6

АЙСХЕЙМ

ЖИЗНЬ В ГЛУБОКОЙ ЗАМОРОЗКЕ

Вы находитесь в длинном тёмном тоннеле, окружённом сплошным льдом. Единственный свет, похоже, исходит из далёкого вулканического жерла, которое извергает в ваш тоннель расплавленный материал из недр планеты. У своих ног вы смутно различаете трубу, ведущую в конец тоннеля. Воздух вокруг неё тёплый и влажный, и вы видите, что она выбрызгивает горячую воду, чтобы растопить во льду свободный проход от жерла к выходу. В животе урчит – эта поездка сюда заставила проголодаться. Вы замечаете, что вокруг вулканического жерла раскинулись поля червей, живущих в трубках – белых и красных. Вы пробуете на вкус одного из них. Неплохо. Возможно, они могли бы стать основным продуктом вашего рациона здесь, на этой странной планете под названием Айсхейм.

* * *

Мы начнём наше исследование возможной жизни на экзопланетах с рассмотрения целого ряда водных миров вроде Айсхейма, простая структура которых позволяет сравнительно легко анализировать их. Представьте себе эти миры как нечто вроде слоёного пирога (пусть даже и сферического): в самом центре находится сферическое ядро, состоящее из тяжёлых элементов вроде железа и никеля. Слой вокруг этого ядра состоит из более лёгких материалов – похожих на породы, из которых состоят мантия и кора Земли. Над этим слоем находится слой воды, а над ним – газообразная атмосфера.
Этот слоёный пирог может принимать самые разные формы. Если слой воды промёрзнет полностью, у нас будет ледяной мир вроде того, который в этой главе мы называем Айсхеймом. Если замёрзнет лишь поверхность воды, а под поверхностью будет находиться жидкий океан, у нас будет мир, подобный тому, который в главе 7 мы называем Новой Европой. Если жидкая вода покроет всё так, что суши не будет, у нас будет настоящий водный мир наподобие того, что в главе 8 мы называем Нептунией. Наконец, если существуют и суша, и жидкие океаны, которые сохраняются на протяжении миллиардов лет, у нас будет то, что в главе 9 мы называем миром Златовласки. Мимоходом отметим, что Земля – это именно такой мир.
Важный момент, который мы будем повторять раз за разом, состоит в том, что эти категории несколько непостоянны. Если бы океаны Земли замёрзли на поверхности, она превратилась бы из мира Златовласки в мир, подобный Новой Европе, а если бы наши моря промёрзли до дна, Земля стала бы миром вроде Айсхейма.
После этого общего введения, давайте перейдём к изучению нашего первого водного мира – самого простого мира, который мы можем себе представить. Это мир, в котором внешний слой воды промёрз до дна. Мы назвали его Айсхейм, потому что его замёрзшие просторы вызывают в памяти образы скандинавов и викингов с нашей собственной планеты. Название (с суффиксом -heim, что означает «дом») также подсказывает нам, что эта планета может быть домом для развитой жизни.
Существует ли такой мир на самом деле? Как мы утверждали в главе 1, практически любой мир, который вы можете себе представить, существует где-то на просторах Млечного Пути, – пока он не выходит за рамки законов физики, – и Айсхейм не будет исключением. Вообще, оказывается, что такие миры, как Айсхейм, могут быть довольно обычным явлением в нашей галактике.
Мы можем понять это, если подумаем о том, как формировались планеты в нашей солнечной системе. Они росли за счет накопления материалов из газового облака в форме блина, которое вращалось вокруг новоиспечённого Солнца. Во внутренней части солнечной системы планеты поглощали самые разнообразные материалы, от самых тяжёлых металлов вроде никеля и железа до самых лёгких газов – таких, как водород и вода. Когда формировалась каждая из этих планет, тепло, выделяемое всей массой сливающейся материи, заставляло её плавиться и превращало планету в плотную горячую магму. Самые тяжёлые материалы наподобие металлов опускались в центр, тогда как более лёгкие материалы вроде камней всплывали наверх.
Когда такая планета прекращала расти, она начинала остывать. Ядро (или, по крайней мере, его части) планеты, формирующейся по образу и подобию Земли, может оставаться жидким в течение многих миллиардов лет, если планета такая же большая, как наша, или может остывать и затвердевать быстрее, если планета меньше – как Марс. В нашей системе лишь Земля и Венера всё ещё сохраняют жидкое ядро; у других планет ядро давно остыло и полностью затвердело. Таким образом, мы ожидаем, что планеты земной группы будут обладать твёрдым ядром с жидким компонентом или без него. Мимоходом отметим, что именно движение жидкого ядра создаёт магнитное поле Земли, а отсутствие жидкого ядра приводит к тому, что у Марса такое поле отсутствует.
В настоящее время мы знаем, что вода – это обычное явление в галактике. Планеты, где на долю воды приходится, как минимум, несколько процентов от общей массы, могут составлять до 5 процентов от всех недавно открытых экзопланет. (Обратите внимание, что, если в галактике действительно существует 30 триллионов планет, как мы утверждали в главе 1, то планет описываемого нами типа будет больше триллиона.) Любой из этих миров, который находится вдали от своей центральной звезды, остынет до такого состояния, когда его водяной слой будет существовать в форме льда.
Мы обнаружили несколько примеров экзопланет, которые могли бы быть очень похожими на наш гипотетический Айсхейм. Самой поразительной является также самая удалённая из известных экзопланет. Она называется OGLE 2005-BLG-390Lb (в честь эксперимента по оптическому гравитационному линзированию [Optical Gravitational Lensing Experiment, OGLE], в ходе которого её обнаружили). Она находится в созвездии Скорпиона и расположена примерно в 21 500 световых лет от Земли. Масса планеты примерно в 5,5 раз больше массы Земли, но температура поверхности составляет -360 °F (-218°C). Этот мир получил прозвище «Хот», потому что напомнил своим первооткрывателям ледяной мир в фильме «Империя наносит ответный удар».
Таким образом, оказывается, что миры с металлическим ядром и мантией из скальных пород, окружённые водой, могут быть обычным явлением. Мы начнём исследовать важные аспекты нашей воображаемой жизни в таких мирах с того, что немного обдумаем мир Айсхейма.

Энергия

Энергия требуется для любой жизни, поэтому мы хотим определить возможные источники энергии, которые могут существовать на поверхности и внутри того или иного мира. Самый простой тип энергии, который можно рассмотреть, – это, конечно же, излучение звезды у планеты. Это именно тот тип энергии, который питает большую часть биосферы Земли. Принимая во внимание низкие температуры на поверхности Айсхейма, можно подумать, что планета должна находиться вдали от своей звезды, но это не обязательно так. Например, если бы не присутствие углекислого газа и других парниковых газов в атмосфере, средняя температура на Земле была бы около 0°F (-18 °C) – гораздо ниже точки замерзания воды. Поверхность Земли, в том числе океаны, замёрзнет, несмотря на то, что мы находимся относительно близко к Солнцу. На самом деле, как мы указывали в главе 3, пару раз в геологическом прошлом из нашего мира уже получалась так называемая «Земля-снежок» – это события, от которых планета была спасена, когда вулканы выбросили углекислый газ обратно в атмосферу, создав сильный парниковый эффект, который растопил всемирный ледяной покров.
Однако события «Земля-снежок» были недостаточно продолжительными, чтобы океаны успели промёрзнуть до дна, поэтому наша планета никогда не была ледяным миром наподобие Айсхейма. Вместо этого в состоянии «Земля-снежок» на нашей планете существовал бы подповерхностный океан, как на Европе, спутнике Юпитера. Мы подробнее обсудим миры такого рода в следующей главе.
Другим (и, на наш взгляд, более важным) источником энергии для жизни на Айсхейме является тепло, исходящее от его ядра, находящегося под слоем льда. Существует несколько возможных источников этого тепла, и относительная доля их участия будет зависеть от возраста и размера ядра.
Первый источник – это остаточное тепло от образования экзопланеты. В начале своей истории протопланета, ставшая Айсхеймом, двигалась по своей орбите, собирая весь рассеянный материал в своих окрестностях. Если бы вы оказались в это время на её поверхности, то вы наблюдали бы непрерывный дождь из падающих метеоритов. Энергия, приносимая этими метеоритами, была преобразована в тепло. (На Земле, как мы видели выше, такие метеориты выделяли достаточно тепла, чтобы полностью расплавить планету.) Как только весь метеоритный материал стал частью новорождённой планеты, началось неизбежное остывание. В случае Земли, спустя 4,5 миллиарда лет после образования нашей планеты, этот процесс всё ещё продолжается – добрая половина тепла недр является результатом этого исходного расплавления.
Распад радиоактивных элементов в недрах планеты – это ещё один источник тепла. Некоторые из них имеют удивительно долгий период полураспада, поэтому они снабжают ядро энергией на протяжении длительного времени. Например, период полураспада урана-238 составляет около 4,5 миллиардов лет – его продолжительность примерно равна возрасту Земли. Таким образом, у Земли всё ещё остаётся примерно половина её исходного запаса этого на удивление распространённого элемента. Учёные подсчитали, что вторая половина тепла, поступающего из недр Земли, образуется за счёт распада долгоживущих радиоактивных элементов вроде урана-238.
Количество радиоактивного материала, находящегося внутри Айсхейма, будет зависеть от химического состава облака межзвездной пыли, из которого он сконденсировался, и который, в свою очередь, будет зависеть в первую очередь от видов звёзд, чьи остатки посде взрыва сверхновой создали облако. У звёзд, образовавшихся из облаков, состоящих главным образом из первичного водорода, – так называемых звёзд первого поколения – в их первоначальном составе было совсем немного радиоактивных материалов. С другой стороны, можно ожидать, что системы, которые конденсируются из облаков, обогащённых за счёт переработки вещества ядерными реакциями за несколько поколений жизни звёзд, будут обладать гораздо более высокими концентрациями этих элементов и, следовательно, в недрах их планет выделится больше тепла, образующегося за счёт радиоактивности. Для справки: наша солнечная система считается третьим поколением – этим и объясняется высокий уровень радиоактивности, при котором мы живём, и широкий спектр элементов, которые мы здесь обнаруживаем.
Если принять во внимание эти два источника планетарного тепла, становится понятно, что размер ядра имеет огромное значение, и мы можем подтвердить это, рассмотрев объекты в нашей солнечной системе. Понять динамику тепла в ядре планеты можно, если представить себе кастрюлю с водой на плите. Когда происходит нагрев, вода вначале неподвижна, но, если подержать над ней руку, можно почувствовать тепло, излучаемое в комнату. Тепло передаётся через воду в результате столкновений молекул друг с другом – это процесс, который мы называем теплопередачей. Однако в итоге накопление тепла достигает такого состояния, что оно больше не может передаваться путём теплопередачи, и вода начинает кипеть. Вода, нагретая на дне кастрюли, поднимается на поверхность, где излучает энергию в помещение и охлаждается, а затем опускается обратно на дно. Этот процесс называется конвекцией, и он начинает работать, когда тепла слишком много, чтобы его можно было отводить исключительно за счёт теплопередачи.
Если ядро Айсхейма маленькое, как ядро у Меркурия, Марса и земной Луны, то внутреннее тепло уйдёт на поверхность за счёт теплопередачи, планета быстро остынет, и Айсхейм превратится в стабильный мёртвый мир. Однако, если ядро Айсхейма более крупное, больше похожее на ядро Земли или Венеры, всё становится гораздо интереснее.
На самом деле Земля представляет собой яркий пример действия конвекции. На протяжении сотен миллионов лет породы в мантии планеты «кипят», вынося расплавленную магму из недр на поверхность. В целом, чем больше ядро, тем больше энергии будет подниматься вверх за счет конвекции. Для наших целей самой важной особенностью этого процесса является образование горячих вулканических источников – областей, где богатые энергией материалы выводятся на поверхность. Срединно-Атлантический хребет, подводная горная цепь, протянувшаяся от Исландии до края Антарктиды, представляет собой такую особенность. Эти горы состоят из магмы, которая поднялась из жерл на морском дне вдоль центральной рифтовой долины хребта, а затем остыла, когда достигла дна океана. Если ядро Айсхейма достаточно велико, то мы можем ожидать, что подо льдом будут присутствовать такого рода жерла, и этот факт будет очень важен, когда мы станем обсуждать развитие жизни в этом месте.
Существует два важных вида энергии, которые поднимутся на поверхность через жерла Айсхейма. Один из них – это, разумеется, тепло. Вполне вероятно, что тепла хватит, чтобы растопить достаточное количество льда и создать вокруг жерла пузырь жидкой воды значительных размеров. В таких пузырях мы ожидаем найти те же молекулярные процессы, которые привели к появлению жизни, наблюдаемой нами вокруг гидротермальных источников на Земле.
Второй вид энергии, которая поступит из недр планеты, будет иметь химическую природу. Мы знаем, что наряду с магмой гидротермальные источники срединно-океанических хребтов на Земле (называемые «чёрными курильщиками») выносят из недр смесь разнообразных химических элементов. Они поставляют сырьё для богатой и разнообразной глубоководной экологии. На Земле вблизи гидротермальных источников процветают живые существа, начиная с бактерий, находящихся в самом низу пищевой цепочки в глубоководных участках океана, и заканчивая гигантскими трубчатыми червями и крабами. Вместо того, чтобы использовать для энергетической подпитки жизни солнечный свет, как это происходит у деревьев и трав на поверхности Земли, эти бактерии используют для получения энергии для своего обмена веществ процесс, известный как хемосинтез – на основе метана и соединений серы, а также минералов, растворённых в жидкостях гидротермальных источников. Эта энергия приводит в движение целые экосистемы.
Очевидным дополнительным источником энергии для Айсхейма является излучение его звезды. На Земле Солнце поставляет первичную энергию, ответственную за жизнь. Поскольку температура поверхности Айсхейма ниже точки замерзания воды, мы ожидаем, что он либо вращается вокруг маленькой тусклой звезды, либо находится далеко от обычной звезды. Само по себе это не является непреодолимым препятствием для развития жизни – это просто означает, что всё, что собирает энергию, должно быть больше, чем то, к чему мы привыкли на Земле. Например, чтобы собрать такое же количество энергии, которое падает на Земле на лист площадью 1 квадратный дюйм (около 6 кв. см), длина стороны «листа» на Плутоне должна быть около 3 футов (1 м). (Это, кстати, объясняет, почему плутоний, а не солнечные коллекторы питают космические корабли, отправленные на внешний край солнечной системы. Солнечные коллекторы должны быть огромными и, следовательно, будут весить слишком много.) На Айсхейме свет звезды будет поглощаться льдом и, вероятно, проникнет в толщу поверхности не больше, чем на несколько ярдов.
Могут существовать и другие виды излучения звезды – такие, как солнечный ветер или выбросы частиц. Конечно, мы видим это на нашем Солнце. Однако эти вспышки, скорее всего, будут спорадическими и, вероятно, больше повредят, чем принесут пользу жизни на поверхности Айсхейма. Жизнь на поверхности, если бы она когда-нибудь утвердилась там, вероятно, смогла бы приспособиться к постоянному солнечному ветру, как это сделала жизнь на поверхности Земли. Однако в любом случае маловероятно, что эти явления могут повлиять на жизнь в нижней части ледяного слоя.
Таким образом, с точки зрения наблюдателя в ледяном слое планеты, Айсхейм обладает довольно простой энергетической экономикой. Тепло поступает к нижней стороне льда из ядра, просачивается вверх сквозь лёд и в итоге выходит в космос в виде инфракрасного излучения. В то же время излучение звезды питает энергией слой вблизи верхней стороны льда. Таким образом, стоящая перед нами проблема состоит в том, чтобы понять, как в такой среде будет развиваться жизнь.

