Казка про золотоволодіння і три планети. Галактична населена зона

Прогноз погоди на більшість екзопланетів невтішний. Пальне сонце, щорічні повені та глибокий сніг суттєво ускладнюють життя місцевих жителів.

Вчені цікавляться проживання інших планет з низки причин, політичних, фінансових, гуманітарних і наукових. Вони хочуть зрозуміти, як змінюється власний клімат.

Як ми будемо жити в кліматі майбутнього і що ми можемо зробити, щоб зупинити хвилю парникового ефекту, що наростає. Адже ще трохи і райська поки що Земля буде безнадійно втрачена.

Чи ми серйозно переймаємося пошуками чистих джерел енергії або вмовимо політиків зайнятися кліматичними питаннями на шкоду фінансовій вигоді. Куди цікавіше питання: коли ми побачимо інопланетян?

Придатна для життя зона, також відома як "зона Золотовласки", - це регіон навколо зірки, де середня температура планети дозволяє існувати рідкій воді, до якої ми так звикли. Ми полюємо за рідкою водою не тільки для майбутнього використання, а й щоб знайти орієнтир: можливо, десь там може бути інше життя.

Проблеми поза цієї зони досить очевидні. Якщо буде занадто жарко, середа стане нестерпною паровою лазнею, або почне розбивати воду на кисень та водень.

Потім кисень з'єднуватиметься з вуглецем, утворюючи діоксид вуглецю, а водень - випаровуватися в космос. Це відбувається з Венерою.

Якщо ж планета буде дуже холодною, вода утворює тверді шматки. Можливо, під кіркою льоду будуть кишені з рідкою водою, але загалом це не найприємніше місце для життя.

Таке ми знайшли на Марсі та супутниках Юпітера та Сатурна. І якщо можна грубо визначити зону, що потенційно мешкає, то це місце, де могла б існувати рідка вода.

На жаль, це рівняння складається не тільки з відстані до зірки і кількості енергії, що виробляється. Атмосфера планети відіграє серйозну роль.

Ви будете здивовані, але Венера і Марс знаходяться в зоні Сонячної системи, що потенційно живе. Атмосфера Венери настільки густа, що утримує енергію Сонця і створює несприятливу для життя піч, яка розплавить будь-які натяки на життя швидше, ніж скажете дві чашки чаю цьому пану. На Марсі все протилежно.

Тонка атмосфера не може утримати тепло зовсім, тому планета дуже холодна. Поліпшіть атмосфери обох планет — і отримайте світи, які можуть притулити життя.

Можливо, ми могли б зіштовхнути їх разом та змішати атмосфери? Треба подумати. Коли ми дивимося на інші світи Чумацького Шляху і намагаємося зрозуміти, чи є там життя, недостатньо просто оцінити їхнє розташування в зоні Золотовласки.

Нам слід знати форму атмосфери. Астрономи знайшли планети, розташовані в зонах навколо інших зірок, але судячи з усього, ці світи не особливо розташовані для життя.

Вони обертаються навколо червоних карликових зірок. В принципі, жити в умовах червоних відблисків не так погано, але є одна проблема.

Червоні карлики, як правило, поводяться дуже погано в молодості. Вони породжують найпотужніші спалахи та корональні викиди маси.

Це очищає поверхню будь-якої планети, яка виявиться надто близько. Щоправда, є певна надія.

Через кілька мільйонів років високої активності ці червоні карликові зірки заспокоюються і починають смоктати свої резерви водню з потенціалом у трильйони років. Якщо життя зможе протриматися досить довго в ранні періоди існування зірки, на неї може чекати довге щасливе життя. Коли ви думаєте про новий будинок серед зірок чи намагаєтеся знайти нове життяу Всесвіті, шукайте планети в потенційно населеній зоні.

Врятувати Рюрика

© Володимир Положанцев, 2016

Створено в інтелектуальній видавничій системі Ridero

Засідання клубу любителів астрономії "Жовтий карлик" проходило в актовому залі колишньої ткацької фабрики. Щомісячний захід був у повному розпалі. Чекали на приїзд представника Роскосмосу, що надавало зборам особливої ​​значущості. Доповідь про вплив НЛО на земну цивілізацію закінчував відомий уфолог Данило Пантелеймонович Закамський. Він же відставний прапорщик військ ППО.

- Тому, - тицяв він кульковою ручкою в дрібні, але великі схеми на ватмані, прикріпленому до трибуни, - можна з упевненістю сказати, що метеороїд на околицях Челябінська був збитий кораблем прибульців із сузір'я Тау Кіта.

Любителі загули, почали бурхливо розмовляти. Золотоволаса і досить приваблива, незважаючи на вік, голова клубу Віра Ігнатівна Крупіціна, яка колись була парторгом цього килимівського підприємства, вдарила олівцем по графину:

– Якщо хтось має запитання, прохання оформлювати свої думки конструктивно.

- Чим же збивали? – недовірливо підняв руку літній студент інституту харчової промисловості Слава Янсон. – Атомною ракетою, лазерним променем чи антигравітаційною гарматою?

- Даремно іронізуєте, юначе, - образився доповідач. - При вазі суперболід приблизно в 80 тисяч тонн і швидкості 30 кілометрів на секунду, потужність вибуху в атмосфері склала 1,2 мегатонни в тротиловому еквіваленті. Використовуючи емпіричну формулу, – нервово постукав Закамський чорнильними кісточками пальців за схемою, – де t – період сигналу з максимальною амплітудою, ми приходимо до висновку, що вибух мав би бути як мінімум у півтора рази слабшим. Звідки взялася додаткова енергія? Лише від стороннього впливу на об'єкт. Саме тому того дня 15 лютого очевидці спостерігали під Чебаркулем, а також над територією Казахстану кілька невідомих літаючих об'єктів.

– Припустимо, – не відступав Янсон. - Але з чого ви взяли, що корабель прибув із Тау Кіта?

"З того, що супутники Юпітера і Сатурна обертаються синхронно", - в'язнів хтось на гальорці.

- Даремно іронізуєте, - повторив доповідач, мабуть, фразу, що часто використовується. - Звідки ще? Альфа Центавра Б, звичайно, до нас ближче, лише чотири з половиною світлових роки. Подвійна зірка має планети земного типу, але вони знаходяться в пекельних умовах. П'ять же супутників Тау Кіта чудово почуваються в поясі Золотовласки. Тобто в так званій живій, сприятливій для життя зоні.

– Ну, це ще не доказ, – розчаровано махнув рукою студент.

– А зброя, – розійшовся не на жарт Закамський, – могла бути й антигравітаційною. Так. З урахуванням темної енергії.

У залі вже ніхто не галасував, але голова про всяк випадок знову задзвеніла по графині, окидаючи суворим поглядом різношерсту публіку:

- Хто ще хоче? Немає охочих. Дякую, пане, Закамський. На мою думку, наука ще розбереться, хто підірвав Чебаркульський метеорит. Тепер давайте перейдемо до теми астероїдної та кометної загрози із хмари Оорта.

- Зачекайте, - підвівся високий молодий чоловік з другого ряду. - Я хотів би дещо уточнити. Навіщо взагалі прибульцям треба прилітати до нас на механічних, я хотів сказати, матеріальних апаратах?

Із задоволенням прийнявши черговий виклик, Закамський затис у живота вказівку, наче нормандську піку. Окинув поглядом блондина з неслухняним волоссям, твердим підборіддям та іронічними очима. Це так просто не відлипне.

Данило Пантелеймонович зобразив на своєму гострокутному обличчі кольори марсіанської пустелі саркастичну усмішку, вивернув по-пташиному голову, блиснув потужними, як телескопи, окулярами.

- Не зрозумів питання.

– Усі ви зрозуміли, – вибрався у прохід між рядами чоловік. Прим'яв рукою пружне волосся, але воно тут же прийняло колишню форму.

- У нас прийнято уявлятися, - грізно підняла брови Крупіцина і відчайдушно висморкалася. Вона була застуджена і мріяла про вовняні шкарпетки та склянку гарячого молока з медом.

- Олександр Грінвіч, лікар. Уролог.

У залі пролунали смішки. «Адресою не помилився?»

– Для тих, хто не почув. Щоб подолати міжзоряний простір, цивілізація повинна бути дуже високому рівнірозвитку.

- Безперечно, - кивнув доповідач, напружено чекаючи каверзи.

- Припустимо, що мешканцям однієї з планет Тау Кіта вдалося створити навколосвітні або навіть надсвітлові технології для зорельотів. Але якщо це так, їхня цивілізація давно живе у віртуальному світі. Навіть нам, щоб дізнатися, що відбувається, наприклад, в Австралії, не обов'язково летіти туди. Для цього є Інтернет.

- Ви хочете сказати…

– Саме. Якби в них виникло бажання допомогти нам, вони зробили б це на відстані. Їм нема чого переміщатися у просторі на титанових консервних банках з антигравітаційними або якимись ще двигунами. Ми б їх просто не побачили. Вони давно вже віобри.

- Віртуальні образи. Тобто всі розмови про НЛО просто нісенітниця. Відповідно і ваша доповідь повна нісенітниця.

