.
Одно из основных условий для возникновения жизни – это наличие воды в жидком виде. Если планета отстоит далеко от своего светила, то климат на ней слишком холодный, вода превращается в лед и жизнь там появиться не может. Рассмотрим другой вариант: планета вращается слишком близко от материнской звезды, раскаленные лучи солнца сильно нагревают ее поверхность, вода испаряется, и жизнь опять-таки возникнуть не может. Однако вокруг каждого светила существует зона, особо благоприятная для обитания. Она расположена не слишком далеко и не слишком близко от звезды. Только в том случае, если планета земного типа вращается по орбите, расположенной в такой зоне, можно надеется, что там возникнет жизнь.
Еще один критерий – время. На Земле прошло 4 миллиарда лет, прежде чем там появилась разумная жизнь, которая теперь взялась за поиски братьев по разуму во вселенной.
Развитая цивилизация не может возникнуть на пустом месте и в одночасье. Поэтому я исключила из моего списка все молодые звезды. Пришлось вычеркнуть также те светила, вокруг которых, вследствие гравитационного воздействия других небесных тел, не смогла образоваться стабильная и пригодная для обитания зона.
Вооружившись этими критериями, Маргарет Тёрнбал приступила к анализу звездного неба.
Для начала я отбросила все звезды, свет которых колеблется. Затем вычеркнула все молодые светила, возраст которых не превышает трех миллиардов лет. Это минимальный срок для возникновения разумной жизни. После этого пришла очередь сверх тяжелых звезд, масса которых более чем в полтора раза превышает массу нашего Солнца. Звезды-тяжеловесы не в состоянии в течение трех миллиардов лет светить с равно постоянной силой, следовательно, рядом с ними не могут возникнуть стабильные условия для зарождения жизни. Затем я вычеркнула все двойные светила. Они также не могут гарантировать стабильных условий для появления обитаемой планеты. Напоследок я отбросила звезды с низким содержанием металлов, поскольку рядом с такой звездой не может возникнуть планета земного типа, которая, как известно, имеет металлическое ядро, покрытое каменной оболочкой.
После тщательного отсева в списке оставалось все еще слишком много небесных светил. И тогда Маргарет Тёрнбал решила выявить безусловного лидера:
Эта звезда называется Бета Гончих Псов. Она лишь ненамного тяжелее Солнца и лежит в созвездии Гончих Псов на расстоянии в 26 световых лет от Земли. Свет ее столь ярок, что ее можно без помощи телескопа увидеть на ночном небе.
Сегодня науке не известно, имеются ли у этой звезды пригодные для обитания планеты или нет. Выяснением этого вопроса займутся американские исследователи из института SETI, специализирующегося на поиске внеземного разума. В этом году финансирования института сократилось на 15% . И поскольку денег для изучения большого количество кандидатов у исследователей не было, они обратились к Маргарет Тёрнбол с настоятельной просьбой составить сокращенный список планетных систем, наиболее благоприятных для возникновения жизни. В течение нескольких последних десятилетий американцы внимательно прослушивали эфир, пытаясь зарегистрировать радиосигналы, исходящие от внеземных цивилизаций. Пока что их поиски не увенчались успехом, однако исследователи не теряют надежды. Вскоре к северу от Сан-Франциско завершится строительство огромного телескопа Allen Telescope Array, состоящего из 350 спутниковых антенн. И тогда ученые приступят к прощупыванию основного кандидата из списка Маргарет Тёрнбал.
Пока Маргарет Тёрнбал безжалостно сокращала число возможных кандидатов, другие астробиологии столь же упорно расширяли круг своих поисков. Американские ученые убеждены, что и у более далеких звезд можно найти зоны, благоприятные для возникновения жизни. Многочисленные компьютерные симуляции процесса формирования небесных тел из протопланетной туманности показывают, что практически у каждой звезды образуется в среднем от одной до четырех планет земного типа. Более того, согласно расчетам, проведенным специалистами института Атмосферной и космической физики при университете штата Колорадо, одна десятая таких планет попадает в благоприятную для возникновения жизни зону. При этом, по мнению Райна Монтгомери (Ryan Montgomery) с кафедры Астрономии и Астрофизики при Калифорнийском университете, не важно, какой массой изначально обладало протопланетное газопылевое облако.