Происхождение и ранняя эволюция жизни

Давайте начнем с гидротермального источника срединно-океанического хребта. Как мы уже отмечали, из недр планеты будет поступать два вида энергии: тепловая и химическая. Тепло создаст вокруг источника пузырь жидкой воды. Такие пузыри могут быть довольно большими – в конце концов, цепи гидротермальных источников на Земле протягиваются на тысячи миль. Вообще, туннель может лучше, чем пузырь, изображать области вокруг гидротерм Айсхейма.
Многие учёные считают, что жизнь на Земле возникла вокруг такого рода гидротермальных источников, и мы не видим причин, по которым на Айсхейме не могло произойти того же самого. Предположительно, как уже обсуждалось в главе 4, первыми должны были развиваться одноклеточные организмы. Чисто теоретически давайте предположим, что осуществился также и переход к многоклеточной жизни. Как только развилась многоклеточная жизнь, мы можем взглянуть на окружающую среду, в которой она существует, чтобы увидеть, как она может эволюционировать.
Первое, что мы можем отметить, это то, что вдоль гидротермы будут находиться места, где питательные вещества, необходимые для жизни, будут поступать из недр в большей концентрации, чем в других местах. Это означает, что вдоль гидротермы будет наблюдаться градиент, а количество нужных материалов будет расти по мере приближения к областям с высокой концентрацией питательных веществ. Существует очевидное эволюционное преимущество в том, чтобы двигаться вверх по этому градиенту в более богатые ресурсами области, и мы ожидаем, что естественный отбор создаст жизнь с такой способностью. Такие формы жизни должны стать конечным продуктом длинной цепочки актов отбора, причём каждый шаг позволял бы им чуть быстрее продвигаться вверх по градиенту питательных веществ. Это удовлетворяло бы требованию, которое мы предъявляли к эволюционным изменениям в главе 4: каждый шаг в цепочке событий должен давать эволюционное преимущество.
Один из способов обеспечить мобильность – это быть формами жизни, которые способны двигаться независимо, как рыбы в океанах Земли. Но независимая мобильность – это не единственный способ, посредством которого организмы могут реагировать на градиент питательных веществ. Немобильные формы жизни (например, устрицы) могут доставлять новые поколения потомства в области, более богатые ресурсами: например, споры могут высвобождаться преимущественно в направлении «вверх по градиенту». В этом случае каждая особь была бы привязана к одному месту, но популяции переселялись бы с течением времени.
Какая из этих двух стратегий станет преобладать, будет зависеть от того, насколько быстро менялось расположение богатых питательными веществами окрестностей горячих источников. Быстрые изменения благоприятствовали бы независимому передвижению, тогда как более медленные изменения могли бы способствовать переселению популяций. Мы предполагаем, что можно ожидать обоих типов эволюции – так что у нас будут как «рыбы», так и «устрицы».
Есть ещё один градиент, который может существовать в туннелях, образованных гидротермальными источниками – это температурный градиент. Вода в гидротермальном источнике будет весьма горячей. На Земле, например, температура воды в гидротермальных источниках может превышать 750°F (400°C) – высокое давление, создаваемое лежащим выше океаном, не даёт воде закипеть. С другой стороны, на поверхности льда температура обычно не будет превышать примерно 32°F (0°C). Таким образом, в туннеле должны существовать области с разными уровнями температуры, как и на Земле. Поэтому можно ожидать, что в итоге в процессе эволюции появятся разные виды, каждый из которых будет приспособлен к собственному температурному режиму (вспомните тигров и белых медведей).
А как насчёт поверхности планеты? Первое, что мы можем сказать – то, что развитие жизни, похожей на нас, и даже жизни, не похожей на нас, зависит от химических реакций в жидкой среде. Поскольку на поверхности Айсхейма жидкостей нет, мы должны сделать вывод о том, что в этой среде жизнь не может развиваться независимо. С другой стороны, учёные утверждают, что часть жизни на Земле, зародившаяся в гидротермальных источниках срединно-океанических хребтов, позже мигрировала на поверхность. Подобный процесс – единственный для нас способ увидеть жизнь, выходящую на поверхность Айсхейма.
Конечно, между Землёй и Айсхеймом существует существенное различие в том, что касается миграции жизни на поверхность. На Земле путь от горячего источника до поверхности проходит по жидкой воде, и всё, что необходимо для перехода, – способность организма справляться с изменениями давления, когда он плывёт вверх. И напротив, в Айсхейме путь наверх ведёт сквозь сплошной лёд – гораздо более внушительный барьер.
Именно в этот момент мы можем увидеть, как вступают в игру свойства естественного отбора. Энергия, которой звезда заливает тонкий слой льда на поверхности, может оказаться полезной для форм жизни, которые эволюционировали вокруг горячих источников. Проблема состоит в том, что для использования этой энергии живые существа должны нащупать такой ряд шагов, которые (1) выведут их на поверхность и (2) наделят эволюционным преимуществом на каждом из этапов.
Например, во льду может существовать сеть микроскопических трещин, в которые может поступать горячая, богатая минеральными веществами вода из гидротермального источника, несущая в себе микробы. Если бы эти трещины дошли до области, куда проникла энергия звезды, эти микробы могли бы эволюционировать в многоклеточные фотосинтезирующие организмы, как они сделали на Земле. Смысл этого сценария состоит в том, что разломы должны были дойти до поверхности хотя бы в одном месте, чтобы жизнь могла колонизировать всю поверхность. Если бы в одном месте слой льда был особенно тонким, то там путешествие сквозь лёд было бы значительно легче. Как только одноклеточные живые системы, первыми мигрировавшие на поверхность, эволюционировали бы в сложные фотосинтетические организмы, они, предположительно, распространились бы по поверхности, и в дальнейшем уже не контактировали бы напрямую с горячими источниками.
Эти эволюционно продвинутые организмы будут зависеть от света звезды как от источника энергии. На Земле преобразование солнечного света в материалы, необходимые для жизни, – это невероятно неэффективный процесс. Например, в жаркий летний день кукурузное поле в Айове – место, где солнечный свет используется, возможно, успешнее, чем где-либо ещё на планете, – преобразует в органические молекулы лишь считанные проценты энергии, содержащейся в солнечном свете. Мы сомневаемся, что растительная жизнь на Айсхейме может оказаться столь же расточительной. Следовательно, мы предполагаем, что уловители солнечной энергии у обитающих на поверхности организмов Айсхейма – за неимением лучшего термина, давайте назовём их «листьями», – будут довольно крупными по земным меркам. Вероятно, они также были бы чёрными, потому что им пришлось бы поглощать всю энергию скудного излучения звезды. Иными словами, вместо того, чтобы выглядеть как блестящий ледяной шар, Айсхейм вполне может быть хотя бы частично покрыт тонким слоем чёрных листьев.
Как мы уже отмечали, между поверхностью льда и поверхностью ядра будут существовать два потока энергии: движущееся вверх тепло изнутри, которое в итоге будет излучаться в космос, и в слое близ поверхности льда – звёздное излучение, распространяющееся вниз. Можно представить себе жизнь, колонизирующую слой льда, подобно тому, как жизнь колонизировала негостеприимные полярные регионы Земли. Нити – давайте назовём их «корнями» – могут протягиваться с поверхности вниз, чтобы поглощать любого рода энергию, которую не улавливают листья; они также могут простираться вверх от туннелей жидкости у гидротермальных источников, улавливая тепло, покидающее каменистую поверхность. В обоих случаях возможность использовать дополнительные источники энергии таит в себе очевидное эволюционное преимущество. В некоторых случаях прорастающие вниз нити могут даже объединяться со своими тянущимися вверх напарниками, создавая аналог леса бурых водорослей.

Разум и технологии

Развитие продвинутых форм жизни на такой планете, как Айсхейм, в лучшем случае проблематично. Мы очень мало знаем об условиях окружающей среды, которые привели к появлению на Земле развитого разума, поэтому мы не можем точно сказать, будут ли они существовать на Айсхейме, но давайте в целях обсуждения предположим, что они существуют. Другими словами, давайте предположим, что живые существа вокруг жерл Айсхейма действительно приобрели то, что мы назвали бы разумом. Как бы выглядела их технология?
Во-первых, их окружение показалось бы нам очень странным. Если не считать свечения лавы, выходящей через жерло, там стояла бы кромешная тьма. Наши гипотетические организмы, вероятно, воспринимали бы окружающий мир в инфракрасном диапазоне, и у них были бы улучшенные тактильные органы, чтобы ощущать движение воды вокруг себя. Конечно, они существовали бы в жидкой среде, но их мир был бы заключён в купол из твёрдого льда. Размеры купола – границы их вселенной – будут зависеть от количества тепла, поступающего из их гидротермального источника. Чем больше будет тепла, тем больше льда будет растоплено и тем большее пространство будет доступно для жизни. Если бы поступление тепла из недр планеты стало достаточно сильным, «туннели» талой воды увеличились бы до такой степени, что слились бы, образовав вокруг ядра толстый слой жидкой воды, который оставался бы покрытым водяным льдом сверху. Это будет мир подповерхностного океана, который мы обсудим в следующей главе. Эта возможность иллюстрирует тот факт, что границы между различными видами водных миров выражены не так резко, как мы отмечали выше.
В жизни этого гипотетического мира доминирующим явлением будет температурный градиент между гидротермальным источником и ледяной стеной или потолком, поэтому, вероятно, можно предположить, что первой наукой, разработанной на Айсхейме, будет термодинамика. Первые машины планеты, вероятно, использовали бы этот градиент для производства энергии, подобно тому, как люди использовали энергию ветра, строя ветряные мельницы.
Переброска тепла также представляла бы особую важность в технологии айсхеймеров. Она, по всей вероятности, сыграла бы в их технологии роль, аналогичную той, которую играла переброска воды в ирригационных системах в ранних культурах у людей. Поскольку у наших гипотетических организмов на Айсхейме не было бы огня, тепло, перемещаемое из области гидротермального источника, должно было бы удовлетворять их потребности – например, обогревать какие-то укрытия, которые им требовались для поддержания цивилизации вблизи поверхности льда.
Что касается материалов и инструментов, то айсхеймеры оказались бы практически в той же ситуации, в какой когда-то находились наши собственные предки на Земле. Предположительно, по полу их туннеля были бы разбросаны камни, подходящие для изготовления примитивных орудий труда, и вблизи горячих источников были бы отложения различных минералов, которые можно добывать. Без огня металлургия была бы совершенно иной, хотя мы подозреваем, что инженеры Айсхейма смогли бы изготавливать инструменты из расплавленной смеси камня и металла, поступающей из жерл подводных вулканов. Они могли бы, например, разливать материал из жерла по формам. По сути, жерла подводных вулканов будут бесплатно обеспечивать процессы нагрева и расплавления, необходимые для металлургии на Земле. Мы даже можем представить себе, что айсхеймерская металлургия достигнет такого уровня точности, что ведение записей и хранение информации будут происходить при помощи подходящих для этого металлических изделий.
Мы предполагаем, что устройством, которое символизировало бы технологию Айсхейма, стала бы труба – подобно тому, как колесо символизирует нашу собственную технологию. Если бы для какой-либо работы потребовалось тепло, его можно было бы просто подать в соответствующее место по трубе, начинающейся у гидротермального источника. Если, например, требуется больше жилых площадей, для их создания можно было бы распылять горячую воду из гидротермального источника на ледяную стену. Вместо того, чтобы дробить материал, как мы делаем на Земле, когда хотим построить туннель, инженеры Айсхейма могли бы просто удалить его при помощи горячей воды.