– Дозвольте, – здійнявся Закамський, – але тисячі, десятки тисяч очевидців бачили і продовжують повсюдно спостерігати невідомі літаючі об'єкти. Проти цього факту не попреш!

– Іоносферні явища, – не відривав прямого погляду синіх очей від уфолога молодий чоловік. - Два варіанти. Або цивілізації в нашій галактиці почали розвиватися в той самий час і в них, як і в нас, немає ще можливості переміщатися від зірки до зірки, або вони пішли у своєму розвитку так далеко, що, повторюю, живуть у віртуальному світі.

- Ви сказали про Австралію, - взяв указку вже як шаблю уфолог, - але через інтернет нічого не можна змінити на цьому материку. Спробуйте хоч би припинити дощ.

– Поки що не можна. Коли над континентами з'являться спеціальні ретранслятори із силовими установками, реально буде все. У тому числі збивати метеорити. Хоча це дурість, знищувати їх у атмосфері. Астероїди та комети потрібно ліквідувати на далеких підступах до планети. Ви ж чудово це знаєте. Не виключено, що колись прибульці були у нас і зробили ретранслятором Місяць. Але не факт, що саме вони збили небесного мандрівника під Челябінськом. Метеороїд рвонув під впливом атмосфери.

- По-вашому виходить, що весь розумний всесвіт - віртуальний світ? Живе у комп'ютерному просторі? А тоді люди що? Для чого? - Підтиснув примхливі губи Закамський.

– Життя зароджується у матеріальному середовищі, на планетах. Розвивається, а потім цивілізація приєднується до спільного віртуального світу. Або галактики чи всього всесвіту в цілому, не знаю. Люди вже торкнулися вірталу. Років через тисячу, максимум через півтори з нами встановлять контакт, і ми остаточно в нього поринемо.

- І в цьому вашому вірталі живуть знеособлені, аморальні піксельні істоти, які ні до чого не прагнуть?! – кричав, як на весіллі Закамський. - Інтернет абсолютно аморальний!

- Від чого ж? Моральність можна і потрібно дотримуватися скрізь. Хто цього прагне, той і моральний. Думаю, високодуховність – це перший закон простору. Віртуальний світ всесвіту – єдиний банк божественного, якщо використати нашу термінологію, розуму, але особистість там не розмита, вона існує.

- Повторюю питання, навіщо ми на Землі?

На якийсь час у залі повисла електрична тиша. Навіть голова більше не стукала по графині. Вона втиснула плечі. В очах колишнього парторгу горів яскравий вогонь Тау Кіта.

Нарешті чоловік заговорив:

– Кожна людина – бог. Обмеженої дії, звісно. Ми можемо розпоряджатися своєю долею, а за бажання і завзяття вплинути на долю всієї планети. Це вже багато. Жоден бог не всесильний, оскільки простір безмежний. Над кимось завжди знайдеться хтось. Незаперечний закон природи, що діє скрізь. Людина існує для того, щоб рано чи пізно стати сильнішим богом. Віртуальний. Точніше, частиною єдиного всеосяжного розуму.

Погляньте на розсипи зірок у чорному нічному небі – всі вони містять дивовижні світи, подібні до нашої Сонячної системи. За найскромнішими підрахунками, галактика Чумацький Шлях містить понад сотню мільярдів планет, частина яких може бути подібна до Землі.

Нову інформацію про «чужі» планети екзопланети— відкрив космічний телескоп «Кеплер», який досліджує сузір'я, чекаючи моменту, коли далека планета опиниться перед своїм світилом.

Орбітальну обсерваторію було запущено у травні 2009 року саме для пошуку екзопланет, але через чотири роки вийшла з ладу. Після багатьох спроб повернути телескоп до роботи NASA у серпні 2013 року було змушене списати обсерваторію зі свого «космічного флоту». Проте за роки спостережень «Кеплер» отримав стільки унікальних даних, що на їхнє вивчення потрібно ще кілька років. NASA вже готується до запуску 2017 року спадкоємця «Кеплера», телескопа TESS.

Суперземлі у поясі Златовласки

Сьогодні астрономи виявили майже 600 нових світів із 3500 кандидатів на звання «екзопланету». Вважається, що серед цих небесних тіл не менше 90% можуть виявитися «справжніми планетами», а решта — подвійними зірками, які не дорослі до зоряних розмірів «коричневими карликами» та скупченнями великих астероїдів.

Більшість нових кандидатів у планети — це газові гіганти на кшталт Юпітера чи Сатурна, а також суперземлі — кам'янисті планети, які за розмірами у кілька разів перевищують нашу.

Природно, що у поле променя зору «Кеплера» та інших телескопів потрапляють не всі планети. Їх кількість оцінюють лише у 1-10%.

Щоб виявити екзопланету, її треба багаторазово зафіксувати на диску своєї зірки. Зрозуміло, що найчастіше вона виявляється розташованою близько до свого сонця, адже тоді її рік триватиме лише кілька земних днів чи тижнів, тому астрономи багаторазово зуміють повторити спостереження.

Такі планети у вигляді розпечених газових куль часто виявляються «гарячими Юпітерами», а кожна шоста схожа на палаючу суперземлю, вкриту морями лави.

Зрозуміло, за подібних умов білкове життя нашого типу існувати не може, проте серед сотень негостинних тіл є й приємні винятки. Поки що виявлено більше сотні планет земного типу, що знаходяться в так званій зоні, що живеться, або поясі Златовласки.

Цей казковий персонажкерувався принципом "не більше, не менше". Так і в рідкісних планет, що входять до «зони життя», температура має бути в межах існування рідкої води. До того ж 24 планети з цього числа мають радіус менше двох радіусів Землі.

Втім, поки що лише одна з цих планет має головні риси двійника Землі: знаходиться в зоні Золотовласки, близька до земних розмірів і входить до системи жовтого карлика, подібного до Сонця.

У світі червоних карликів

Втім, астробіологи, які наполегливо шукають позаземне життя, не сумують. Більшість зірок нашої галактики складають невеликі прохолодні та тьмяні червоні карлики. Згідно з сучасними даними, червоні карлики, будучи приблизно вдвічі меншими і холоднішими за Сонце, становлять не менше трьох чвертей «зоряного населення» Чумацького Шляху.

Навколо цих «сонячних кузин» обертаються мініатюрні системи розміром з орбіту Меркурія, і там теж є свої пояси Золотовласки.

Астрофізики Каліфорнійського університету у Берклі навіть склали спеціальну комп'ютерну програму TERRA, за допомогою якої виявили десяток земних двійників. Усі вони близькі до своїх зон життя біля маленьких червоних світил. Все це сильно збільшує шанси на присутність позаземних осередків життя у нашій галактиці.

Раніше вважалося, що червоні карлики, в околицях яких були знайдені схожі на Землю планети, є дуже спокійними зірками, і на їхній поверхні рідко відбуваються спалахи, що супроводжуються викидами плазми.

Як виявилося насправді, подібні світила ще активніші, ніж Сонце.

На поверхні постійно відбуваються потужні катаклізми, породжують ураганні пориви «зоряного вітру», здатні подолати навіть потужний магнітний щит Землі.

Однак, за близькість до своєї зірки багато двійників Землі можуть заплатити дуже високу ціну. Потоки радіації від частих спалахів на поверхні червоних карликів можуть буквально «злизувати» частину атмосфери планет, роблячи ці світи безлюдними. При цьому небезпека корональних викидів посилюється тим, що ослаблена атмосфера погано захищатиме поверхню від заряджених частинок жорсткого ультрафіолету та рентгену «зоряного вітру».

Крім того, існує небезпека придушення магнітосфер потенційно населених планет найсильнішим магнітним полемчервоний карлик.

Пробитий магнітний щит

Астрономи давно підозрювали, що багато червоних карликів мають потужне магнітне поле, здатне легко пробити магнітний щит, що оточує потенційно населені планети. Щоб довести це, було побудовано віртуальний світ, у якому наша планета обертається біля подібного світила дуже близькою орбітою в «зоні життя».

Виявилося, що дуже часто магнітне поле карлика не тільки сильно деформує магнітосферу Землі, а й навіть заганяє її під поверхню планети. За таким сценарієм лише через кілька мільйонів у нас не залишилося б ні повітря, ні води, а вся поверхня була б випалена космічною радіацією.

Звідси випливають два цікаві висновки. Пошук життя в системах червоних карликів може бути абсолютно безперспективним, і це є ще одним поясненням «великого мовчання космосу».

Втім, можливо, ми ніяк не можемо виявити позаземний розум тому, що наша планета народилася надто рано.

Хто може жити на далеких екзопланетах? Можливо такі створення?

Похмура доля первонароджених

Аналізуючи дані, отримані за допомогою телескопів «Кеплер» та «Хаббл», астрономи виявили, що процес утворення зірок у Чумацькому Шляху суттєво сповільнився. Це пов'язано з дефіцитом будівельних матеріалів, що зростає, у вигляді пилогазових хмар.

Проте в нашій галактиці залишилося ще багато матеріалу для народження зірок та планетних систем. Тим більше, що через кілька мільярдоліть наш зірковий острів зіткнеться з гігантською галактикою Туманність Андромеди, що викличе колосальний сплеск зіркоутворення.