Из маленьких протопланетных туманностей образуются маленькие планеты, орбиты которых расположены неподалеку друг от друга. За счет этой близости увеличивается число планет, находящихся в обитаемой зоне звездной системы, и, как следствие, возрастает вероятность возникновения жизни.
Планета должна обладать достаточно большой массой и мощным гравитационным полем, для того чтобы удержать необходимую для возникновения жизни атмосферу. Абсолютный минимум – одна треть земной массы. Таких планет в миниатюрных солнечных системах имеется как минимум две. Относительно максимально допустимой массы для планеты земного типа ученые пока еще не пришли к единому мнению. Говорит Крис МакКарти (Chris McCarthy) с кафедры физики и астрономии университета Сан-Франциско.
Теоретически доказано существование планет, масса которых в пять раз превышает массу нашей Земли, и которые, тем не менее, можно смело назвать планетами земного типа. При поиске таких планет нужно концентрироваться на звездах менее ярких, чем наше Солнце, поскольку «зона жизни» вокруг таких светил находится ближе к центру планетарной системы.
Другой важной предпосылкой для возникновения «зоны жизни» является наличие как минимум одного газового гиганта, гравитационное поле которого было бы достаточно велико, чтобы не допустить проникновения внутрь системы комет, способных нанести ущерб планетам земного типа.
Кроме того, газовые гиганты, такие как Юпитер, Сатурн, Уран или Нептун не дают более легким планетам земного типа покинуть благоприятную для возникновения и развития жизни зону и мигрировать во внешние холодные регионы.
Говорит Шин Реймонд (Sean Raymond) сотрудник лаборатории Атмосферной и космической физики при университете штата Колорадо. Шин Реймонд является автором ряда статей по детальному моделированию планетных систем, опубликованных на страницах журнала "Икар" Американского Астрономического Общества по изучению планет. Компьютерные модели, разработанные американским ученым, доказывают, что наличие воды на планетах земной группы зависит от формы орбит внешних планет. В том случае, если орбиты газовых гигантов напоминают параболы или гиперболы, малые планеты смещаются ближе к центру солнечной системы. Это приводит к повышению температуры их поверхности и опустыниванию. Тем временем, эллиптическая или круговая форма орбиты планеты гиганта гарантирует наличие влаги на внутренних планетах. В случае нашей Солнечной системы, орбита Юпитера слабо эллиптическая, чем и объясняется тот факт, что поверхность Земли на 80% покрыта океанами, а не является безбрежным океаном.
В последние годы планеты-гиганты были открыты во многих звездных системах. Однако планету земного типа нам пока не удалось обнаружить. Мы можем лишь строить предположения о планетарной структуре этих светил. Тем не менее, если наши расчеты верны, то и в звездных мирах, похожих своим устройством на Солнечную систему, должны быть планеты земного типа.
Неясно только, сможет ли жизнь на этих планетах развиться в более сложные формы, нежели простейшие одноклеточные организмы.
Поиски жизни ведутся не только в далеких мирах, но и в нашей солнечной системе. Американское космическое агентство НАСа планирует послать зонд-разведчик к луне Юпитера Европе, где якобы имеются все условия для возникновения жизни. Размеры Европы чуть меньше размеров Луны. По своему химическому составу и внутреннему строению Европа напоминает планеты земной группы. Поверхность Европы, покрытую толстым слоем льда, отличает чрезвычайно ровный рельеф – перепад высот не превышает нескольких сотен метров. Кратеры полностью отсутствуют, зато есть много трещин, которые пересекают поверхность спутника вдоль и поперек и, по мнению ученых, свидетельствуют о сдвигах поверхностных плит. Исследователи пришли к выводу, что ледяной «панцирь» планеты плавает в водах океана. Этот океан может существовать в жидком виде благодаря гравитационному воздействию Юпитера, разогревающему внутренние слои Европы за счет силы трения мощных приливных волн. Таким образом, несмотря на то, что температура на поверхности Европы не превышает -145 градусов по Цельсию, с глубиной она существенно возрастает. Таким образом, на Европе имеются базовые условия для формирования жизни.