Общение и язык

А как айсхеймеры общались бы друг с другом? В океанах Земли киты и дельфины используют звуковые волны по аналогии с человеческим языком. Поэтому представляется разумным ожидать, что эволюция жизни в туннелях жидкости вокруг горячих источников на Айсхейме может привести к аналогичному использованию звука для связи и, возможно, в качестве гидролокатора для навигации. Нам также известно, что некоторые виды угрей взаимодействуют с окружающей средой с помощью электричества, поэтому электромагнитные сигналы могут представлять собой ещё один способ общения.
На ранних этапах эволюции жизни на Айсхейме организмы, которые могли бы лучше всех обнаруживать небольшие изменения в тепловых выбросах, производимые хищниками, обладали бы преимуществом в выживании. Если помнить о преобладании тепловой энергии в области вблизи горячего источника, обнаружение и модуляция рисунка тепловых колебаний могут также служить средствами связи и навигации. Это будет происходить параллельно с развитием глаз, которые собирают видимый свет на Земле. Мир, каким его видят жители Айсхейма, представлял бы собой богатую смесь тепловых колебаний. Это может даже послужить толчком к появлению науки на их планете.

Наука

В большинстве ранних цивилизаций на Земле сформировалось тонкое понимание движения Солнца, Луны и планет на звёздном ночном небе. Такие наблюдения преследовали главным образом практические цели, и изначально использовались для определения сезонных сроков посева и сбора урожая сельскохозяйственных культур и, возможно, для отслеживания миграций животных, добывавшихся для получения пищи и одежды. Позже они понадобились нашим самым первым путешественникам для мореплавания. Исследование движения планет относительно фоновых, «неподвижных» звёзд привело к разработке первых космологий в греческой и других культурах. Ответ на вопрос о месте Земли в огромной вселенной, окружающей нас, неизменно оставался основным в философии практически всех культур.
Самым ранним разумным видам на Айсхейме ночное небо было бы недоступно, но мы можем задать себе вопрос: что они «увидели» бы, если бы взглянули вверх? Конечно, они увидели бы ледяной потолок, но если бы их «глаза» были тонко настроены на небольшие колебания теплового излучения, то они действительно смогли бы увидеть доказательства того, что за этим потолком существует вселенная. Если на их планете существуют сезонные изменения, как на Земле, то изменение местоположения солнца в небе над Айсхеймом вызовет тепловые волны, которые по-разному распространяются вниз сквозь лёд.
Возможно, айсхеймеры смогли бы обнаружить эти тепловые волны. Они могли бы даже попытаться понять закономерность движения источника тепла по их ледяному «небу». Если на их планете есть ещё и источники тепла от крупных близлежащих планет и лун, то картина этих движений может быть довольно сложной, что может привести к развитию сложной космологии.

Исследователи Айсхейма

Вы можете представить себе бесстрашных исследователей, покидающих свой родной горячий источник и отправляющихся в путь сквозь льды, подобно тому, как европейские моряки отправлялись в плавание по океанам в эпоху географических открытий. Разработать технологию, необходимую для такого путешествия, – термоизолированную трубу – было бы не так уж сложно. И точно так же, как европейские моряки обнаружили Новый Свет, исследователи Айсхейма открывали бы новые горячие источники, новые места, где их вид жизни мог бы процветать. Они могли бы даже использовать тепловые знаки в своем ледяном «небе» в качестве вспомогательных средств навигации. В конце концов, может появиться опоясывающая весь мир система туннелей, соединяющих горячие источники планеты, подобно авиационным маршрутам, соединяющим разные места на поверхности Земли.
Если жители Айсхейма обладают склонностью к науке, можно даже представить себе экспедицию, предназначенную для того, чтобы двигаться вверх сквозь лёд, а не по скалистой поверхности, как это делали люди в нашу эпоху первых исследований Земли. Айсхеймерам было бы несложно направить свои трубы в новом направлении вверх, а не вбок, – если бы им стало интересно узнать о закономерностях и источниках тепловых колебаний в их «небе». Тогда они с изумлением обнаружили бы, что в их мире есть «самый верх»! Любопытство может завести их ещё дальше. Они могли бы открыть для себя космическое пространство и задаться вопросом о том, что их ждёт на этих просторах. Возможно, они будут совершенствовать космоплавание и получат возможность ответить на собственную версию вопроса «Есть здесь кто-нибудь ещё?»

Майк и Джим

Джим: Я вижу, что некоторые ребята из университета Седьмого Источника предлагают проложить тоннель, ведущий вверх.

Майк: Ты имеешь в виду, удаляясь от горячего источника? Зачем им это нужно?

Дж.: Они утверждают, что те небольшие изменения в тепловых сигналах, которые мы недавно обнаружили, исходят от источника за поверхностью льда.

М.: Ты имеешь в виду, что они думают, будто бы у льда есть поверхность?

Дж.: Они так говорят.

М.: Это же полная чушь! Поверх льда не может быть воды – любая поверхность наверху оказалась бы слишком далеко от горячих источников, чтобы что-нибудь могло растаять. Как же можно получить воду без горячего источника?

Дж.: И все знают, что без горячего источника жизни просто не может быть.

М.: А горячего источника не будет без скалистой поверхности.

Дж.: Да уж, вся эта затея – бред какой-то.

7

НОВАЯ ЕВРОПА:

ОКЕАН ПОДО ЛЬДОМ

Вы сидите в подводной лодке, плывущей прямо над самым дном океана. Вдали виднеется подводный горный хребет. Под вами – гидротермальный источник срединно-океанического хребта, из которого в воду исторгается нечто напоминающее чёрный дым. Вокруг горячего источника колышется густой лес растениеподобных организмов, питающихся богатой химической смесью, извергаемой из недр планеты. Левее вы замечаете косяк рыб, которые используют для плавания растворённые в воде газы, накапливая их в плавательном пузыре. Вы приглядываетесь к горячему источнику внимательнее: похоже, рядом с ним есть здания, а над ними плавает что-то вроде воздушных шаров. Но какими бы удивительными ни были эти вещи, вас больше всего интересует нечто иное. Вы ведёте свою подводную лодку вверх, сквозь толщу воды, пока её нос внезапно не врезается в сплошной слой льда. Вы добрались до предела этого мира.

* * *

Когда мы только начали исследовать внешние пределы солнечной системы, одним из величайших сюрпризов стала Европа, спутник Юпитера. Космический аппарат «Галилео», запущенный в 1989 году и достигший Юпитера в 1995-м, сделал удивительное открытие, связанное с этим небесным телом. На основании измерений, которые мы сейчас подробно опишем, команда «Галилео» пришла к выводу, что под ледяной поверхностью Европы находится подлёдный океан жидкой воды. На самом деле оказывается, что на этой крошечной Луне жидкой воды больше, чем во всех океанах Земли. В отличие от планеты Айсхейм, которую мы обсуждали в предыдущей главе, и где были лишь пузыри жидкой воды вокруг горячих источников, а остальная поверхность была покрыта толстым слоем льда, Европа обладает большим океаном под сравнительно тонким слоем льда.
Трудно переоценить то влияние, которое это открытие оказало на научный мир. Ранее предполагалось, что значительное количество жидкой воды в нашей солнечной системе находится исключительно в океанах Земли. Вообще, в 1980-е годы один из авторов этой книги (Дж. Т.) назвал нехватку воды главным препятствием для экспансии человеческой расы в космос. Конечно, Европа с температурой поверхности -370°F (-223°C) была последним местом, где кто-либо ожидал бы найти жидкую воду. Однако это именно то, что обнаружил «Галилео».
Взгляд на поверхность Европы намекает нам на то, что именно в этой луне есть нечто особенное. Прежде всего, на ней очень мало кратеров. Поскольку за время своего существования Европа должна была подвергнуться ударам множества небесных тел, отсутствие кратеров подразумевает наличие механизма их стирания или скрытия. Детали этого механизма мы обсудим позже, а пока просто отметим, что нынешней поверхности Европы менее 50 миллионов лет – лишь мгновение ока по астрономическому времени. Кроме того, на ледяной поверхности есть большое количество трещин, которые, по-видимому, заполнены пока ещё неопознанным чёрным веществом, которое, очевидно, поступает изнутри. Трещины свидетельствуют о том, что в прошлом лёд на поверхности раскалывался и смещался.
Первые свидетельства существования подповерхностного океана жидкой воды были получены в результате магнитных измерений, проведенных космическим аппаратом «Галилео», когда он пролетал мимо Европы. Они показали наличие магнитного поля, и лучший способ объяснить этот факт – предположить, что на Европе есть глобальный океан солёной воды под тонкой ледяной поверхностью. Космический телескоп «Хаббл» убедительно подтвердил этот вывод в 2016 году, когда обнаружил столбы водяного пара, выбрасываемые с поверхности на высоту до 120 миль (200 км).
В совокупности эти результаты показывают, что Европа обладает глобальным подповерхностным океаном жидкой воды глубиной от 50 до 120 миль (от 80 до 200 км) под слоем льда толщиной в среднем несколько миль. Толщина льда сильно варьирует в разных местах поверхности Европы и в некоторых районах может составлять всего лишь около мили (0,6 км) или около того.
Первый вопрос, который приходит на ум, как только мы признаём существование подповерхностного океана на Европе, состоит в том, откуда берется энергия, необходимая для поддержания воды в жидком состоянии. В отличие от Айсхейма, Европа слишком мала, чтобы выделять значительное тепло либо в процессе охлаждения, либо благодаря радиоактивности. Мы ожидаем, что она будет геологически мертва, как Луна у Земли.
Однако существует ещё один источник энергии, действующий в системе Юпитера, и он обусловлен гравитационным воздействием, которое оказывают на Европу Юпитер и другие его спутники. Европа завершает оборот по орбите примерно за 85 часов, и за это время расстояние между ней и Юпитером и тремя другими крупными спутниками планеты (Ио, Ганимед и Каллисто) меняется. Следовательно, сила и направленность гравитационного воздействия, которое испытывает Европа, также меняются. В результате она постоянно изгибается, скручивается и деформируется – а при этом, как мы знаем, выделяется тепло. (Вы можете убедиться в этом, если быстро посгибаете металлическую полосу туда-сюда, а затем потрогаете пальцами место изгиба.) Этот процесс, известный как приливный разогрев, способен поддерживать подповерхностный океан Европы в жидком состоянии в течение многих миллиардов лет. (Название дано в связи с тем фактом, что изменяющееся гравитационное поле создаёт приливы и отливы на небесных телах.)
Как только было подтверждено существование подлёдного океана на Европе, аналогичные подповерхностные океаны были обнаружены на Ганимеде и Каллисто, а также на спутниках Сатурна Титане и Энцеладе. Космический аппарат «Кассини», находившийся на орбите Сатурна, смог пролететь через гейзер, извергающийся на поверхности Энцелада. Подповерхностные океаны во внешней области Солнечной системы быстро стали главными кандидатами на звание мест, где могла развиться внеземная жизнь. Это, кстати, объясняет, почему в 2003 году космический аппарат «Галилео» столкнулся с Юпитером, а космический аппарат «Кассини» в 2017 году врезался в Сатурн. Они оба были уничтожены, чтобы исключить (минимальную) возможность того, что они могут упасть на одну из этих лун и тем самым загрязнить её земными микробами.
Прежде чем покинуть нашу Солнечную систему, мы должны отметить, что наблюдения с космического аппарата «Новые горизонты» показывают, что на Плутоне также есть подповерхностный океан жидкой воды, а на его луне Хароне подповерхностный океан существовал в далёком прошлом. Поскольку на Плутоне возможность приливного разогрева отсутствует, источник тепла, необходимого для поддержания существования его океана, в настоящее время остается загадкой.
Существует несколько путей образования мира с подповерхностным океаном, покрывающим каменное и, возможно, металлическое ядро. Большая планета вроде Айсхейма может начинать со слоя твёрдого льда, покрывающего каменное ядро, но остаточное тепло от образования планеты или большое количество тепла, выделяемого за счёт радиоактивного распада в её ядре, может растопить этот лёд в количестве, достаточном для создания океана. В качестве альтернативы, как и в случае с Европой и другими лунами в нашей Солнечной системе, внешний процесс наподобие приливной деформации может генерировать достаточно много тепла для поддержания части воды, покрывающей ядро, в жидком состоянии. В этих ситуациях тепло, которое поддерживает подповерхностный океан, создаёт слой жидкой воды «снизу вверх».
Можно также представить себе мир, на поверхности которого когда-то существовали жидкие океаны, но он охладился достаточно сильно, чтобы его внешний слой воды был заморожен, а внутренняя вода оставалась жидкой. События «Земля-снежок» в истории нашей собственной планеты показывают, что такое может случиться. Вообще, в истории Земли были моменты, когда её можно было бы классифицировать как мир подповерхностного океана. Основная мысль в данном случае заключается в том, что структура планеты развивается в последовательности «сверху вниз», при этом слой льда образуется поверх жидкого океана. События «Земля-снежок» вновь напоминают нам, что планеты могут перемещаться взад-вперёд между различными категориями водных миров, которые мы выделили. Кроме того, мы должны быть готовы к тому, что условия для развития жизни могут различаться в зависимости от того, исследуем ли мы спутник планеты, подвергающийся приливному разогреву, или планету на собственной орбите, не подвергающуюся подобному нагреву.
В этом месте мы сталкиваемся с одним из тех вопросов без ответа, которые иллюстрируют пробелы в наших знаниях об астрономических объектах, потому что дело в том, что мы на самом деле не понимаем особенностей тепловых потоков в небесных телах с подповерхностными океанами. Существует общее мнение о том, что жидкая вода будет переносить тепло вверх за счет конвекции. Однако неизвестно, будет ли конвекция происходить ещё и во внутренней, каменной мантии и металлическом ядре, как на Земле. Некоторые теоретики утверждают, что даже такой маленький мир, как Европа, может поддерживать конвекцию в мантии и, следовательно, обладать такими глубоководными гидротермальными источниками, которые мы обсуждали в предыдущей главе. Чисто теоретически мы предположим, что это так, и рассмотрим только миры с подповерхностными океанами, где существуют глубоководные гидротермальные источники.
Давайте рассмотрим, как могла бы развиваться жизнь в таком мире, и в честь открытий космического аппарата «Галилео» давайте назовём наш воображаемый мир Новой Европой.