На цьому фоні майбутньої галактичної еволюції нещодавно прозвучала сенсаційна новина про те, що чотири мільярди років тому, під час виникнення Сонячної системи існувала лише десята частина потенційно населених планет.

Зважаючи на те, що для народження найпростіших мікроорганізмів на нашій планеті знадобилося кілька сотень мільйонів років, і ще кілька мільярдоліть формувалися розвинені форми життя, велика ймовірність того, що розумні інопланетяни з'являться лише після згасання Сонця.

Можливо, тут лежить розгадка інтригуючого феномена Фермі, який колись сформулював видатний фізик: і де ці інопланетяни? Чи має сенс пошукати відповіді на нашій планеті?

Екстремофіли на Землі та в космосі

Чим більше ми переконуємося в унікальності нашого місця у Всесвіті, тим частіше звучить питання: чи може існувати та розвиватися життя у світах, що повністю відрізняються від нашого?

Відповідь це питання дає існування на планеті дивовижних організмів — екстремофілів. Свою назву вони отримали за здатність виживати в екстремальних температурах, отруйному середовищі та навіть безповітряному просторі. Морські біологи знайшли подібні істоти у підземних гейзерів — «морських курців».

Там вони процвітають при колосальному тиску без кисню на самому краю розпечених вулканічних жерл. Їхні «колеги» зустрічаються в солоних гірських озерах, розпечених пустелях та підлідних водоймах Антарктиди. Є навіть мікроорганізми "тихохідки", які переносять космічний вакуум. Виходить, що у радіаційному середовищі поблизу червоних карликів можуть виникнути деякі «екстремальні мікроби».

Розташоване в Єллоустоні кислотне озеро. Рудий наліт - ацидофільні бактерії

«Тихоходки» здатні існувати у космічному вакуумі

Академічна еволюційна біологія вважає, що життя на Землі зародилося з хімічних реакційв «теплій дрібній водоймі», що пронизується потоками ультрафіолету і озоном від «блискавкових штормів, що бушували». З іншого боку, астробіологи знають, що хімічні «цеглинки» основи життя зустрічаються і в інших світах. Наприклад, їх помітили у газопилових туманностях та супутникових системах наших газових гігантів. Це, звичайно, ще далеко не «повноцінне життя», але перший крок до нього.

«Стандартна» теорія походження життя Землі нещодавно отримала сильний удар від…. геологів. Виявляється, перші організми набагато старші, ніж вважалося раніше, і сформувалися в абсолютно несприятливому середовищі метанової атмосфери і киплячої магми, що виливається з тисяч вулканів.

Багатьох біологів це змушує задуматися про стару гіпотезу панспермії. Нею перші мікроорганізми зародилася десь у іншому місці, скажімо, на Марсі, і потрапили на Землю в серцевині метеоритів. Можливо, стародавнім бактеріям довелося пройти і більш довгий шлях у кометних ядрах, що прилетіли з інших зіркових систем.

Але якщо це так, то шляхи «космічної еволюції» можуть призвести нас до «братів за походженням», які почерпнули «насіння життя» з того самого джерела, що й ми…

Ми виявили сотні екзопланет у галактиці. Але лише деякі з них мають потрібне поєднання факторів, щоб підтримувати життя, подібно до Землі. Прогноз погоди на більшість екзопланетів невтішний. Пальне сонце, щорічні повені та глибокий сніг суттєво ускладнюють життя місцевих жителів (якщо вони, звичайно, є).

Погана новина в тому, що планета Земля – єдине придатне для життя місце у всьому Всесвіті, наскільки нам відомо. Як вид ми цікавимося життєздатністю інших планет з низки причин, політичних, фінансових, гуманітарних та наукових. Ми хочемо зрозуміти, як змінюється власний клімат. Як ми будемо жити в кліматі майбутнього і що ми можемо зробити, щоб зупинити хвилю парникового ефекту, що наростає. Адже ще трохи і райська поки що Земля буде безнадійно втрачена.

Чи ми серйозно переймаємося пошуками чистих джерел енергії або вмовимо політиків зайнятися кліматичними питаннями на шкоду фінансовій вигоді. Набагато цікавіше питання: коли ми побачимо інопланетян?

Придатна для життя зона, також відома як «зона Золотовласки», - це регіон навколо зірки, де середня температура планети дозволяє існувати рідкій воді, до якої ми так звикли. Ми полюємо за рідкою водою не тільки для майбутнього використання, а й щоб знайти орієнтир: можливо, десь там може бути інше життя. Адже логічно?

Проблеми поза цієї зони досить очевидні. Якщо буде занадто жарко, середа стане нестерпною паровою лазнею, або почне розбивати воду на кисень та водень. Потім кисень з'єднуватиметься з вуглецем, утворюючи діоксид вуглецю, а водень - випаровуватися в космос.

Це відбувається з Венерою. Якщо ж планета буде дуже холодною, вода утворює тверді шматки. Можливо, під кіркою льоду будуть кишені з рідкою водою, але загалом це не найприємніше місце для життя. Таке ми знайшли на Марсі та супутниках Юпітера та Сатурна. І якщо можна грубо визначити зону, що потенційно мешкає, то це місце, де могла б існувати рідка вода.

На жаль, це рівняння складається не тільки з відстані до зірки і кількості енергії, що виробляється. Атмосфера планети відіграє серйозну роль. Ви будете здивовані, але Венера і Марс знаходяться в зоні Сонячної системи, що потенційно живе.

Атмосфера Венери настільки густа, що утримує енергію Сонця і створює несприятливу для життя піч, яка розплавить будь-які натяки на життя швидше, ніж скажете дві чашки чаю цьому пану.

На Марсі все протилежно. Тонка атмосфера не може утримати тепло зовсім, тому планета дуже холодна. Поліпшіть атмосфери обох планет - і отримайте світи, які можуть притулити життя. Можливо, ми могли б зіштовхнути їх разом та змішати атмосфери? Треба подумати.

Коли ми дивимося на інші світи Чумацького Шляху і намагаємося зрозуміти, чи є там життя, недостатньо просто оцінити їхнє розташування в зоні Золотовласки. Нам слід знати форму атмосфери.

Астрономи знайшли планети, розташовані в зонах навколо інших зірок, але судячи з усього, ці світи не особливо розташовані для життя. Вони обертаються навколо червоних карликових зірок. В принципі, жити в умовах червоних відблисків не так погано, але є одна проблема. Червоні карлики, як правило, поводяться дуже погано в молодості. Вони породжують найпотужніші спалахи та корональні викиди маси. Це очищає поверхню будь-якої планети, яка виявиться надто близько.

Щоправда, є певна надія. Через кілька мільйонів років високої активності ці червоні карликові зірки заспокоюються і починають смоктати свої резерви водню з потенціалом у трильйони років. Якщо життя зможе протриматися досить довго в ранні періоди існування зірки, на неї може чекати довге щасливе життя.

Коли ви думаєте про новий будинок серед зірок або намагаєтеся знайти нове життя у Всесвіті, шукайте планети в зоні, що потенційно живе. Але не забувайте, що це умовний орієнтир.

Зона проживання (зона Золотовласки)

Жила-була сонячна система, і ось одного разу - давним-давно, близько чотирьох мільярдів років тому - вона зрозуміла, що вже майже сформувалася. У самого Сонця з'явилася Венера - і так близько була вона до Сонця, що енергія сонячних променів випарувала весь її запас води. А Марс був далеко від Сонця - і вся його вода замерзла. І лише одна планета - Земля - ​​виявилася від Сонця якраз на такій відстані - «найразу», - що вода на ній залишилася рідкою, і тому на поверхні Землі змогло зародитися життя. Цей пояс навколо Сонця почали називати зоною. Казку про трьох ведмедів розповідають дітям у багатьох країнах, а в Англії її героїню звуть Золотовласкою. Вона теж любила, щоб усе було «саме». У будиночку трьох ведмедів одна миска з кашею була надто гаряча. Інша – надто холодна. І лише третя припала Златовласку «в самий раз». А ще в будиночку трьох ведмедів було три ліжечка, і одне було надто жорстке, інше – надто м'яке, а третє – «найразу», у ньому Златовласка і заснула. Коли три ведмеді повернулися додому, то виявили не тільки зникнення каші з третьої миски, а й Златовласку, яка солодко спала в ліжку маленького ведмежа. Не пам'ятаю, чим там усе скінчилося, але на місці трьох ведмедів - всеїдних хижаків, що знаходяться на вершині харчового ланцюжка, - я б Златовласку з'їв.

Золотовласку, напевно, зацікавила б відносна придатність Венери, Землі і Марса для проживання, але насправді сюжет про ці планети набагато складніший за три миски з кашею. Чотири мільярди років тому поверхні планет ще бомбардували багаті водою комети і багаті мінералами астероїди, нехай і набагато рідше, ніж раніше. Під час цієї партії до космічного більярду деякі планети мігрували з рідних місць ближче до Сонця, а декого вибило на орбіти більшого діаметру. А багато десятків сформованих планет опинилися на нестабільних орбітах і впали на Сонце або на Юпітер. Ще кілька планет просто викинуло із Сонячної системи. Одиниці, що залишилися в результаті, оберталися саме на тих орбітах, які виявилися «в самий раз», щоб пережити на них мільярди років. Земля осіла на орбіті із середньою відстанню до Сонця приблизно 150 мільйонів кілометрів. На цій відстані Земля перехоплює дуже скромну частку загальної енергії, що випускається Сонцем, - лише дві мільярдні. Якщо припустити, що Земля вбирає всю цю енергію, то середня температура нашої планети становить близько 280 К, тобто 7 ° C - посередині між зимовою і літньою температурами.