Поверхность Европы покрыта многокилометровым слоем льда. В ее атмосфере полно ионов серы и кислорода. Не исключено, что там есть также и углерод, который на луну Юпитера могли занести кометы. Эта смесь из углерода и кислорода могла просочиться через ледяную корку поверхности и попасть в воду под ней. Таким образом, на Европе есть все необходимое для возникновения жизни.
Считает Николас Томас (Nicolas Thomas) – руководитель отделения космических исследований и планетологии при Физическом факультете Бернского университета. По его мнению, экспедиция в ледяное море Европы не лишена научного интереса. После неудачи на Марсе Европа стала одним из наиболее привлекательных объектов для астробиологических исследований. Если гипотеза о наличии соленого океана во внутренних слоях спутника Юпитера подтвердится, это будет означать, что Европа — единственное из известных нам тел Солнечной системы, где вода в жидком виде существует в количествах, сопоставимых с земными. К Юпитеру и его луне можно было бы отправить двойную миссию, по образу и подобию той, которая в прошлом году успешно исследовала Сатурн и его спутник Титан. От материнского корабля, направляющегося к Юпитеру, могла бы отсоединится посадочная капсула, основной задачей которой стали бы поиски жизни на Европе.
По мнению Виктора Парро (Victor Parro) сотрудника Лаборатории молекулярной экологии при Центре астробиологических исследований в испанском городе Torrejon de Ardoz, для выяснения вопроса существования жизни на Европе достаточно проанализировать один грамм льда с его поверхности. Для взятия пробы достаточно будет растопить лед и проанализировать образовавшуюся жидкость в специальном детекторе, размеры которого не превышают размеров небольшого чемоданчика.
Внутри детектора находится решетка. В ячейках этой решетки расположены антитела. Каждое из этих антител вступает в реакцию с определенной частью живой клетки.
Антитела реагируют на протеины, клеточные мембраны, жиры, углеводы, витамины и другие биомаркеры. Они пытаются заблокировать воздействие чужеродных клеток и не допустить их размножения.
Если антитело опознает органический элемент, содержащийся в пробе с Европы, оно тут же присоединяется к нему. А луч лазера, сканирующий ячейки решетки, регистрирует эту реакцию.
Если хотя бы одно из антител сможет найти свой антиген, то наличие одноклеточных организмов за пределами Земли будет доказано.
Другой вопрос, стоит ли лететь за тридевять земель, чтобы обнаружить простейшие организмы. По мнению специалистов из американского космического агентства НАСА, следы жизни можно найти и на Луне. Говорит Scott Hubert, из института SETI в Калифорнии.
Американские астронавты доставили на землю около полутоны лунного грунта. Однако большинство проб было взято в районе экватора. Тем временем оба полюса Луны все еще не исследованы. У нас до сих пор нет точных данных относительно наличия льда в кратерах на Южном полюсе. Луна по-прежнему таит множество загадок, которые только еще предстоит разгадать.
Вопрос наличия воды на Луне имеет большое значение для создания лунной базы. Поэтому американское космическое агентство НАСА решило отправить на окололунную орбиту спутник-разведчик, так называемый Lunar Reconnaissance Orbiter. В 2008 году он пролетит на высоте ста километров над полюсами Луны и заглянет в лунные кратеры.
Тем временем Старый Свет планирует создание небольшого лунного ровера.
Европа в состоянии создать свой собственный посадочный модуль. У нас уже есть опыт строительства орбитальных зондов, типа «Марс-экспресс» и «Смарт-1». Теперь мы могли бы приступить к разработке ровера для поисков льда на Южном полюсе Луны.
Говорит Бернард Фоинг (Bernard Foing) – главный директор по науке в Научно-исследовательском центре ЕСА в городе Estec в Голландии. Он надеется, что европейский ровер обнаружит не только лед, но и жизнь, или, по крайней мере, следы ее существования.
Всякий раз, когда на Землю падал метеорит, часть земной материи, выбитой в результате удара, улетала в космос. Мы полагаем, что в эпоху метеоритных дождей каждый квадратный километр земной поверхности потерял около 200 килограммов породы, часть которой, в конце концов, осела на Луне. В настоящее время она покрыта слоем пыли. Однако я убежден, что мы сможем найти земные минералы на Луне. Некоторые из камней могли сохранить следы живых организмов. Таким образом, мы могли бы найти камни, возраст которых превосходит возраст любых ископаемых, когда-либо найденных на Земле.