Лингвистическое отступление

Вероятно, вам известно, что в 2006 году небольшая группа астрономов на заседании Международного астрономического союза, одним из самых глупых решений, когда-либо принятых научным органом, проголосовала за «понижение» Плутона до статуса «карликовой планеты». В процессе принятия решения им пришлось совершенно непонятным образом переопределить слово «планета» (полное обсуждение этого голосования приводится в нашей книге «Экзопланеты»*). Это решение было проигнорировано многими учёными-планетологами, и в этой книге мы поступим так же. Чтобы читателям было легче понимать наши доводы, мы также сохраним общепринятое различие между «планетой» и «луной», но отметим, что среди учёных-планетологов существует тенденция называть любой объект, включая луны, «планетой», если он достаточно велик, чтобы мог собраться в сферическую форму, и достаточно мал, чтобы не быть звездой. Мы отдаём себе отчёт в том, что называть Луну Земли «планетой» несколько странно, по крайней мере, на первый взгляд, но мы ожидаем, что это соглашение в конечном итоге примут ещё больше астрономов.

Жизнь подо льдом

Как мы уже не раз отмечали, самая интересная ситуация в водных мирах возникает, когда ядро достаточно велико, чтобы поддерживать тектоническую активность, и из-за этого на поверхности твёрдого ядра имеются горячие источники в районе срединно-океанических хребтов. Многие учёные считают, что жизнь на Земле зародилась в таких источниках в глубоких океанах нашего мира, и они, бесспорно, создают среду, в которой в изобилии имеются энергия и материалы, необходимые для жизни. Давайте рассмотрим планету с горячими источниками на поверхности её ядра и подповерхностным океаном, покрытым слоем льда, – мир, который мы называем Новая Европа.
Как мы увидели на примере Айсхейма, явным эволюционным преимуществом для живых организмов будет способность переселяться вдоль жерла горячего источника в те места, где материалы, необходимые для поддержания жизни, будут особенно изобильным. Мы ожидали бы, что это окажется справедливым и для Новой Европы, но у её обитателей будет дополнительная возможность, недоступная айсхеймерам. На Айсхейме передвижение между горячими источниками заблокировано твёрдым льдом, однако на Новой Европе живые организмы могут легко колонизировать новые горячие источники, просто передвигаясь в жидкой воде. По факту мы ожидали бы от них способности мигрировать к разным источникам, подобно тому, как живые организмы на Земле переселяются с острова на остров через поверхность океана.
Каждый горячий источник будет представлять собой отдельную экологическую нишу, которую можно колонизировать, и мы ожидаем, что дарвиновская эволюция будет стимулировать развитие различных видов для этих ниш, как и на Земле. Например, различные горячие источники могут выносить на поверхность разные химические смеси, или поддерживать разные температуры, и эти различия приведут к появлению разнообразных видов на дне океана. (Ещё раз вспомните о тиграх и белых медведях.)
Картина потоков энергии на Новой Европе была бы аналогична таковой на Айсхейме. Тепловая и химическая энергия выбрасывались бы вверх через гидротермальные источники, а свет от звезды планеты проникал бы в слой льда. Мы можем представить себе формы жизни, которые возникли в жерлах срединно-океанических хребтов и следуют за восходящим потоком энергии и вещества к нижней части ледяного покрова. Он отмечал бы предел их вселенной. Как и на Айсхейме, эволюционное преимущество получат организмы, которые смогут расселиться сквозь лёд и воспользоваться энергией излучения своей звезды. Мы даже можем представить себе несколько способов, позволяющих осуществить такое расселение.
Например, в слое льда могут быть трещины и расщелины, по которым может просачиваться вода, несущая с собой микробов. Кроме того, мы знаем, что в мирах с подповерхностным океаном в нашей Солнечной системе (в том числе на спутнике, который мы можем назвать «Старой» Европой) время от времени образуются гейзеры жидкой воды, которые представляют собой ещё один путь сквозь лёд. Наконец, мы считаем, что удары метеоритов могут разламывать такие слои льда большими трещинами, позволяя жидкой воде вытекать из недр. Когда эта вода замерзает, она создает новую поверхность – это процесс, который астрономы называют обновлением поверхности. (Он, кстати, объясняет редкость кратеров на поверхности «Старой» Европы.) Любая из этих возможностей может дать живым системам контакт с излучением звезды, и мы предполагаем, что начнётся эволюция какого-то процесса наподобие фотосинтеза, чтобы организмы могли воспользоваться этой энергией.
Вообще, утверждения из предыдущего абзаца поднимают интересный вопрос, потому что, хотя и кажется, что в мирах с подповерхностными океанами жизнь сравнительно легко может пробиться сквозь слой льда, в нашей Солнечной системе нет свидетельств существования жизни на поверхности таких миров. Различие, которое мы провели между лунами и планетами, где океаны на первых поддерживаются в жидком состоянии за счёт приливного разогрева, вполне может оказаться очень важным. В других мирах может существовать какая-то ещё не открытая причина, по которой жизнь в таких мирах, как Новая Европа, не сможет мигрировать на поверхность.
Например, может оказаться, что эти миры просто слишком далеки от Солнца, чтобы поддерживать жизнь на своей поверхности. В предыдущей главе мы увидели, что крупные «листья» могут компенсировать слабый приток энергии. Однако между океаническими микробами и крупными листьями может быть какой-то эволюционный шаг, который представляет собой своего рода «бутылочное горлышко», труднопреодолимое для живых систем. Или же, как вариант, процесс приливного разогрева может обладать каким-то пока неизвестным свойством, которое сдерживает переселение к поверхности. И, разумеется, существует вероятность того, что именно в этих мирах нашей Солнечной системы жизнь просто не возникла.
Кроме того, поверхность «Старой» Европы подвергается интенсивной бомбардировке частицами с Юпитера. Этот поток достаточно силён, чтобы уничтожить любую жизнь на поверхности спутника, но он может проникнуть в лёд всего лишь на несколько дюймов. Это открывает возможность для существования «поверхностной» жизни на Европе в нескольких дюймах под верхней стороной льда, а не над ней. Такую скрытую жизнь нельзя было бы обнаружить при помощи наших современных космических зондов и телескопов.
Есть ещё один факт, который может объяснить отсутствие жизни на поверхности спутников с подповерхностным океаном в нашей Солнечной системе, и он связан с тем, что нам известно о пищевых сетях в океанах Земли. Если исключить экосистемы в горячих источниках срединно-океанических хребтов, вся пищевая сеть в океанах нашей планеты поддерживается за счёт солнечного света. В основании цепочек сети находятся микроскопические организмы вроде фитопланктона, которые используют фотосинтез для преобразования энергии солнечного света в энергию, запасённую в органических молекулах. Несмотря на то, что солнечный свет может проникать в воду чуть меньше, чем на полмили (около 800 м), – это так называемая фотическая зона, – все остальные существа в море в конечном счёте потребляют энергию, запасённую в этих молекулах. Слой льда на Новой Европе воспрепятствовал бы образованию такой фотической зоны. Солнечный свет просто не смог бы проникнуть сквозь лёд в лежащую под ним воду.
И НАСА, и Европейское космическое агентство рассматривают возможность запуска миссий, предназначенных для непосредственного отбора проб и изучения тёмного материала, который появился из трещин на Европе. Для этого потребуется спускаемый аппарат со сложным устройством для химического анализа, очень похожий на марсоход «Кьюриосити», который в настоящее время находится на Марсе. В конце концов, возможно, потребуется пробурить лёд на Европе, чтобы взять пробу воды под ним. Если зонд обнаружит там живые организмы, то мы сможем начать анализировать эволюционную цепочку, которая их породила. Если такой зонд окажется пустым, это будет свидетельствовать о том, что на разогретых приливами мирах с подповерхностными океанами жизни развиваться сложнее, чем мы полагаем в настоящее время. В любом случае к вопросу о том, почему на поверхности этих миров нет жизни, следует подходить путём сбора новых данных, а не путём пустых рассуждений. С другой стороны, данные миссии «Европа» могут рассказать или, напротив, не скажут нам ничего определённого о жизни в мире, подобном Новой Европе, которая является планетой, а не спутником. Как и в случае большей части анализов экзопланет, здесь возникает много вопросов, на которые в настоящее время у нас нет чёткого ответа – этого момента мы вновь коснёмся в главе 17.

Разум и технологии

Учитывая то, как развивается многоклеточная жизнь вокруг океанских гидротермальных источников на Земле, разумно предположить, что многоклеточная жизнь может эволюционировать и в горячих источниках океанов на Новой Европе, и нам снова придётся признать, что мы не знаем, увидим ли мы там ещё и разумную жизнь. Однако, предположив, что разум и технологии действительно развиваются, мы можем строить предположения о том, какая цивилизация может возникнуть в условиях подповерхностного океана.
Как и на Айсхейме, камни на дне океана и материалы, выбрасываемые горячими источниками, станут источником металлов и химических соединений, необходимых для поддержки технологий. Точно так же, как колесо характеризует технологию Земли, а труба – технологию Айсхейма, технологию Новой Европы характеризует воздушный шар как важнейшее приспособление для передвижения по этому миру. Воздушный шар, наполненный газом (или, что более вероятно, жидкостью, менее плотной, чем окружающая вода), мог бы поднимать жителей Новой Европы над твёрдой поверхностью ядра их планеты и позволил бы им исследовать свою планету. Мы ожидали бы, что вначале их передвижение будет направлено в стороны, то есть главным образом параллельно поверхности ядра. Жители Новой Европы нанесли бы на карты вид сверху на поверхность твёрдого ядра своего мира почти так же, как европейские моряки в эпоху географических открытий исследовали поверхность океанов Земли. Однако они постепенно обратили бы внимание на подповерхностный океан сверху над ними. Единственной технологией, которая им понадобится для этого, будут всё более и более лёгкие жидкости, которыми они будут наполнять свои «воздушные шары».
И далее они, разумеется, наткнулись бы на лёд.
Что случилось бы на Земле, если бы на ранних этапах освоения космоса нам встретилось препятствие, которое мешало бы нам двигаться дальше вверх? В космологии греков существовал именно такой барьер: твёрдая хрустальная сфера, вращение которой перемещало по небу Луну. Стали бы жители Новой Европы строить свою космологию на основе такой концепции и остановились бы, удовлетворённые тем, что достигли пределов своей вселенной? Или вместо этого они решили бы проложить туннель в слое льда, чтобы посмотреть, насколько далеко его можно протянуть?
Можно представить себе серию событий на Новой Европе, которые образуют своего рода зеркальное отражение того, что происходило на Земле. Главное отличие состоит в том, что, если отдельные учёные на Земле сосредоточились на том, чтобы заглянуть внутрь нашей планеты ради понимания её природы, учёные на Новой Европе станут смотреть вверх, в слой льда. В 20 веке была разработана наука сейсмология, которая дала нам представление о внутреннем строении Земли. Точно так же учёные на Новой Европе могли бы разработать способ использования звуковых волн для составления карты слоя льда и, что ещё важнее, обнаружить, что он не простирается наружу до бесконечности, а вместо этого обладает конечной толщиной.
Земные учёные также провели бурение на Земле. Самая глубокая из всех сделанных нами – Кольская сверхглубокая скважина неподалёку от Мурманска в России. Эта скважина пробурена на 7,5 миль (12 км) вглубь Земли. Если бы у жителей Новой Европы была аналогичная технология, они, вероятно, смогли бы добраться до поверхности льда, просто пробурив его вверх – по крайней мере, если бы его толщина была такой же, какую мы ожидаем для спутника Юпитера Европы.
Выполнению этой задачи способствовало бы не только любопытство. Достижение поверхности льда также могло бы нести в себе огромные технологические и экономические преимущества, поскольку оно позволило бы жителям Новой Европы использовать энергию, излучаемую их звездой. Точно так же, как мы используем геотермальную энергию для выработки электроэнергии и подачи тепла, они могли бы установить на льду солнечные коллекторы, преследуя те же самые цели. Можно даже представить себе «гонку к поверхности» между цивилизациями, привязанными к разным горячим источникам – аналог космической гонки XX века на Земле.
Мы можем представить себе энергетические станции на поверхности льда, окружённые солнечными коллекторами и соединённые длинными кабелями с дном океана. Мы даже можем провести аналогию между жителями Новой Европы, эксплуатирующими поверхность льда, и людьми, эксплуатирующими околоземное пространство. Для людей основные экономические преимущества этой среды в настоящее время заключаются в осуществлении связи и навигации, хотя предлагались также проекты огромных солнечных коллекторов, выведенных в космос.
Жители Новой Европы, набранные в штат своих поверхностных энергетических станций, должны быть защищены от космического вакуума или газовой атмосферы своей планеты точно так же, как люди на Международной космической станции должны быть защищены от суровых условий, в которых они находятся. По той же причине значительная часть наших космических исследований осуществляется с помощью беспилотных спутников. Возможно, жители Новой Европы пошли бы по аналогичному пути – заселили бы поверхность своего мира машинами и роботами, удовольствовавшись тем, что они сами остались в своей комфортной домашней обстановке на дне океана. Или, возможно, они продолжили бы смотреть вверх, на новооткрытые звёзды, и решили бы продолжить исследования, как это сделали люди. Для этого им пришлось бы преодолеть множество препятствий – даже просто достичь поверхности льда было бы сложно, а для создания чего-либо, напоминающего пусковые установки, потребовалось бы много ресурсов, которые нужно было бы доставить на очень большое расстояние. Возможно, лучшей аналогией было бы создание людьми постоянной базы на Луне у Земли. Однако на бумаге у нас уже есть планы такого объекта, и нет никаких причин считать жителей Новой Европы менее предприимчивыми, чем мы сами.
Интересно порассуждать о том, как жители Новой Европы могли бы относиться к освоению космоса и колонизации планет. Долгие годы люди мечтали найти возле другой звезды «другую Землю», которую мы могли бы колонизировать и сделать вторым домом для людей. Это была бы каменная планета, где на поверхности находится жидкая вода в стабильном состоянии – то, что в главе 9 мы называем миром Златовласки. Мы уже нашли несколько десятков таких планет, хотя Земля – единственная в нашей солнечной системе. Покрытые льдом океанические миры понравились бы жителям Новой Европы гораздо больше, чем планеты земной группы, которые нравятся людям. Учитывая, что в нашей Солнечной системе сушествует, как минимум, пять таких миров – Европа, Ганимед, Каллисто, Титан и Энцелад, – она может оказаться более пригодной для жизни скорее для них, чем для людей. Таким образом, они смогли бы добиться гораздо большего успеха в колонизации планет, чем люди, и смогли бы сделать это быстрее.