При нормальному атмосферному тиску вода замерзає при 273 К, а кипить при 373 К, так що, на превелику нашу радість, майже вся вода на Землі перебуває в рідкому стані. Проте не треба поспішати. Іноді у науці отримуєш вірні відповіді, з неправильних передумов. Насправді Земля поглинає лише дві третини сонячної енергії, що до неї доходить. Решта земної поверхні (особливо океани) і хмарний покрив відбивають назад у космос. Якщо додати у формулу коефіцієнт відображення, то середня температура Землі падає вже до 255 К, що нижче точки замерзання води. У наші дні має діяти ще якийсь механізм, який утримує середню температуру на зручнішій позначці. І знову не поспішайте. Всі теорії еволюції зірок говорять нам, що чотири мільярди років тому, коли з горезвісного первісного бульйону на Землі формувалося життя, Сонце було на третину тьмяніше, ніж сьогодні, отже, середня температура Землі була нижчою від точки замерзання. Можливо, Земля в далекому минулому була просто ближчою до Сонця? Однак після періоду посилених бомбардувань, який давно закінчився, ми не знаємо жодних механізмів, які б зрушували стабільні орбіти в межах Сонячної системи. Можливо, у минулому парниковий ефект був сильнішим? Напевно, ми не знаємо. Натомість знаємо, що зони у початковому сенсі цих слів мають лише віддалене відношення до того, чи може існувати життя на планетах, розташованих у межах цих зон.

Знамените рівняння Дрейка, яке завжди посилаються при пошуках позаземного розуму, дозволяє дати приблизну оцінку того, скільки цивілізацій в принципі можна виявити в галактиці Чумацький Шлях. Рівняння вивів у 60-ті роки XX століття американський астроном Френк Дрейк, і в той час поняття населеної зони було обмежене уявленням про те, що планети повинні перебувати від своєї зірки на відстані, яка «в самий раз» підходить для життя. Сенс одного з варіантів рівняння Дрейка приблизно такий: почнемо зі зірок у галактиці (сотні мільярдів). Помножимо це величезне число на частку зірок, у яких є планети. Тепер помножимо результат частку планет, у яких розвинулося життя. Результат помножимо частку планет, у яких розвинулася розумне життя. Результат помножимо на планет, де технічний прогрес дійшов такого етапу, що можна налагодити міжзоряну комунікацію.

Якщо тепер врахувати темп формування зірок та очікувану тривалість життя технологічно розвиненої цивілізації, вийде кількість розвинених цивілізацій, які цієї хвилини, ймовірно, чекають нашого телефонного дзвінка. Маленькі холодні зірки з низькою світністю живуть сотні мільярдів, а можливо, і трильйони років, а значить, у їхніх планет достатньо часу, щоб виростити на собі два-три види живих організмів, проте їхні житла зони знаходяться від зірки надто близько. Планета, яка сформувалася в цій зоні, швидко потрапляє в так зване приливне захоплення зірки і обертається завжди однією стороною до неї, через що в обігріві планети виникає сильний перекіс - вся вода на "лицьовому" боці планети випарується, а вся вода на "зворотній" замерзне . Якби Златовласка жила на такій планеті, ми б виявили, що кашу свою вона їсть, крутячись навколо своєї осі, немов курча на грилі, - на самому кордоні між вічним сонцем і вічною темрявою. У населених зон навколо зірок-довгожителів є й інший недолік - вони дуже вузькі, так що планета має дуже мало шансів випадково опинитися на орбіті з радіусом, який «найразу».

Зате навколо гарячих, великих, яскравих зірокрозкинулися великі населені зони. Проте ці зірки, на жаль, зустрічаються рідко і живуть лише кілька мільйонів років, а потім вибухають, тож їхні планети навряд чи можна розглядати як кандидати при пошуках життя у звичному нам вигляді, - хіба що там відбувається якась дуже швидка еволюція. І чи першими з первісної слизу виберуться тварини, здатні придумати диференціальне числення. Рівняння Дрейка можна вважати математикою Золотовласки, методом, яким можна оцінити, які шанси, що десь у галактиці все склалося «в самий раз», як треба. Однак у рівняння Дрейка в його первісному вигляді не входить, наприклад, Марс, який розташований далеко за межами зони Сонця. А тим часом на Марсі цілковито звивистих пересохлих річок з дельтами та заплавами, а це незаперечно доводить, що колись у минулому на Марсі було вдосталь рідкої води.

А як же Венера, сестра Землі? Вона потрапляє точно в населену зону Сонця. Ця планета, повністю вкрита товстим шаром хмар, має саму високим коефіцієнтомвідображення у всій Сонячній системі. Немає жодних очевидних причин, чому на Венері може бути погано та незатишно. Однак на ній спостерігається жахливий парниковий ефект. Товста венеріанська атмосфера в основному складається з вуглекислого газу і поглинає майже 100% тієї невеликої кількості випромінювання, що досягає її поверхні. Температура на Венері становить 750 К, і це рекорд у всій Сонячній системі, хоча відстань від Сонця до Венери майже вдвічі більша, ніж до Меркурія.

Оскільки Земля підтримувала життя протягом усієї її еволюції - мільярди років бурхливих перипетій - отже, саме життя, напевно, забезпечує якийсь механізм зворотний зв'язок, який зберігає на планеті рідку воду. Цю ідею розвинули біологи Джеймс Лавлок та Лінн Маргуліс у 70-ті роки, і вона називається «гіпотеза Геї». Ця досить популярна, але суперечлива гіпотеза припускає, що набір біологічних видівна Землі в кожний момент часу діє, немов колективний організм, який безперервно, хай і ненавмисно, коригує склад атмосфери та клімат Землі таким чином, щоб вони сприяли наявності та розвитку життя, тобто наявності на поверхні води в рідкому стані. Мені здається, це дуже цікаво та гідно вивчення. Гіпотеза Геї – улюблена гіпотеза прихильників філософії нью-ейдж. Але я готовий сперечатися, що якісь давно покійні марсіани та венеріанці, напевно, теж відстоювали цю ідею мільярд років тому…

Якщо розширити поняття населеної зони, виявиться, що для неї потрібне лише будь-яке джерело енергії, щоб розтоплювати лід. Один із супутників Юпітера, крижана Європа, розігрівається приливними силами гравітаційного поля Юпітера. Подібно до м'яча для гри в ракетбол, який нагрівається від частих ударів, Європа нагрівається від перепаду динамічних навантажень через те, що одну її сторону Юпітер притягує сильніше, ніж іншу. Що в результаті? Нинішні дані спостережень та теоретичних розрахунків показують, що під корою льоду завтовшки кілометр на Європі розкинувся океан рідкої води або, можливо, снігової жижі. Враховуючи достаток життя в океанських глибинах на Землі, Європа - найспокусливіший кандидат на наявність життя в Сонячній системі поза Землею. Інший недавній прорив у нашому розумінні, що таке житла зона, - це живі організми, які нещодавно отримали назву «екстремофіли»: організми, які не просто виживають, але навіть процвітають в умовах крайнього холоду або спеки. Якби серед екстремофілів були біологи, вони напевно вважали, що це вони нормальні, а екстремофіли - це всі ті, кому непогано живеться при кімнатній температурі. Серед екстремофілів є жаролюбні термофіли, які зазвичай живуть у підводних гірських кряжів серед океанів, де вода, розігріта під величезним тиском до температури набагато вище за звичайну точку кипіння, виплескується з-під земної кори в холодну товщу океану. Умови там схожі на обстановку в кухонній скороварці: особливо міцна каструля з герметичною кришкою дозволяє розігріти воду під тиском до температури вище за кипіння, уникнувши при цьому кипіння як такого.

На холодному океанському дні з гарячих джерел піднімаються мінерали, що створюють гігантські пористі труби висотою в десяток поверхів - у середині там спекотно, біля країв, де вони прямо стикаються з океанською водою, трохи прохолодніше. При всіх цих температурах в трубах мешкають незліченні види живих істот, які ніколи не бачили Сонця і яким все одно є воно чи ні. Ці міцні горішки живляться геотермальною енергією, яка складається з того, що залишилося ще з часів формування Землі, і спека, яка постійно просочується в земну коручерез радіоактивний розпад природних, проте нестабільних ізотопів давно знайомих хімічних елементів- серед них, наприклад, алюміній-26, якого вистачає на мільйони років, і калій-40, якого вистачає на мільярди. Океанське дно – ймовірно, одна з найстабільніших екосистем на Землі. Що буде, якщо із Землею зіткнеться гігантський астероїд і все життя на її поверхні вимре? Океанські термофіли житимуть-живатимуть як ні в чому не бувало. Можливо, після кожної хвилі вимирання вони навіть еволюціонують та заново заселяють земну сушу. А що буде, якщо Сонце з загадкових причин зникне з центру Сонячної системи, а Земля зірветься з орбіти і дрейфуватиме у космічному просторі? Ця подія навіть не потрапить до термофільських газет. Однак мине п'ять мільярдів років, і Сонце перетвориться на червоний гігант, розшириться і поглине всю внутрішню частину Сонячної системи. Земні океани при цьому википлять, та й сама земля випарується. Це вже буде сенсація.

Якщо термофіли живуть на Землі всюди, виникає серйозне питання: що якщо життя зародилося глибоко в надрах блудних планет, яких викинуло із Сонячної системи під час її формування? Їхніх «гео»-термальних резервуарів вистачило б на мільярди років. А що можна сказати про незліченні планети, які насильно вигнали з решти сонячних систем, що встигли сформуватися в нашому Всесвіті? Можливо, міжзоряний простір кишма кишить життям, яке виникло і еволюціонувало в глибинах безпритульних планет? Заселена зона - це зовсім не акуратно окреслена область навколо зірки, куди потрапляє ідеальне, «саме», кількість сонячного світла, - насправді вона скрізь. Так що будиночок трьох ведмедів, можливо, теж не займає жодного особливого місця у світі чарівних казок. Миска з кашею, температура якої «саме», могла знайтися в будь-якому житлі, навіть у будиночках трьох поросят. Ми з'ясували, що відповідний множник рівняння Дрейка - той самий, який відповідає за існування планет у межах населеної зони - цілком може зрости майже до 100%.

Тож у нашої казки дуже перспективний фінал. Життя зовсім не обов'язково рідкісне та унікальне явище, можливо, воно зустрічається так само часто, як і самі планети. А термофільні бактерії жили з того часу довго та щасливо – приблизно п'ять мільярдів років.

Вода, вода, навколо вода

Судячи з вигляду деяких самих посушливих і негостинних місць у нашій Сонячній системі, можна подумати, що вода, якої на Землі повно, в інших куточках галактики - рідкісна розкіш. Однак з усіх трьохатомних молекул вода найпоширеніша, причому з великим відривом. А у списку найпоширеніших у космосі елементів складові води – водень та кисень – займають перше та третє місце. Тож не треба питати, звідки в тому чи іншому місці взялася вода, – краще запитати, чому вона таки є не скрізь. Почнемо із Сонячної системи. Якщо ви шукаєте місце без води і без повітря, далеко ходити не треба: у вас у розпорядженні Місяць. При низькому атмосферному тиску на Місяці - він дорівнює практично нулю - і двотижневі дні, коли температура близька до 100 ° C, вода швидко випаровується. Під час двотижневої ночі температура падає до - 155 ° C: за таких умов майже завгодно.

Астронавти, які брали участь у програмі «Аполлон», брали з собою на Місяць все повітря, всю воду і всі системи для кондиціонування повітря), які їм були потрібні для подорожі туди і назад. Однак у далекому майбутньому експедиціям, ймовірно, буде вже не потрібно возити із собою воду та різні продукти з неї. Дані з космічного зонда «Клементина» дозволяють раз і назавжди покласти край давнім суперечкам про те, чи є на дні глибоких кратерів на Північному та Південному полюсахМісяць заморожені озера. Якщо врахувати середню кількість зіткнень Місяця з міжпланетним сміттям на рік, доводиться припустити, що серед уламків, що падають на поверхню, повинні бути і досить великі крижані комети. Що означає «досить великі»? У Сонячній системі достатньо комет, які, якщо розтануть, залишать калюжу завбільшки з озеро Ері.

Звичайно, не можна розраховувати, що нове озеро переживе багато спекотних місячних день із температурою, близькою до 100°C, проте будь-яка комета, яка впала на поверхню Місяця і випарувалася, скидає частину своїх молекул води на дно глибоких кратерів біля полюсів. Ці молекули вбираються в місячний ґрунт, де й залишаються на віки вічні, оскільки такі місця – це єдині куточки на Місяці, де буквально «Сонце не світить». (Якщо ви перебували у впевненості, що одна сторона Місяця завжди темна, значить, вас ввели в оману різні авторитетні джерела, до яких, безсумнівно, входить і альбом гурту «Пінк Флойд» «Темна сторона Місяця», що вийшов у 1973 році. ) Як знають жителі Арктики та Антарктики, зголоднілі по сонячному світлу, у цих місцях Сонце ніколи не піднімається високо над горизонтом - ні протягом дня, ні протягом року. А тепер уявіть собі, що ви живете на дні кратера, край якого вищий за точку на небосхилі, доки піднімається Сонце. У такому кратері, та ще й на Місяці, де немає повітря і нема чого розсіяти світло, щоб воно потрапило в тінисті куточки, доведеться жити у вічній темряві.

У вашому холодильнику теж холодно і темно, проте лід там згодом таки випаровується (не вірите - подивіться, як виглядають кубики льоду, коли ви повертаєтеся з довгої відлучки), проте на дні цих кратерів так холодно, що випаровування сутності, припиняється (принаймні в рамках нашої розмови ми цілком можемо припустити, що її немає). Немає жодних сумнівів, що якщо ми колись побудуємо на Місяці колонію, її треба буде розташувати неподалік таких кратерів. Крім очевидних переваг - у колоністів буде вдосталь льоду, що буде розтоплювати, очищати і пити, - з молекул води можна ще видобувати водень, відокремлюючи його від кисню. Водень і частина кисню підуть у ракетне паливо, а рештою кисню колоністи дихають. А у вільний від космічних експедицій час можна покататися на ковзанах замороженим озером із видобутої води.

Отже, давні дані кратерів кажуть нам, що на Місяць падали комети, - з цього випливає, що таке траплялося і із Землею. Якщо врахувати, що Земля більша і гравітація в неї сильніша, можна навіть зробити висновок, що комети падали на Землю набагато частіше. Так і є - від народження Землі і до сьогодні. Більше того, Земля не виникла з космічного вакууму у вигляді готового сферичного кома. Вона виросла з протосонячного газу, що конденсувався, з якого сформувалося і саме Сонце, і всі інші планети. Земля продовжувала зростати, оскільки на неї налипали дрібні тверді частинки, а потім - за рахунок постійного бомбардування астероїдами, які були багаті на мінерали, і кометами, які були багаті на воду. У якому сенсі незмінною? Підозрюють, що частоти падіння Землю комет на ранніх стадіях її існування вистачило задля забезпечення водою всіх її океанів. Однак тут залишаються певні питання (і простір для суперечок). У воді з комет, які ми досліджуємо зараз, у порівнянні з водою з океанів дуже багато дейтерію – різновиду водню, в ядрі якого є зайвий нейтрон. Якщо океани заповнювалися з допомогою комет, то комети, які падали Землю початку існування Сонячної системи, мали дещо інший хімічний склад.

Думали, чи можна спокійно виходити на вулицю? Ось і ні: недавні дослідження вмісту води у верхніх шарах земної атмосфери показали, що на Землю регулярно падають шматки льоду розміром із будинок. Ці міжпланетні сніжки при зіткненні з повітрям швидко випаровуються, але встигають зробити свій внесок у водяний бюджет Землі. Якщо частотність падінь була постійною протягом усієї історії Землі в 4,6 мільярда років, то ці сніжки, можливо, теж поповнювали земні океани. Додамо до цього водяну пару, яка, як нам відомо, потрапляє в атмосферу при виверженні вулканів, і виявиться, що Земля отримала свій запас води на поверхні різними шляхами. Зараз наші величні океани займають дві третини земної поверхні, проте становлять лише одну п'ятитисячну земну масу. Здавалося б, дуже маленька частка, однак це все одно цілих півтора квінтильйону тонн, 2% яких у кожний момент часу перебувають у вигляді льоду. Якщо на Землі колись станеться період найсильнішого парникового ефекту, як на Венері, то наша атмосфера поглине надмірну кількість сонячної енергії, температура повітря зросте, і океани закиплять і швидко випаруються в атмосферу. Це буде погано. Мало того, що флора і фауна Землі вимруть - це очевидно, - однією з вагомих (у буквальному сенсі) причин загальної загибелі стане те, що атмосфера, насичена водяною парою, стане в триста разів масивнішою. Нас усіх розплющить.

Венера відрізняється від інших планет у Сонячній системі у багатьох відношеннях, у тому числі - своєю товстою, щільною, важкою атмосферою з вуглекислого газу, тиск якої в сто разів більший за тиск земної атмосфери. Нас би і там розплющило. Однак у моєму рейтингу найдивовижніших особливостей Венери перше місце займає наявність кратерів, які всі як один утворилися відносно недавно і рівномірно розподілені по всій поверхні. Ця невинна на перший погляд риса наштовхує на думку про якусь одну катастрофу планетарного масштабу, яка перезапустила години утворення кратерів і стерла всі свідчення зіткнень у минулому. Таке під силу, наприклад, ерозивному кліматичному феномену на кшталт всесвітнього потопу. А ще – масштабної геологічної (не венерологічної ж) активності, скажімо, потокам лави, які перетворили всю поверхню Венери на мрію американського автомобіліста – цілком заасфальтовану планету. Що б не перезапустило годинник, сталося це різко та миттєво. Однак не все тут зрозуміло. Якщо на Венері справді був всесвітній потоп, куди тепер поділася вся вода? Пішла під поверхню? Випарувалася в атмосферу? Чи Венеру затопила взагалі не вода, а якась інша речовина?