Майк и Джим

Майк: Помнишь, Атон 112 проводил семинар по верхним слоям океана несколько лет назад?

Джим: Ага, у него была идея, что можно исследовать ледяной потолок, посылая звуковые волны и прислушиваясь к их отражениям.

М.: Ну, оказывается, он получил финансирование для своего проекта. И это ещё не всё – он нашёл такое место, где, как он утверждает, лёд тонкий, и действительно просверлил его насквозь!

Дж.: И что же он нашёл?

М.: Ничего.

Дж.: Что ты имеешь в виду под словом «ничего»?

М.: То и имею – он утверждает, что надо льдом находится вакуум.

Дж.: Чушь какая-то. Он, что, не проходил курс общей философии? Всем же известно, что природа не терпит пустоты. И жизнь никогда не смогла бы выжить в вакууме.

М.: Давай взглянем правде в глаза – там не может быть ничего, кроме льда.

Дж.: Ну да, только лёд, лёд, лёд на всём пути вверх.

8

НЕПТУНИЯ:

ВОДА, ВОДА, КРУГОМ ВОДА

Вы плывёте в маленькой лодке. Вода раскинулась до самого горизонта, куда бы вы ни взглянули, и поскольку вы уже бывали на этой планете раньше, вы знаете, что, куда бы вы ни поплыли, вид будет точно таким же. Несколько тонких белых облаков плывут над вашей головой, но вы помните, что они могут собираться во внезапные штормы. Над вами пролетает несколько птиц, похожих на альбатросов и принадлежащих к виду, который овладел искусством защиты своих яиц в этой среде: он оставляет их плавать на поверхности воды. Под килем можно заметить косяки рыб, и вы знаете, что где-то глубоко внизу скрываются гигантские хищники, которые ими питаются. Гораздо дальше внизу, в 100 милях (160 км) под корпусом вашей лодки, сильное давление прессует молекулы воды в странные формы льда. Это Нептуния.

* * *

Мы продолжаем наше исследование покрытых водой миров с каменистой мантией и металлическим ядром, и рассматриваем экстремальный пример: мир с океаном жидкой воды и вообще без суши. Неудивительно, что такие миры существуют и уже открыты. Планета под названием Глизе 1214 b, которую мы подробно обсудим в главе 14, является одной из таких. Расположенная в 40 световых годах от Земли, она получила от астрономов прозвище «Водный мир», поскольку напоминает одноимённый научно-фантастический фильм 1996 года. Слой жидкой воды, покрывающий её поверхность, может достигать глубины 100 миль, представляя ещё одну среду обитания в нашем обзоре воображаемой жизни. Мы будем немного более официальными, чем наши коллеги, охотящиеся за планетами, и назовём наш воображаемый водный мир Нептунией в честь греческого бога моря*.

Первое, что мы можем сказать о Нептунии – для того, чтобы быть водным миром, она должна находиться в обитаемой зоне своей звезды – в той области, где излучение звезды имеет достаточную интенсивность, чтобы не допустить замерзания океанов. И действительно, если бы океан Нептунии замёрз на поверхности, она была бы похожа на мир, который в предыдущей главе мы назвали Новой Европой, а если бы её океан промёрз до дна, Нептуния была бы похожа на мир, который мы назвали Айсхеймом в главе 6. Это подчёркивает тот момент, на котором мы уже не раз заостряли внимание: водные миры бывают разных форм, и всегда есть вероятность того, что одна форма может превратиться в другую.
Чтобы понять, как мог возникнуть мир вроде Нептунии, мы можем напомнить себе о том, как образовались океаны на Земле. Во время первоначального расплавления планеты наверх всплыли самые лёгкие материалы. Это материки. Этого материала хватило лишь для того, чтобы покрыть примерно четверть поверхности Земли, так что в результате между большими массивами суши образовались глубокие котловины. Представьте, что котловины – это ванны, ожидающие наполнения. Вода, наполнявшая их, поступала из трёх источников: это недра Земли (при помощи вулканов), астероиды и кометы. Точный процент воды на Земле, полученный из каждого из них, остаётся предметом споров среди учёных, но конечным результатом является то, что ванны были заполнены, но не до самых краёв.
Этого не должно было случиться. Если бы Земля получила примерно в пять раз больше воды, чем ей досталось, то все континентальные районы, в том числе и гора Эверест, оказались бы под водой, а Земля стала бы планетой, похожей на Нептунию. Количество жидкой воды, которая накапливается на поверхности планеты, зависит от множества факторов: сколько воды находится в туманности, из которой образуется планета, сколько этой воды попадает на планету, каковы масса и сила притяжения планеты, и, конечно, её температура. Однако, если помнить наше утверждение из главе 1 о количестве и разнообразии планет в галактике, мы считаем вполне возможным предположить, что будет обнаружено множество миров, подобных Нептунии.
В качестве отступления отметим, что в начале истории нашей Солнечной системы произошла реорганизация орбит внешних планет, которая нарушила орбиты комет и астероидов и направила их к Земле. Мы не знаем, всегда ли происходит такая перестройка при формировании планетных систем, но иногда она происходит совершенно определённо. В нашей системе дождь из комет и астероидов никогда не прекращался; он просто уменьшался со временем. Масса Земли увеличивается примерно на 40 тонн (36 метрических тонн) каждый день по мере того, как космический материал сталкивается с планетой, сгорает в атмосфере и оседает на землю в виде мелкой пыли.

Жизнь на Нептунии

Потоки энергии на Нептунии похожи на те, что мы видели на Айсхейме и Новой Европе. Излучение звезды попадает на поверхность океана, а тепло и химическая энергия поднимаются из горячих источников на дне океана. Однако важным моментом здесь является то, что Нептуния – это первый из посещённых нами миров, где, как и на Земле, развитие жизни стало возможным на поверхности (благодаря наличию жидкой воды), а не только у горячих источников срединно-океанических хребтов.
В главе 4 мы описали опыт Миллера-Юри, который показал, что обычные химические процессы в атмосфере Земли могут генерировать основные молекулярные составные части жизни. Мы также отметили, что этот эксперимент привёл к появлению теории происхождения жизни из первичного бульона: это представление о том, что эти составные части выпадут дождём и превратят океан в насыщенный органический бульон. Теория гласит, что при наличии достаточного времени сформируется первая клетка, начнётся естественный отбор, и жизнь пойдёт своим чередом.
Первичный бульон не нуждается в наличии суши на Земле, поэтому нет причин, по которым этот процесс не должен происходить на Нептунии. Фактически, единственная версия появления жизни на Земле, которая не могла осуществиться на Нептунии, – это та, которая зависит от существования литоральных ванн – разновидности дарвиновского «маленького тёплого водоёма». Причина проста: для литоральной ванны требуется сухая земля, которой на Нептунии не существует по определению.
Если бы жизнь возникла на Нептунии через образование первичного бульона, мы бы ожидали, что её развитие будет аналогичным развитию жизни в океанах Земли. Образуется фотическая зона глубиной в сотни ярдов, и пищевая цепочка, основанная на фитопланктоне (вспомните зелёную тину на пруду), в итоге приведёт к появлению более сложных организмов – возможно, с неким аналогом рыбы на вершине пищевой сети. Ничего похожего на земные формы жизни, зависящие от наличия мелководья, вроде морских макроводорослей и устриц, не появилось бы просто потому, что на Нептунии нет мелководий. Кроме того, также отсутствовали бы существа вроде китов и дельфинов, которые эволюционировали на суше, прежде чем переселиться в море на Земле. Однако в остальном многоклеточная жизнь в верхних слоях океана Нептунии, вероятно, не слишком отличалась бы от того, что мы видим на нашей планете.
Аналогичный довод можно высказать в отношении развития жизни вокруг гидротермальных источников срединно-океанических хребтов Нептунии. Если предположить, что дополнительная глубина океана Нептунии не имеет особого значения, то какой бы процесс ни привёл бы к эволюции таких экосистем на Земле, это же, вероятно, случится и на Нептунии. Таким образом, жизнь на двух границах океана Нептунии, верхней и нижней, вероятно, не сильно отличалась бы от того, на что она похожа на Земле. Разница проявится именно в промежуточной области, потому что там нас поджидает новое явление: экстремальное давление.