Наша цікавість і невігластво однією Венерою не обмежуються - вони поширюються і інші планети. Марс колись був справжнім болотом - з звивистими річками, заплавами, дельтами, мережею дрібних струмків і величезних каньйонів, виточених водою, що біжить. У нас вже достатньо доказів, що якщо десь у Сонячній системі були рясні джерела води, то це на Марсі. Однак на сьогоднішній день поверхня Марса абсолютно суха, а чомусь – незрозуміло. Дивлячись на Марс і Венеру - брата і сестру нашої планети - я по-новому дивлюся і на Землю і замислююся над тим, як, можливо, ненадійні наші джерела води на земній поверхні. Як ми вже знаємо, уяву, що розігралася, змусило Персіваля Лоуелла припустити, що це колонії винахідливих марсіан вибудували на Марсі хитромудру мережу каналів, щоб доставляти воду з полярних льодовиків у більш населені середні широти. Щоб пояснити те, що він побачив (або вирішив, що побачив), Лоуелл вигадав вмираючу цивілізацію, яка чомусь втратила воду. У своєму докладному, проте на диво помилковому трактаті "Марс як притулок життя" ("Mars as the Abode of Life", 1909), Лоуелл оплакує неминучий захід марсіанської цивілізації, породженої його фантазією:

Висихання планети продовжиться, безсумнівно, до тих пір, поки його поверхня не втратить здатність підтримувати будь-яке життя. Час, безперечно, здує її, немов пил. Однак, коли згасне остання її іскорка, мертва планета нестиметься у просторі, наче привид, а її еволюційна кар'єра обірветься назавжди.

(Lowell, 1908, р. 216)

Дещо Лоуелл зрозумів цілком правильно. Якщо на марсіанській поверхні колись і існувала цивілізація (або будь-які живі організми), якою була потрібна вода, то на якомусь невідомому етапі марсіанської історії та з якоїсь невідомої причини вся вода на поверхні справді висохла, що й призвело до точності до такого фіналу, який описує Лоуелл. Можливо, марсіанська вода, що зникла, просто пішла під землю і потрапила в полон вічної мерзлоти. Чим це можна довести? У великих кратерів на поверхні Марса потік висохлого бруду, що перелився через край, зустрічаються частіше, ніж у маленьких. Якщо припустити, що вічна мерзлота лежить досить глибоко, щоб дістатися до неї, потрібне було сильне зіткнення. Викид енергії від такого зіткнення повинен був при контакті розплавити кригу під поверхнею, і бруд виплеснувся назовні. Кратери з такими особливостями частіше зустрічаються в холодних приполярних широтах, саме там, де очікується, що шар вічної мерзлоти пролягає ближче до поверхні. За деякими оцінками, якби вся вода, яка, як ми підозрюємо, причаїлася в товщі вічної мерзлоти на Марсі і, як ми точно знаємо, укладена в льодовиках на полюсах, розплавилася і рівномірно розподілилася по його поверхні, Марс перетворився б на суцільний океан десятки метрів завглибшки. У план пошуку життя на Марсі, як сучасному, так і копалині, повинен входити огляд різних місць, особливо під поверхнею Марса.

Коли астрофізики почали замислюватися про те, де можна знайти рідку воду, а по асоціації, і життя, вони спочатку були схильні брати до уваги планети, які обертаються орбітою на певній відстані від своєї зірки, - на такій, щоб на їх поверхні вода залишалася рідкої, не надто далеко і не надто близько. Цю зону прийнято називати заселеною зоною, або зоною Золотовласки (див. попередній розділ), і для початку це була цілком прийнятна оцінка. Однак вона не враховувала можливість виникнення життя в таких місцях, де були інші джерела енергії, завдяки яким вода там, де їй належало б перетворюватися на лід, залишалася в рідкому стані. Це міг би забезпечити легкий парниковий ефект. А також внутрішнє джерело енергії, наприклад залишковий жар після формування планети або радіоактивний розпад нестабільних важких елементів, кожен з яких робить свій внесок у внутрішній підігрів Землі і, отже, у її геологічну активність. Крім того, джерелом енергії служать і планетні припливи – це більше загальне поняття, ніж просто танці океану, що піднімається з Місяцем. Як ми вже бачили, Іо, супутник Юпітера, піддається постійним навантаженням через мінливі припливні сили, оскільки її орбіта не зовсім кругла і Іо то наближається, то віддаляється від Юпітера. Іо знаходиться на такій відстані від Сонця, що за інших умов мала б промерзнути на віки вічні, але через постійні приливні перепади заслужила титул небесного тіла з найбурхливішою геологічною активністю у всій Сонячній системі - там є все: і вулкани, що вивергають лаву і вогняні ущелини, і тектонічні зрушення. Іноді сучасну Іо уподібнюють до юної Землі, коли наша планета ще не охолонула після народження.

Не менш цікава і Європа - інший супутник Юпітера, який теж черпає тепло з приливних сил. Вчені вже давно підозрювали, а нещодавно підтвердили (на підставі знімків із космічного зонда «Галілео»), що Європа вкрита товстими пластами льоду, що мігрують, під якими розкинувся океан зі снігової жижі або рідкої води. Цілий океан води! Тільки уявіть собі, яка там підлідна риболовля. І справді, інженери та вчені з Лабораторії реактивного руху вже подумують, чи не послати на Європу космічний зонд, який здійснить посадку на лід, знайде в ньому полином (або прорубає або протопить її сам), опустить у неї глибоководну відеокамеру, і ми побачимо, що там і як. Оскільки життя на Землі, швидше за все, зародилося саме в океані, існування життя в океанах Європи – аж ніяк не порожня фантазія, таке цілком можливо. На мій погляд, найдивовижніша якість води – це не заслужений ярлик «універсального розчинника», про який ми всі дізналися на уроках хімії в школі, і не надзвичайно широкий діапазон температур, у якому вода залишається рідкою. Найдивовижніша риса води - те, що хоча майже всі речовини, у тому числі і сама вода, при охолодженні стають щільнішими, вода, охолодившись нижче 4°C, стає все менш і менш щільною. Коли вона замерзає при нулі градусів, то стає менш щільною, ніж у рідкому стані за будь-якої температури, і це прикро для водопровідних труб, зате дуже вдало для риб. Взимку, коли температура повітря падає нижче нуля, вода температурою 4 градуси опускається на дно і залишається там, а на поверхні дуже повільно наростає плавучий шар льоду і ізолює теплішу воду від холодного повітря.

Якби з водою не відбувалася ця інверсія щільності при температурі нижче 4 градусів, то при температурі повітря нижче точки замерзання зовнішня поверхня водоймища остуджувалась і опускалася на дно, а тепліша вода піднімалася б нагору. Така вимушена конвекція швидко охолодила всю масу води до нуля, після чого поверхня почала б замерзати. Більше щільний лід тонув би - і вся товща води промерзала б з дна до поверхні. У подібному світіне було б ніякої підлідної риболовлі, оскільки вся риба замерзла б - заморозилася живцем. А любителі підлідного лову сиділи б або під товщею ще не замерзлої води, або на брилі повністю замерзлої водойми. Щоб подорожувати по замерзлій Арктиці, не потрібні були б криголами: Північний Льодовитий океан або промерзав би до дна, або залишався відкритим для звичайного судноплавства, оскільки шар льоду пролягав би внизу. І льодом можна було б гуляти скільки хочеш і не боятися провалитися. В такому паралельному світікрижини та айсберги тонули б, і в 1912 році «Титанік» спокійнісінько доплив би до місця призначення - до Нью-Йорка.

Існування води в галактиці не обмежується планетами та їх супутниками. Молекули води, а також кілька інших знайомих домашніх хімічних речовин, наприклад аміаку, метану та етилового спирту, раз у раз реєструють у міжзоряних газових хмарах. При певних умовах - низькій температурі та високій щільності - група молекул води може перевипромінювати в простір енергію найближчої зірки у вигляді посиленого високоінтенсивного спрямованого мікрохвильового випромінювання. Фізика цього явища сильно нагадує все те, що відбувається з видимим світлом у лазері. Але в цьому випадку краще говорити не про лазер, а про мазер - так скорочується словосполучення "Microwave amplification by the stimulated emission of radiation" ("Посилення мікрохвиль за допомогою вимушеного випромінювання"). Так що вода не просто скрізь і скрізь у галактиці – іноді вона ще й променисто посміхається вам із космічних глибин.

Ми знаємо, що вода необхідна для життя на Землі, але можемо лише припускати, що вона є необхідною умовою виникнення життя в будь-якому куточку галактики. Проте хімічно безграмотні люди часто вважають, що вода - це смертоносна субстанція, з якою краще не стикатися. 1997 року Натан Зонер, чотирнадцятирічний учень середньої школив місті Ігл-Рок у штаті Айдахо, провів об'єктивне дослідження антитехнологічних забобонів і пов'язаної з ними «хіміофобії», що здобуло заслужену славу. Натан пропонував перехожим на вулиці підписати петицію з вимогою суворо контролювати або взагалі заборонити застосування монооксиду дигідрогена. Юний експериментатор наводив перелік кошмарних властивостей цієї речовини, позбавленого смаку та запаху:

Монооксид дигідрогена – головна складова кислотних дощів;

Рано чи пізно ця речовина розчиняє все, з чим стикається;

Якщо випадково вдихнути його, це може бути смертельно;

У газоподібному стані воно залишає тяжкі опіки;

Воно виявлено в пухлинах хворих на рак у термінальній стадії.

Сорок три людини з п'ятдесяти, до яких звернувся Зонер, підписали петицію, шестеро вагалися, а один виявився гарячим прихильником монооксиду дигідрогена і відмовився ставити свій підпис.

Життєвий простір

Якщо запитати людину, звідки вона, у відповідь зазвичай почуєш назву міста, де вона народилася, або якогось місця на земній поверхні, де він провів дитинство. І це абсолютно правильно. Однак

астрохімічно точна відповідь має звучати інакше: «Я походжу із залишків після вибухів безлічі масивних зірок, які загинули понад п'ять мільярдів років тому». Космічний простір – це головна хімічна фабрика. Запустив її Великий Вибух, що забезпечив Всесвіт воднем, гелієм і крапелькою літію - трьома самими. легкими елементами. Інші дев'яносто два елементи, що зустрічаються в природі, створили зірки, у тому числі весь без винятку вуглець, кальцій і фосфор у всіх до єдиного живих організмах на Землі, і в людях, і в інших. Кому був би потрібен весь цей найбагатший асортимент сировини, якби він залишився замкненим у зірках? Але коли зірки вмирають, вони повертають космосу левову часткусвоєї маси та приправляють найближчі газові хмари всім набором атомів, які згодом збагачують наступне покоління зірок.

Якщо складаються відповідні умови - необхідна температура і необхідний тиск, - багато атомів поєднуються і з'являються прості молекули. Після чого багато молекул стають більшими і складнішими, причому механізми для цього одночасно і вигадливі, і винахідливі. Зрештою, складні молекули самоорганізуються в ті чи інші живі організми, і це напевно відбувається в мільярдах куточків Всесвіту. Принаймні в одному з них молекули стали такими складними, що у них виник розум, а потім і здатність формулювати і передавати один одному ідеї, викладені за допомогою значків на цій сторінці.

Так-так, не тільки люди, а й усі інші живі організми в космосі, а також планети і місяці, на яких вони мешкають, не існували б, якби не залишки витрачених зірок. Загалом ви складається з покидьків. Із цим доведеться змиритися. А краще порадіти. Зрештою, що може бути шляхетніше, ніж думка про те, що у всіх нас живе Всесвіт? Щоб приготувати життя, рідкісні інгредієнти не потрібні. Згадаймо, які елементи займають п'ять перших місць за поширеністю у космосі: водень, гелій, кисень, вуглець та азот. За винятком хімічно інертного гелію, який ні з ким не любить створювати молекули, отримуємо чотири основні складові життя на Землі. Вони чекають свого часу в масивних хмарах, які обволікають зірки в галактиці, і починають створювати молекули, варто температурі впасти нижче за пару тисяч градусів Кельвіна. Молекули з двох атомів формуються відразу: це чадний газ та молекула водню (два пов'язаних другз другом атома водню). Варто знизити температуру ще трохи, і вийдуть стабільні три- або чотириатомні молекули на кшталт води (H2O), вуглекислого газу (CO2) та аміаку (NH3) – прості, але високоякісні продукти біологічної кухні. Якщо температура впаде ще трохи, виникне цілий сонм молекул із п'яти та шести атомів. А оскільки вуглець не тільки широко поширений, але ще й дуже діяльний з хімічної точки зору, то входить до більшості молекул, - по суті, у три чверті всіх «видів» молекул, що спостерігаються в міжзоряному середовищі, входить хоча б один атом вуглецю. Багатообіцяюче. Однак космос для молекул – місце досить небезпечне. Якщо їх не руйнує енергія вибухів наднових, справа довершує ультрафіолетове випромінювання від найближчих ультраярких зірок.

Чим більше молекула тим гірше вона витримує атаки. Якщо молекулам пощастило і вони мешкають у відносно спокійних чи прихованих від сторонніх впливів областях, вони можуть дожити до того, що увійдуть до складу крупинок космічного пилу, а врешті-решт і в астероїди, комети, планети та людей. Але навіть якщо зоряний натиск не залишить в живих жодну з початкових молекул, залишиться вдосталь атомів і часу, щоб створити складні молекули - не тільки під час формування тієї чи іншої планети, а й на піддатливій поверхні планети та під нею. Серед найпоширеніших складних молекулособливо виділяються аденін (це такий нуклеотид, або «основа», складова частинаДНК), гліцин (попередник білка) та глікоальдегід (вуглеводень). Всі ці та їм подібні інгредієнти необхідні виникнення життя у звичному нам вигляді і, безсумнівно, зустрічаються зовсім на Землі.

Проте вся ця вакханалія органічних молекул - це ще не життя, так само як борошно, вода, дріжджі та сіль - ще не хліб. Хоча сам перехід від сировини до живої істоти залишається загадкою, очевидно, що для цього потрібні кілька умов. Навколишнє середовище повинне підштовхувати молекули до експериментів один з одним і при цьому оберігати від зайвого травматизму. Особливо хороші для цього рідини, оскільки вони забезпечують тісний контакт, і велику рухливість. Чим більше можливостей для хімічних реакцій дає середовище, тим винахідливіші експерименти її мешканців. Важливо враховувати й інший фактор, про який говорять закони фізики: для хімічних реакцій необхідне безперебійне джерело енергії.

Якщо врахувати широкий діапазон температур, тиску, кислотності та випромінювань, при яких здатне процвітати життя на Землі, і пам'ятати, що те, що для одного мікроба затишний куточок, для іншого – камера тортур, стає зрозуміло, чому вчені більше не мають права висувати додаткові умови існування життя інших місцях. Прекрасна ілюстрація обмеженості подібних висновків наведена у чарівній книжці «Cosmotheoros» голландського астронома XVII століття Християна Гюйгенса: автор переконаний, що на інших планетах мають культивувати коноплі - інакше з чого робити корабельні канати, щоб керувати суднами та плавати морями? Пройшло триста років, і ми задовольняємося лише жменькою молекул. Якщо їх добре перемішати і поставити в тепле місце, можна розраховувати, що пройде всього кілька сотень мільйонів років - і у нас будуть процвітаючі колонії мікроорганізмів. Життя землі надзвичайно плідна, тут сумніватися годі було. А як справи в іншому Всесвіті? Якщо ще десь знайдеться небесне тіло, хоч скільки-небудь схоже на нашу планету, можливо, воно проробляло схожі досліди зі схожими хімічними реактивами і ці досліди були зрежисовані тими ж фізичними законами, які однакові у всьому Всесвіті.

Візьмемо, наприклад, вуглець. Він вміє створювати самі різні зв'язкиі з самим собою, і з іншими елементами і тому входить у неймовірну кількість хімічних сполук - у цьому немає рівних у всій таблиці Менделєєва. Вуглець створює більше молекул, ніж інші елементи разом узяті (10 мільйонів - як вам?). Зазвичай, щоб створити молекулу, атоми діляться одним чи кількома зовнішніми електронами, захоплюють один одного на кшталт кулачкових з'єднань між вантажними вагонами. Кожен атом вуглецю здатний створювати такі зв'язки з одним, двома, трьома чи чотирма іншими атомами – а от атом водню, скажімо, тільки з одним, кисню – з одним чи двома, азоту – з трьома.

Коли вуглець поєднується сам із собою, то створює безліч молекул із всіляких поєднань довгих ланцюжків, замкнутих кілець або розгалужених структур. Ці складні органічні молекули здатні подвиги, про які маленькі молекули можуть лише мріяти. Наприклад, їм під силу виконувати одне завдання на одному кінці та інше на іншому, скручуватися, згортатися, переплітатися з іншими молекулами, створювати речовини з новими та новими властивостями та якостями - їм немає перешкод. Мабуть, найдивовижніша молекула на основі вуглецю - це ДНК, подвійна спіраль, в якій зашифровано індивідуальне обличчя кожного живого організму. А як же вода? Якщо йдеться про забезпечення життя, вода має дуже корисну якість - вона залишається рідкою за дуже широкого, на думку більшості біологів, діапазону температур. На жаль, більшість біологів розглядають лише Землю, де вода залишається рідкою в межах 100 градусів за шкалою Цельсія. Тим часом подекуди на Марсі атмосферний тиск такий низький, що вода взагалі не буває рідкою - варто налити собі склянку H2O, як вся вода одночасно і закипить, і замерзне! Однак, хоч би яким сумним було нинішнє становище атмосфери Марса, у минулому вона дозволяла існувати величезним запасам рідкої води. Якщо колись на поверхні червоної планети і існувало життя, то лише на той час.