Давление

Осознаёте вы это или нет, но вы прожили всю свою жизнь на дне океана. Конечно, это не океан воды, а океан газов, который мы называем нашей атмосферой. Нарисуйте у себя в голове такую картину: отметьте у себя на ладони 1 квадратный дюйм (около 6 кв. см) и представьте себе трубку, поднимающуюся от неё до самого космоса. Если вы стоите на уровне моря, вес воздуха в этой трубке составляет около 14,7 фунтов (6,5 кг). Этот вес давит на вашу руку, и для того, чтобы противостоять ему, ваше тело создаёт равную ей силу противодействия в 14,7 фунтов.
Наши тела оказывали это противодействие на протяжении всей нашей жизни, так что это не то, что мы обычно осознаём. Мы замечаем это только тогда, когда находимся в среде, где внешнее давление сильно отличается от того, к чему мы привыкли. На больших высотах, например, в нашей воображаемой колонне гораздо меньше воздуха, поэтому давление атмосферы значительно ниже. Вот почему пилоты надевают герметичные костюмы, когда летают на высотных самолётах. Точно так же, когда мы входим в океан, вес вышележащей воды добавляется к весу воздуха в колонне, увеличивая давление. Вот почему для работы на глубине необходимы водолазные костюмы.
Давление определяется как сила, действующая на единицу площади, а атмосфера давит на вашу руку с силой 14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря. Эта величина давления называется 1 атмосфера (обычно сокращенно «атм») – стандартная единица измерения, используемой для количественной оценки давления. Учёные также часто используют единицу измерения под названием бар, которая представляет собой примерно то же самое, что атмосфера, но выражается в единицах метрической системы мер. Слушая сводку погоды, вы можете услышать, что атмосферное давление измеряется при помощи ещё одной единицы измерений – миллиметров ртутного столба. Она по-прежнему используется по историческим причинам и представляет собой высоту столба ртути, вес которого точно уравновешивает вес столба воздуха, о котором мы говорили выше. Воздух при давлении в 1 атмосферу уравновесит столб ртути высотой 30 дюймов (760 мм или 76 см), и небольшие изменения этого давления – это движущая сила изменений погодных условий. Официальной единицей метрической системы для измерения давления является паскаль, названный в честь французского учёного и математика Блеза Паскаля (1623-62), который первым понял, как работает барометр. Одна атмосфера составляет около 100 000 паскалей.
Возможно, что вы, вероятнее всего, столкнётесь с измерением давления в кабинете врача, когда измеряется ваше кровяное давление, или на заправочной станции, где вы накачиваете шины своего автомобиля. Цифра на манометре у врача – это величина в миллиметрах ртутного столба, на которую давление в ваших артериях превышает давление атмосферы. Таким образом, значение артериального давления, равное 120, будет представлять собой общее давление 880 мм рт. ст., при этом вклад со стороны атмосферы составляет 760 мм рт. ст., а ваша кровь добавляет всё остальное. Шинный манометр на вашем автомобиле показывает давление в psi (фунты (p) на квадратный дюйм (si)).
Давление несколько необычно в том смысле, что в разных областях науки используются совершенно разные единицы измерения, несмотря на случайные замечания в духе школьной учительницы со стороны официальных органов. Как отмечалось выше, в медицине и метеорологии по-прежнему используется миллиметр ртутного столба, но в инженерных приложениях вы, скорее всего, столкнетесь с фунтами на квадратный дюйм, а учёные, работающие с высоким давлением, часто используют бар и т. д. По-видимому, это глубоко укоренившаяся человеческая черта – цепляться за старые системы измерений. Как же ещё объяснить тот факт, что, когда вы идёте в хозяйственный магазин, чтобы купить гвозди, вы обнаруживаете, что их размеры указаны в пенни*, единице измерения, обозначаемой буквой d? Хотите верьте, хотите нет, но мы унаследовали эту единицу от Римской империи («d» означает «денарий» – название одной из серебряных монет империи). Ещё один пример нежелания отказываться от старых единиц измерения можно увидеть в том факте, что Соединённые Штаты остаются единственной промышленно развитой страной, которая не перешла на метрическую систему мер – здесь следует отметить, что оба автора считают это положение дел в высшей степени разумным, поскольку такой переход доставит гораздо больше проблем, чем оно того стоит.

Как мы уже сказали выше, опускаясь под поверхность океана, мы испытываем увеличение давления. Марианская впадина в Тихом океане – это самое глубокое место в океанах Земли. Его глубина составляет чуть более 6,5 миль (36 070 футов, или 10 994 м). На этой глубине давление воды составляет 1086 бар, что более чем в 1000 раз превышает атмосферное давление на уровне моря. Чтобы понять это наглядно, представьте, что на каждом квадратном дюйме вашей кожи стоит слон, а затем добавьте ещё по одному слону на каждые 4 квадратных дюйма (около 25 кв. см) для ровного счёта.
Если ядро Нептунии размером с Землю, а глубина её океана составляет 100 миль, то давление на скальном дне океана будет примерно в 16 раз выше давления в Марианской впадине. Это эквивалентно тому, что на каждом квадратном дюйме вашей кожи стоит около 20 слонов.
Давление такой величины можно легко создать в лабораториях с помощью устройства под названием «алмазная наковальня», в котором исследуемый образец раздавливается между двумя алмазами. Один алмаз имеет выемку, в которую помещается образец, а другой – выпуклость, которая соответствует углублению. Поскольку давление зависит от размера области, к которой прикладывается сила, и поскольку точка соприкосновения в этом инструменте очень маленькая, он может развивать огромное давление при относительно небольшом приложенном усилии. Такие устройства могут создавать давление, значительно превышающее то, с каким мы столкнулись бы на Нептунии. (Кстати, у исследований в области высоких давлений есть заметный привкус Дикого Запада – например, учёные, работающие в этой области, часто рассказывают, что их алмазы раскалываются со звуком, похожим на выстрел.)
При высоком давлении материалы ведут себя странным образом: при повышении давления атомы и электроны смещаются и перестраиваются – протекает процесс, который может коренным образом изменить природу материала. Кислород, который при нормальном давлении является бесцветным, безвкусным газом, по мере увеличения давления на него становится синим, затем превращается в рубиново-красный кристалл и, наконец, в блестящий металл. Аналогичные изменения наблюдались и в других материалах. На Земле такого рода изменения наблюдаются только в лабораториях, потому что происходят они при давлениях, намного превышающих те, что наблюдаются даже в Марианской впадине.
Чтобы понять, что мы увидим, когда спустимся в океан Нептунии, мы должны обсудить понятие фазового перехода. Обычно мы считаем, что такие вещества, как вода, находятся в трёх фазах: газообразной (пар), жидкой и твёрдой (лёд). Переходы между ними (такие, как замерзание и кипение) называются фазовыми переходами. Нас будет интересовать в первую очередь переход из жидкого состояния в твёрдое, поэтому давайте посмотрим, как выглядит процесс замерзания на молекулярном уровне. В жидкости молекулы движутся свободно, но находятся в тесном контакте со своими соседями – представьте себе мешок, полный шариков, перекатывающихся друг через друга. В твёрдом теле молекулы образуют жёсткие структуры, словно собранные из конструктора. Таким образом, чтобы произошёл переход из жидкого состояния в твёрдое, мы должны отвести энергию из системы и лишить молекулы свободы движения. Вы делаете это всякий раз, когда кладёте кубик льда в стакан, чтобы охладить напиток – тепловая энергия из вашего напитка переходит в лёд и плавит его (т.е. меняет его фазу), и, соответственно, температура вашего напитка падает.
Осознание того, что вода – старая добрая Н2О – является одним из самых странных веществ во Вселенной, часто повергает в шок. Учёные обнаружили, что при изменении температуры и давления вода может существовать в виде не менее чем 17 фаз льда, каждой из которых соответствует различное расположение атомов водорода и кислорода. Эти отличающиеся друг от друга фазы обычно обозначаются римскими цифрами – например, «лёд X» (лёд 10); название вещества мы обсудим далее. (Следует отметить, что ни одна из фаз льда, которые мы обсудим, не имеет ничего общего с вымышленным льдом-девять из романа Курта Воннегута «Колыбель для кошки».)
Лёд, с которым мы знакомы – тот, который образуется на поверхности тротуара, когда мы пишем эти строки холодным январским днём, – называется лёд Ih («лёд один-аш»). Во льду этого типа молекулы воды расположены в гексагональном порядке («h» означает «гексагональный»). В нашей земной среде нет ничего, что могло бы создать достаточное давление для преобразования льда Ih в любую из иных форм льда, хотя при очень низких температурах (ниже -368° F или -222° C) образуется структура, называемая льдом XI, где шестиугольники выстраиваются более упорядоченно, чем во льду Ih.
Ситуация несколько усложняется, когда дело доходит до того давления, которое мы ожидаем обнаружить на дне океана Нептунии. Если его глубина достигает 100 миль, то давление там будет составлять около 16 000 атмосфер. Давление такой величины способно превратить жидкую воду в лёд VI при нормальной температуре воды. Молекулы льда VI обладают так называемым тетрагональным расположением. (Представьте, что вы взяли куб и растянули его так, чтобы его бока стали прямоугольниками, а не квадратами.) Таким образом, из-за давления воды над скалистой мантией Нептунии должен находиться слой льда VI, а над ним – жидкий океан. Это означает, что глубоководные местообитания Нептунии будут напоминать таковые на Айсхейме – горячие источники создают полости и тоннели жидкой воды, в которых под слоем льда могла бы развиваться жизнь.
Это пояснение иллюстрирует важный момент, связанный с водой. Неважно, насколько высока температура – жидкую воду всегда можно превратить в одну из фаз льда, увеличив давление. Именно этот факт сделает поверхность мантии у водных миров таким интересным местом. Например, мы исходили из предположения, что тепло, выносимое на поверхность камня гидротермальными источниками, способно растопить слои лежащего над ними льда. Однако дело в том, что если бы давление на дне океана Нептунии было чуть выше – если бы твёрдое ядро планеты было значительно больше Земли или океан был значительно глубже наших предполагаемых 100 миль – это предположение уже было бы неверным. Это происходит потому, что при таком давлении мы бы начали получать лёд X. Лёд X – это кристалл кубической формы, который существует только при чрезвычайно высоких давлениях – давлениях, которых нет в земной среде, но которые легко можно найти на экзопланетах. С нашей точки зрения, ключевым фактом в отношении льда X является то, что его нельзя растопить, повысив его температуру. Как только давление спрессовало молекулы воды в лёд X, тепло, связанное с восходящим током магмы, просто не сможет их расшатать.
Водный мир со слоем льда X прямо над его мантией был бы странным местом. Магма, выходящая на каменистую поверхность, обнаружит, что её продвижение вверх перекрыто слоем льда, который не растает. Это переросло бы в битву между силой восходящего тока магмы и структурной целостностью ледяного покрова. Результат будет зависеть от особенностей ситуации – например, важное значение будет иметь толщина ледяного покрова.
Относительно тонкий слой льда X может непрерывно вспучиваться и трескаться, подобно тому, как внешний слой твёрдой Земли распадается на тектонические плиты из-за того, что мантийная конвекция выносит магму на поверхность. Поэтому пограничный слой, который образует лёд X, будет аналогичен земной коре. Но хотя мы ожидали бы увидеть непрерывное образование трещин в покрове изо льда X, если бы он оказался достаточно толстым, конвективное тепло накапливалось бы до тех пор, пока магма не вырвалась бы наружу в результате события, напоминающего взрыв. Это ситуация, которая, как мы полагаем, наблюдается на Венере, кора которой настолько тонкая, что тепло накапливается под ней до тех пор, пока не вызовет «взрывной выброс» глобального масштаба. В этом случае вся поверхностная кора планеты распадается на куски, которые затем погружаются в магму под ней – это сценарий, который, как полагают, реализуется на Венере каждые 500 миллионов лет или около того.
Сможет ли жизнь сформироваться на такой поверхности, зависит от того, насколько долго мог сохраняться стабильный пограничный слой льда X, прежде чем его разрушил жар под ним. Если бы он мог просуществовать сотни миллионов лет, то, возможно, там могла бы возникнуть сложная химия. Но если бы распад произошел быстро, то эта территория, вероятно, была бы слишком неспокойным местом для развития жизни. Таким образом, существует ряд ограничений на размер ядра Нептунии и глубину её океана, за рамками которых развитие жизни было бы невозможно из-за свойств льда X. За этими рамками жизнь возникла бы только на поверхности океана планеты. Давайте назовём это «пределом льда X».

Разум и технологии

Нептуния – это первый мир из рассмотренных нами, где может сложиться ситуация развития жизни в одной из двух областей, или же сразу в обеих: на поверхности океана и на океанском дне. Давайте рассмотрим возможное развитие технологий для каждой из этих двух ситуаций по отдельности.
Выбор таков: либо давление на дне океана достаточно велико, чтобы образовался слой льда VI, либо до самой поверхности тянется слой жидкой воды. Если бы существовал слой льда, то мы бы столкнулись с ситуацией, аналогичной той, которую обсуждали в главе 6, когда говорили о мире, который мы назвали Айсхейм. Как вы помните, устройство, которое символизирует тамошнюю технологию, – это труба: устройство, способное перемещать тепло из горячего источника срединно-океанического хребта в другие места. Единственная разница заключалась бы в том, что, если бы нептунианцы двинулись вверх, к верхней границе слоя льда VI, они столкнулись бы с «атмосферой» жидкой воды, а не газа. Они не увидели бы и звёзд, если бы не начали работать над возможностью перемещения к поверхности океана, и это потребовало бы технологий совершенно нового типа. Не исключено, что это может случиться – в конце концов, путешествие нептунианцев к поверхности океана было бы для них не более странным, чем для нас – полёт на Марс.
Когда мы рассматриваем развитие разума и технологий на поверхности океана Нептунии, изучение жизни в океанах Земли может оказаться поучительным. Некоторые животные из наших океанов, которых обычно считают интеллектуально развитыми – например, дельфины и киты, – возникли не в океанской среде. Летопись окаменелостей описывает эволюцию этих существ от наземных обитателей до их нынешнего облика на протяжении десятков миллионов лет. Действительно, у современных китов всё ещё остались маленькие косточки, являющиеся наследием ног, которыми когда-то пользовались их предки. Таким образом, хотя киты и дельфины могут жить в глубоком океане вдали от суши, они не могли появиться в процессе эволюции в мире без суши вроде Нептунии. Иные формы жизни в океанах Земли, такие как осьминоги и омары, обычно считаются обладателями определённого уровня интеллекта*. Подобные существа обитают на дне океана в мелководных морях – как правило, на континентальных шельфах. Поскольку на Нептунии эти среды обитания не существуют по определению, мы подозреваем, что разум земного типа не мог бы появиться на поверхности водного мира.

Существует ещё одно препятствие для развития технологий на поверхности, и это нехватка материалов, из которых можно изготовить инструменты – ситуация, которую мы обсуждали в главе 3. В распоряжении многоклеточных форм жизни на поверхности океана Нептунии не было бы твёрдых материалов вроде камней, которые наши предки использовали на заре своего технологического прогресса. Фактически, единственными твёрдыми телами, которые мы можем представить на поверхности океана, были бы куски льда или, возможно, полярные ледяные шапки. В любом случае, мы утверждаем, что классический водный мир с глубокими океанами и без ледяных шапок на полюсах вряд ли породит технологическую цивилизацию на своей поверхности.
Дело даже не в том, что в нептунийском океане не могло быть металлов. Мы знаем, что в океанах на Земле содержатся все встречающиеся в природе элементы периодической таблицы. Проблема в том, что большая часть материалов в наших океанах попадает туда в результате эрозии континентов, которых на Нептунии не существует. Следовательно, нептунианцам пришлось бы зависеть от таких событий, как подводные извержения вулканов и удары астероидов, которые наполнят их океан металлами и другими тяжёлыми элементами.
Нептунианцы, которые могли бы извлекать эти элементы с помощью какого-либо крупномасштабного процесса фильтрации, возможно, с помощью чрезвычайно больших ртов или жабр, могли бы собрать достаточное их количество для образования твёрдых частей тела (вспомните рыб, покрытых пластинами брони), которые, в свою очередь, могут служить источником материала для изготовления инструментов. Известно, что в водоёмах на Земле можно отыскать виды бактерий, которые используют извлечённые из воды металлы именно так. Обладающие магнитотаксисом бактерии используют оксид железа, проникающий сквозь их клеточные стенки, для образования крошечных цепочек железных магнитов. Эти цепочки позволяют бактериям ориентироваться в верхних слоях своих водоёмов, чтобы двигаться вверх или вниз, в зависимости от того, нужны ли им солнечный свет или питательные вещества, соответственно. Если эволюция смогла сделать это на Земле, то нет причин исключать такую возможность и на Нептунии. Дальнейшая эволюция подобных организмов на Нептунии может привести к появлению кремнезёмных или металлических компонентов в их клеточных стенках или других клеточных структурах, которые в конечном итоге могут стать необходимыми частями тел многоклеточных организмов.
Однако нам это кажется некоторой натяжкой, и хотя жизнь может развиваться как на поверхности океана Нептунии, так и на его дне, мы считаем наиболее вероятным, что технологии будут развиваться только в последнем из этих мест. В предыдущих двух главах этот процесс обсуждается для Айсхейма и Новой Европы. Как только на Нептунии разовьётся технологическая цивилизация, колонизация ею поверхности океана станет очевидным преимуществом, поскольку излучение звезды планеты превратится ещё в один источник энергии. Мы представляем себе процесс колонизации как некий аналог освоения людьми околоземного пространства. Иными словами, независимо от того, контактирует ли дно океана с жидкой водой или со льдом VI, технологическая цивилизация, развившаяся на глубине, по всей вероятности, рано или поздно вышла бы на поверхность.
Инструментом, символизирующим этот вид цивилизации, будет подводная лодка. Как только нептунианцы достигнут поверхности океана, нетрудно представить, как они создадут постоянные места обитания – это подвиг, который будет не сложнее, чем колонизация человеком Марса. Можно представить себе большие сооружения, строящиеся на дне океана, а затем всплывающие на поверхность с балластными цистернами, заполненными газами из гидротермальных источников срединно-океанических хребтов.
Подобно будущим людям-колонистам на Марсе, нептунианцы, мигрировавшие на поверхность океана, были бы окружены средой, где давление гораздо ниже того, к которому приспособлена их биологическая структура. И тем, и другим понадобятся герметичные жилища и скафандры для путешествий за пределами их искусственно созданных убежищ. Однако, в отличие от ситуации с людьми на Марсе, мы можем представить себе значительные экономические причины для сохранения нептунианцами своего присутствия на поверхности океана. Мы уже упоминали солнечную энергию как один из возможных экспортных товаров колонии на поверхности. Ещё одним стала бы пища в виде органических соединений, полученных из фитопланктона в фотической зоне. Водоросли, спрессованные в блоки и снабжённые грузом, можно было просто сбросить в океан и дать им опуститься на дно.
Как только мы начинаем представлять нептунийскую цивилизацию двухуровневой (т.е. существующей и на поверхности океана, и на его дне), становятся возможными разного рода интересные ситуации. Предположим, например, что колонистов на поверхности стало достаточно много, чтобы потребовать независимости. Может ли вспыхнуть война за независимость, в ходе которой обитатели поверхности сбрасывают бомбы вниз, а обитатели дна отвечают, посылая вверх пузыри, начинённые взрывчаткой? Может ли получиться аналог «Бостонского чаепития», когда обитатели дна разрывают пакеты с водорослями и позволяют их обрывкам всплывать вверх? Если бы мирные отношения между двумя уровнями сохранялись, смогли бы появиться у нептунианцев астрономия и космические путешествия? Смогли бы они когда-нибудь отправиться на поиски других водных миров?
Не видим причин, делающих это невозможным.

Майк и Джим

Джим: Я вижу, они предсказывают, что лёд в западном владении снова сместится.

Майк: Да, хорошо, что там так мало народа. Это облегчит эвакуацию.

Дж.: Мне уже почти хочется жить в одной из этих колоний на поверхности.

М.: Ты жить не можешь без шуточек – там же, наверху, нет никакого давления. Если бы ты вышел на улицу без скафандра, ты бы взорвался.

Дж.: Я знаю, и ты прав – при таком низком давлении жизни быть не может.

М: Да, и даже те микробы, которых они собирают, появились здесь, внизу, и только потом уже попали на поверхность.

9

МИР ЗЛАТОВЛАСКИ

СОВСЕМ КАК МЫ

Так приятно откинуться на спинку кресла, впитывать тёплые солнечные лучи и слушать мягкий шум волн, набегающих на песчаный пляж. Зелёные растения шелестят на тихом ветерке и весь мир, кажется, говорит вам, что нужно расслабиться и наслаждаться жизнью. Вдалеке лениво кружит в небе один из летучих драконов этой планеты. Если бы не дракон, можно было бы подумать, что это место не так уж и сильно отличается от Земли.

* * *

Все мы помним детскую сказку «Златовласка и три медведя». Мы с удовольствием рассказываем нашим детям и внукам о том, как каша папы Медведя была слишком горячей, каша мамы Медведицы – слишком холодной, но каша Медвежонка была как раз в меру тёплой. Поэтому неудивительно, что, когда учёные начали задумываться о том факте, что океаны Земли должны были оставаться жидкими на протяжении миллиардов лет, чтобы жизнь могла выжить – температура планеты должна была быть не слишком высокой и не слишком низкой, а как раз в меру – они окрестили её первой «планетой Златовласки».
Взгляните на это с другой стороны: как и все звёзды своего типа, наше Солнце постепенно становилось ярче на протяжении 4,5 миллиардов лет, прошедших с момента его образования. Около 4 миллиардов лет назад, когда на Земле впервые образовались океаны, Солнце было примерно на 30 процентов тусклее, чем сейчас, поэтому планете приходилось удерживать гораздо больше поступающей солнечной энергии, чтобы её океаны не замерзали. С течением времени, когда Солнце начало изливать на Землю всё больше и больше энергии, состав атмосферы планеты также менялся, влияя на температуру через парниковый эффект. (Напоминаем вам, что парниковый газ поглощает любое инфракрасное излучение, пытающееся уйти в космос с поверхности планеты, а затем переизлучает его. Поскольку часть этой переизлучённой энергии направлена вниз, воздействие газа выражается в нагревании планеты.) Тем не менее, несмотря на всё это, оказалось, что на протяжении всей истории Земли температура океанов оставалась всего лишь на несколько градусов выше точки замерзания. Не слишком холодно, но и не слишком жарко.
Чтобы привести всего лишь один пример изменений в атмосфере, скажем, что 3,5 миллиарда лет назад океаны Земли были населены процветающими колониями цианобактерий – очень похожих на то, что мы называем зелёной прудовой тиной. В то время в атмосфере практически не было свободного кислорода, но бактерии выделяли кислород как побочный продукт фотосинтеза (растения до сих пор занимаются тем же самым). Вначале этот кислород удалялся путём химических реакций вроде ржавления железа в породах на поверхности, но около 2,5 миллиардов лет назад его содержание начало расти в результате процесса, который некоторые учёные называют Кислородной катастрофой. Предположительно, многие первоначальные обитатели планеты, которые не обладали устойчивостью к кислороду, после этого вымерли, утонув в отходах собственной жизнедеятельности. Однако другие приспособились и смогли использовать кислород, чтобы запустить дыхательный цикл, который в наши дни поддерживает вашу жизнь и жизнь любого другого животного на планете.
В качестве отступления отметим, что многие из крупнейших месторождений железа на Земле, например, в горнодобывающем районе Месаби в Миннесоте, отложились в это время, когда выделявшийся в изобилии кислород соединялся с железом в океанах, а затем выпадал на океанское дно, образовав богатые железом слои осадочных пород. Металл в соседней с вами машине, которую вы видите, проезжая по улице, на самом деле может быть сделан из материала, который является памятью о Кислородной катастрофе.
В 1978 году астрофизик Майкл Харт, работавший в то время в Университете Тринити в Техасе, опубликовал компьютерную модель, описывающую историю атмосферы Земли. В этой модели слабому теплу раннего Солнца помогал парниковый эффект, создаваемый аммиаком и метаном в атмосфере (оба они, как и более знакомый углекислый газ, CO₂, являются парниковыми газами). По мере того как Солнце светило ярче, кислород, вырабатываемый живыми организмами, разрушал эти соединения, снижая парниковый эффект и тем самым компенсируя повышенное излучение Солнца. В итоге возникла наша нынешняя атмосфера, где парниковый эффект обусловлен углекислым газом и водяным паром. По сути, Земля прошла по лезвию ножа между бесконтрольным парниковым эффектом с одной стороны и полным промерзанием с другой.
Однако важнейшая с нашей точки зрения часть расчётов Харта проистекала из анализа того, что произошло бы, если бы Земля находилась на ином расстоянии от Солнца, нежели то, какое имеет место в реальном мире. Согласно его модели, если бы Земля была на 1 процент дальше или на 5 процентов ближе к Солнцу, хрупкий баланс, который позволял океанам оставаться в жидкой форме, был бы утрачен. Таким образом, соображения об эволюции атмосферы нашей планеты привели к мысли о том, что вокруг звезды существует пояс, в пределах которого океаны на поверхности могут оставаться жидкими на протяжении миллиардов лет. Этот пояс называется зоной обитаемости в окрестностях звезды (ЗООЗ), и стал одной из основных идей, определяющих мысли учёных относительно жизни на экзопланетах.

Зоны обитаемости в окрестностях звёзд и способность поддерживать жизнь

Первое, что мы можем сказать о ЗООЗ – это то, что она будет у каждой звезды. Иными словами, вокруг звезды всегда будет существовать пояс, в котором энергетический баланс мог бы сохранять температуру поверхности планеты между точками замерзания и кипения воды. Для маленьких тусклых звёзд этот пояс узок и близок к звезде. Например, многие из известных экзопланет, находящиеся в ЗООЗ своей звезды, расположены ближе к этой звезде, чем Меркурий к Солнцу. Аналогичным образом ЗООЗ больших ярких звёзд шире и располагается дальше от них. Кроме того, как уже отмечалось выше, излучение энергии звездой увеличивается с течением времени, поэтому по мере старения звезды обитаемая зона фактически смещается кнаружи. Однако здесь есть важный момент: из-за того, что где-то вокруг каждой звезды имеется ЗООЗ, мы ожидаем, что просто волей случая некоторые планеты сформируются именно в этих зонах.
Но, сделав это замечание, мы должны добавить, что за последние одно-два десятилетия учёные пришли к пониманию того, что ЗООЗ необходимо рассматривать гораздо тщательнее, чем позволяет простой расчёт температурного баланса. Как отмечает астрофизик Массачусетского технологического института Сара Сигер, присутствие планеты в зоне обитаемости ещё не гарантирует того, что она действительно пригодна для жизни. На самом деле существует множество факторов, которые могут повлиять на возможность жизни в мирах в ЗООЗ.
По мере прогресса в исследованиях экзопланет поиск планеты земного типа в ЗООЗ стал чем-то вроде Святого Грааля в астрономическом сообществе. Но в настоящее время мы поняли, что обитаемость планеты зависит не только от расположения её орбиты. В главах 6 и 7, например, мы рассмотрели миры, которые не находились в ЗООЗ своих звёзд, не имели на поверхности океанов жидкой воды, однако представляли собой возможный дом для жизни и даже развитой цивилизации. Подобного рода соображения заставили учёных гораздо шире взглянуть на условия, необходимые для возникновения жизни.