Що стосується Землі, то у неї на поверхні з водою дуже добре поставлено, іноді навіть надто добре і навіть смертельно небезпечно. Звідки вона взялася? Як ми вже бачили, логічно припустити, що частково її доставили сюди комети: вони, можна сказати, просякнуті водою (замерзлою, звичайно), у Сонячній системі їх мільярди, серед них зустрічаються досить великі, а коли Сонячна система тільки формувалася, вони постійно бомбардували юну Землю. Вулкани вивергаються не тільки через те, що магма дуже гаряча, а ще й тому, що гаряча магма, що піднімається, звертає підземні води в пару, а пара стрімко розширюється, що призводить до вибуху. Пара перестає поміщатися в підземні порожнечі, і з вулкана зриває кришку, через що H2O виходить на поверхню. З урахуванням всього цього не варто дивуватися, що на поверхні нашої планети повно води. При всьому різноманітті живих організмів Землі в них є спільні ділянки ДНК. Біолог, який у житті не бачив нічого крім Землі, тільки радіє багатогранності життя, проте астробіолог мріє про різноманітність у більшому масштабі: про життя, засноване на зовсім чужій нам ДНК або взагалі на чомусь іншому.

На жаль, поки що наша планета – єдиний біологічний зразок. Проте астробіолог може дозволити собі колекціонувати гіпотези про живі організми, які мешкають десь у глибинах космосу, вивчаючи організми, що мешкають в екстремальних середовищах тут, на Землі. Варто почати шукати цих екстремофілів, і виявиться, що вони живуть практично повсюдно: і на звалищах ядерних відходів, і в кислотних гейзерах, і в насичених залізом кислотних річках, і в глибоководних джерелах, що вивергають хімічні суспензії, і біля підводних вулканів, у вічній мерзоті , у купах окалини, в промислових соляних ставках і в різних місцях, куди ви напевно не поїхали б на медовий місяць, але які, ймовірно, цілком типові для більшості інших планет і супутників. Колись біологи вважали, що життя зародилося в якійсь «теплій калюжці», як писав Дарвін (Darwin 1959, p. 202); проте свідчення, що накопичилися останнім часом, змушують схилитися до уявлення про те, що першими живими організмами на Землі були саме екстремофіли.

Як ми побачимо в наступній частині, перші півмільярда років свого існування Сонячна система найбільше нагадувала стрільбище. На поверхню Землі постійно падали великі і маленькі брили, які залишали по собі кратери і подрібнювали в пилюку гірські породи. Будь-яка спроба запустити проект «Життя» була б припинена. Однак приблизно чотири мільярди років тому бомбардування послабшало, а температура земної поверхні почала опускатися, що дозволило результатам складних. хімічних дослідіввиживати та процвітати. У старих підручниках відлік часу ведеться від народження Сонячної системи, які автори зазвичай стверджують, що Землі на формування знадобилося 700-800 мільйонів років. Але це не так: експерименти в хімічній лабораторії планети могли початися не раніше, ніж стихне небесне бомбардування. Сміливо відніміть 600 мільйонів років «воєнних дій» - і вийде, що одноклітинні механізми вибралися з первісної жижі лише за 200 мільйонів років. Хоча вчені, як і раніше, не можуть зрозуміти, як саме зародилося життя, у природи, схоже, не виникло з цим жодних складнощів.

Астрохіміки пройшли колосальний шлях всього за кілька десятків років: ще недавно вони взагалі нічого не знали про молекули в космосі, а до сьогодні вже виявили практично всюди безліч різних сполук. Більше того, останні десять років астрофізики підтвердили, що планети обертаються і навколо інших зірок і що кожна зіркова система, а не тільки Сонячна, сповнена тих же чотирьох головних інгредієнтів життя, що і наш власний космічний будинок. Звичайно, виявити життя на зірці ніхто не очікує, навіть на «холодній», де всього тисяча градусів, проте життя на Землі часто зустрічається і в тих місцях, де температура сягає кількох сотень градусів. Всі ці відкриття разом змушують зробити висновок, що насправді Всесвіт нам аж ніяк не чужий і невідомий - насправді ми з нею вже знайомі на фундаментальному рівні. Але як близько ми знайомі? Яка ймовірність, що будь-які живі організми схожі на земні - засновані на вуглеці і віддають перевагу воді всім іншим рідинам? Розглянемо, наприклад, кремній - один із найпоширеніших елементів у Всесвіті. У таблиці Менделєєва кремній знаходиться прямо під вуглецем, а це означає, що вони однакова конфігурація електронів на зовнішньому рівні. Кремній, як і вуглець, може створювати зв'язки з одним, двома, трьома чи чотирма іншими атомами. За потрібних умов він також може формувати молекули-ланцюжка. Оскільки можливості для створення хімічних сполук кремнію приблизно такі ж, як і вуглецю, резонно припустити, що життя може виникнути і на його основі.

Однак із кремнієм є одна складність: крім того, що він зустрічається вдесятеро рідше вуглецю, він ще й створює дуже міцні зв'язки. Зокрема, якщо зв'язати кремній та водень, то вийдуть не зачатки органічної хімії, а каміння. На Землі ці хімічні сполуки відрізняються тривалим терміном зберігання. А щоб хімічне з'єднаннябуло сприятливо для живого організму, потрібні зв'язки, досить міцні, щоб витримати не надто сильні атаки довкілля, але не настільки непорушні, щоб відсікти можливість для подальших експериментів. А наскільки потрібна вода в рідкому стані? Невже це єдине середовище, яке підходить для хімічних експериментів, єдине середовище, здатне доставляти поживні речовини з одних частин живого організму до інших? Можливо, живим організмам потрібна просто будь-яка рідина. У природі часто зустрічається, наприклад, аміак. І етиловий спирт. Обидва виходять із найпоширеніших у Всесвіті елементів. Аміак, змішаний з водою, замерзає за температури набагато нижче, ніж просто вода (-73 °C, а не 0 °C), що розширює температурний діапазон, при якому є шанси виявити живі організми, які люблять рідину. Є й інший варіант: на планеті, де мало джерел внутрішнього тепла, наприклад, вона обертається далеко від своєї зірки і промерзла до кісток, роль необхідної рідини може зіграти і метан, який зазвичай перебуває в газоподібному стані. Такі сполуки відрізняються тривалим терміном зберігання. А щоб хімічна сполука була сприятливою для живого організму, потрібні зв'язки, досить міцні, щоб витримати не надто сильні атаки навколишнього середовища, але не настільки непорушні, щоб відсікти можливість для подальших експериментів.

А наскільки потрібна вода в рідкому стані? Невже це єдине середовище, яке підходить для хімічних експериментів, єдине середовище, здатне доставляти поживні речовини з одних частин живого організму до інших? Можливо, живим організмам потрібна просто будь-яка рідина. У природі часто зустрічається, наприклад, аміак. І етиловий спирт. Обидва виходять із найпоширеніших у Всесвіті елементів. Аміак, змішаний з водою, замерзає за температури набагато нижче, ніж просто вода (-73 °C, а не 0 °C), що розширює температурний діапазон, при якому є шанси виявити живі організми, які люблять рідину. Є й інший варіант: на планеті, де мало джерел внутрішнього тепла, наприклад, вона обертається далеко від своєї зірки і промерзла до кісток, роль необхідної рідини може зіграти і метан, який зазвичай перебуває в газоподібному стані.

У 2005 році космічний зонд «Гюйгенс» (названий на честь самі-знаєте-кого) здійснив посадку на Титан, найбільший супутник Сатурна, де багато органічних сполукі атмосфера в десять разів товща за земну. Крім планет - Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна, - кожна з яких складається цілком з газу і не має твердої поверхнею, - гідної згадки про атмосферу мають лише чотири небесні тілау нашій Сонячній системі: це Венера, Земля, Марс та Титан. Титан - аж ніяк не випадковий об'єкт дослідження. Перелік молекул, які можна виявити, вселяє повагу: це і вода, і аміак, і метан, і етан, а також так звані поліциклічні ароматичні вуглеводні - молекули з безлічі кілець. Водяний лід на Титані такий холодний, що став твердим, як цемент. Однак поєднання температури і тиску призводить метан в рідкий стан, і перших зображеннях, отриманих з допомогою «Гюйгенса», видно струмки, річки і озера рідкого метану. Хімічна обстановка на поверхні Титану у певному сенсі нагадує обстановку на юній Землі, ось чому багато астробіології вважають Титан «живою» лабораторією для вивчення далекого минулого Землі. І справді, проведені два десятки років тому експерименти показали, що якщо додати воду та трохи кислоти в органічну суспензію, яка виходить, якщо опромінити гази, з яких складається каламутна атмосфера Титану, це дасть нам шістнадцять амінокислот.

Нещодавно біологи дізналися, що сукупна біомаса під поверхнею планети Земля, можливо, більше, ніж на поверхні. Нинішні дослідження особливо витривалих живих організмів щоразу показують, що життя не знає перешкод і кордонів. Дослідники, які вивчають умови для виникнення життя, більше не «дурні професори», які шукають на найближчих планетах маленьких зелених чоловічків, - це вчені-універсали, які володіють різним інструментарієм: вони повинні бути фахівцями не тільки в астрофізиці, хімії та біології, а й в геології та планетології, оскільки життя їм доводиться виглядати будь-де.