Тип материнской звезды

Тип звезды, вокруг которой вращается планета, может иметь важные последствия для развития жизни, даже для планет в ЗООЗ. Например, маленькие тусклые звёзды, которые называются красными карликами и составляют наибольшую долю звёзд Млечного Пути, часто переживают периоды чрезвычайно высокой активности. Звёздные вспышки и выбросы огромного количества заряженных частиц весьма усложнили бы жизнь на любой поверхности планеты – неважно, находилась ли планета в ЗООЗ, или же нет. В таких системах жизнь, скорее всего, должна оставаться на дне океана или под землёй, чтобы выжить. В таких ситуациях понятие ЗООЗ становится просто неактуальным.
Учёные начинают отказываться от идеи о том, что жизнь должна эволюционировать и сохраняться на поверхности планет. Например, многие современные доказательства заставляют сделать вывод о том, что какие-либо живые организмы на Марсе будут обнаружены под поверхностью. Кроме того, если жизнь существует в подповерхностных океанах во внешних районах Солнечной системы, например в океанах Европы и Энцелада, то она уже по определению будет находиться под поверхностью. Даже на Земле, похоже, под поверхностью планеты может находиться больше биомассы, чем на ней. Так что интенсивная радиационная обстановка, идущая в комплекте с маленькими звёздами, не обязательно должна препятствовать развитию жизни, хотя эту жизнь, вероятно, было бы невозможно обнаружить напрямую с помощью технологий, которыми мы располагаем в настоящее время.
С другой стороны, более массивные звёзды обеспечивают более благоприятную радиационную обстановку, но время их жизни может быть относительно коротким. В некоторых случаях они могут прожить всего 30 миллионов лет. Маловероятно, что за такой короткий промежуток времени на планете могло развиться что-то помимо простой микробной жизни. Кроме того, такие звёзды заканчивают свою жизнь мощным взрывом, который называется сверхновая и наверняка уничтожит любые близлежащие планеты. Таким образом, даже если бы жизнь действительно смогла развиться в ЗООЗ такой звезды, все её следы были бы уничтожены после гибели звезды.
Именно из-за этих ограничений охотники за экзопланетами сосредоточили свое внимание на планетах в зоне звёзд среднего размера наподобие Солнца.

Эволюция атмосферы

Второй источник сложностей при обсуждении обитаемости появляется из-за того, что атмосферы планет не являются стабильными, неизменными системами, а развиваются с течением времени. Описанная выше Кислородная катастрофа Земли является лишь одним из примеров процессов такого рода. Конечно, есть и другие, и ниже мы обсудим некоторые из них, особенно важные для планет земной группы.
Для малых планет вроде Марса большую роль играет диссипация атмосферы. Вот как работает этот процесс: молекулы, составляющие атмосферу планеты, всегда находятся в движении, и чем выше температура, тем быстрее они движутся. Однако независимо от температуры всегда найдутся какие-то молекулы, которые движутся быстрее или медленнее среднего. Если более быстрые молекулы наберут достаточную скорость и будут двигаться в направлении, перпендикулярном поверхности планеты, они смогут преодолеть силу притяжения планеты и вырваться в космос.
Чем больше планета, тем больше её сила притяжения и тем легче ей удерживать атмосферу. Например, на Земле для того, чтобы покинуть планету, молекула должна была бы двигаться со скоростью около 7 миль в секунду (11 км/сек). Важно отметить, что разгонять до высокой скорости тяжёлые молекулы сложнее, чем лёгкие. Это означает, что более лёгкие молекулы с большей вероятностью, чем тяжёлые, будут утрачены из-за диссипации атмосферы. Земля, например, потеряла большое количество изначально присутствовавших в ней водорода и гелия – самых лёгких элементов своей атмосферы, ну а Марс потерял ещё более тяжёлые газы – кислород и азот.
Сходный механизм рассеивания атмосферы под названием «фотодиссоциация» особенно важен для молекул воды. Если на поверхности планеты есть вода, то в атмосфере будет присутствовать некоторое количество водяного пара. Ультрафиолетовое излучение звезды планеты разрушит молекулы воды, которые окажутся в верхних слоях атмосферы. Получившийся водород, будучи лёгким газом, окажется утраченным в результате диссипации атмосферы, а кислород соединится с атомами на поверхности планеты, образуя различные окисленные минералы. Мы считаем, например, что именно таким образом Марс потерял океан, который существовал на нём в начале его истории, и что красный цвет планеты является результатом окисления (коррозии) железа в его поверхностных породах.
Другой важный вид изменений относится к двуокиси углерода, важному парниковому газу (наряду с водяным паром) в атмосфере Земли. Каждый раз, когда на Земле извергается вулкан, углекислый газ выделяется из глубин мантии и закачивается в атмосферу. В ходе сложного процесса, известного как глубинный углеродный цикл, углекислый газ попадает в океан и связывается в составе таких материалов, как известняк, после чего может, помимо прочего, вернуться обратно в недра Земли. Таким образом, преобладающие геологические процессы на планете могут воздействовать на количество углекислого газа в её атмосфере, а это, в свою очередь, повлияет на её температуру. Мы полагаем, что какие-то океаны на поверхности, существовавшие на Венере в начале её истории, испарились из-за высокой температуры планеты, вызванной её близостью к Солнцу. Таким образом, у Венеры не было возможности удалить углекислый газ из своей атмосферы, и без глубинного углеродного цикла планета страдала от накопления этого газа в результате так называемого бесконтрольного парникового эффекта.
Эти примеры показывают, что изменения в атмосфере экзопланеты – изменения, которые, стоит особо отметить, мы не можем наблюдать с помощью современных телескопических приборов, – могут оказать значительное влияние на её обитаемость. Приведу только один пример: планета, которая находилась в центре ЗООЗ своей звезды, но имела очень мало воды, могла бы пострадать от бесконтрольного парникового эффекта и оказалась бы похожей на Венеру. Издалека было бы очень трудно понять, случилось это, или нет.

Разум и технологии

Тот факт, что у нас есть довольно хорошее понимание, как и когда развилась жизнь в одном из миров Златовласки (Земля), позволяет вывести некоторые предположения из дискуссий о развитии жизни на планетах такого рода. Хотя химия инопланетной жизни не обязательно должна основываться на системе ДНК-РНК, которая действует в жизни на Земле, будет не так уж сложно предположить, что формы жизни из других миров Златовласки будут аналогичным образом зависеть от сложной информации, заключённой в большие молекулы на основе углерода. В главе 15 мы поговорим о том, почему углерод занимает особое место в этом отношении. На данный момент мы просто обращаем внимание, что углерод может образовывать прочные и стабильные цепочки и кольца атомов, которые идеально подходят для использования в качестве биомолекул, несущих информацию.
Кроме того, нам не нужно допускать существование стандартной научно-фантастической галактики, населённой говорящими по-английски двуногими гоминидами, чтобы понять, как может работать естественный отбор в других мирах Златовласки. Мы можем посмотреть на развитие разума и технологий на Земле и провести возможные аналогии со сходными планетами Златовласки в галактике.
Ключевой момент естественного отбора, на который мы должны обратить внимание, заключается в следующем: это не процесс отбора по доброте или моральной ценности. Для того, чтобы донести эту мысль до своих студентов, один из авторов (Дж. Т.) использует старую шутку:

«Два туриста в горах сталкиваются с явно голодным медведем гризли. Один из туристов начинает сбрасывать свой рюкзак. Другой спрашивает:
– Что ты делаешь? Разве ты не можешь бежать быстрее этого медведя?
– Мне не нужно бежать быстрее медведя – я просто должен бежать быстрее тебя».

Не имеет значения, что более медленный бегун – это добрый человек, который помогает старушкам перейти улицу. Естественному отбору всё равно. Единственное, что имеет значение, – то, что его спутник быстрее. Это те гены, которые перейдут в следующее поколение*.

Итак, что это говорит нам о типах форм жизни, которые будут развиваться в мирах Златовласки? Мы боимся, что ответ не очень обнадёживающий, поскольку наиболее вероятным результатом будет то, что они, вероятно, будут не более мягкими и добрыми, чем Homo sapiens. Если взглянуть на историю нашего вида и отметить исчезновение более 20 видов гоминид, которые были обнаружены в летописи окаменелостей, нам не стоит питать особых надежд на возможность встречи с технологически развитым видом, который будет миролюбивее нас. Любой, кого мы там обнаружим, будет, скорее всего, не более нравственным или не менее воинственным, чем мы сами. Жуть!
Посмотрим на это с другой стороны: если мы сожмём историю Вселенной в один год, то Земля и наша Солнечная система сформировались примерно в День Труда*, а развитие науки занимает не более нескольких последних секунд года. Крайне маловероятно, что ни один другой вид существ не развил бы науку в течение всего «года» до появления Homo sapiens. Законы физики и химии не являются малопонятными или скрытыми – их может открыть любая умеренно разумная цивилизация. По крайней мере, какие-то из этих цивилизаций Златовласки должны были бы это сделать. Наверное, где-то какой-то инопланетный Исаак Ньютон дал толчок к развитию технологической цивилизации. Самый тревожный факт здесь – то, что мы не можем найти никаких свидетельств существования ни одной из таких цивилизаций. Даже если у нас не будет сверхсветового варп-двигателя и значительных успехов в технологиях, расчёты показывают, что через 30 миллионов лет – это менее одного дня в нашем вселенском году – человеческая раса может распространиться по всей галактике. Если мы сможем это сделать, то на это способна и любая другая цивилизация, такая же развитая, как мы сами.

Так где же эти другие цивилизации? Этот вопрос является выражением так называемого парадокса Ферми (названного в честь Энрико Ферми [1901-54], одного из ведущих физиков 20 века). Кто-то однажды сообщил ему о расчётах, которые предполагают, что в галактике существуют миллионы развитых цивилизаций. Ферми на мгновение задумался, а затем спросил: «И где же все?» Иными словами, почему они ещё не здесь? Почему мы ощущаем то, что учёные называют «Великим молчанием», когда речь заходит об инопланетянах?
Учёные и писатели-фантасты, наделённые богатым воображением, выдвинули множество возможных объяснений. Вот несколько самых популярных:

• Гипотеза зоопарка: Инопланетяне объявили Землю чем-то вроде охраняемых природных территорий.

• Гипотеза «Звёздного пути»: Инопланетяне приняли Первую директиву, которая не позволяет им влиять на естественный ход событий в развивающихся цивилизациях вроде нашей.

• Гипотеза рая: инопланетяне толстые и счастливые в идеальной среде обитания, и не проявляют интереса к исследованиям.

• Гипотеза замещения: органическая жизнь была замещена разумными машинами (будущее, часто предполагаемое для человеческой расы), и машины не заинтересованы в контакте с органической жизнью.

Мы могли бы продолжить, но думаем, что вы уловили суть. Проблема, однако, состоит в том, что, хотя мы можем представить себе развитие по одному из этих сценариев в каких-то внеземных цивилизациях, рассматривать любой из них как неизбежный результат развития жизни – очень сложная задача. Чтобы понять важность этого момента, вернитесь к разделу «Математика» главы 1. В ЗООЗ у звёзд должно существовать много миллионов планет размером с Землю – эта гипотеза подтверждается тем фактом, что мы уже обнаружили пару десятков таких в нашей небольшой выборке из нескольких тысяч экзопланет. Крайне маловероятно, что все они примут, например, нечто вроде Первой директивы из «Звёздного пути». Мы боимся, что самый логичный ответ на вопрос о том, почему мы не знаем о существовании развитых внеземных цивилизаций, состоит в том, что этих цивилизаций там нет. Насколько мы можем видеть, единственное объяснение этого, связанное с законами природы (см. главу 11), зависит от действия естественного отбора.
Это подводит нас к очень мрачным размышлениям относительно судьбы жизни в мирах Златовласки. Учитывая тенденцию естественного отбора к созданию агрессивных видов – видов, подобных Homo sapiens, – возможно, что вся история Вселенной была занята процессом эволюции, производящим разумные формы жизни на одной планете Златовласки за другой, но лишь для того, чтобы эти формы жизни уничтожали сами себя, едва открыв для себя науку. Иными словами, вполне возможно, что существовало огромное количество цивилизаций, достигших нашего уровня, но все они уничтожили себя ещё до того, как смогли колонизировать ближайшие звёзды. Этот сценарий конца света является распространённым объяснением парадокса Ферми.
Эта мысль заставляет содрогнуться. Однако, сказав это, мы должны отметить, что открытия, сделанные в межзвёздной среде во время написания этой книги, могут предложить иное возможное решение, которое, как и описанный выше сценарий, основано на фундаментальных законах природы. Эти открытия, наряду с другими вопросами, пока ещё не получившими ответов, обозначены в главе 17.

Настоящие Майк и Джим

Майк: Неважно, как много мы узнаём о жизни в галактике; мы гарантируем, что уже на следующий год вас удивит что-то новое и неожиданное.

Джим: Наверное, всё случится именно так. Это будет нечто настолько странное, что мы даже не сможем предположить, что это может быть, пока не обнаружим эту штуку.

Содержание

Обложка
Титульный лист
Авторские права
Посвящение
Предисловие
1. Неожиданная Галактика
2. Возможности и ограничения: Вселенная законов
3. Жизнь: что это такое?
4. Правила игры: как должна работать каждая живая система
5. В поисках жизни: правда ли, что она где-то есть?
6. Айсхейм: жизнь в глубокой заморозке
7. Новая Европа: океан подо льдом
8. Нептуния: вода, вода, кругом вода
9. Мир Златовласки: совсем как мы
10. Гало: жизнь на терминаторе
11. Одиночка: сам за себя
12. Здоровяк: самый тяжёлый
13. TRAPPIST-1: когда на орбите тесновато
14. Если взглянуть поближе: всё становится ещё более странным
15. Жизнь, не похожая на нас. Что, если мы – не единственный вариант?
16. Жизнь, совершенно не похожая на нас. Она может выглядеть довольно странно
17. Вопросы без ответов
Послесловие
Вкладка с иллюстрациями