14

ЕСЛИ ВЗГЛЯНУТЬ ПОБЛИЖЕ

ВСЁ СТАНОВИТСЯ ЕЩЁ БОЛЕЕ СТРАННЫМ

Мы исследовали возможность развития жизни в целом ряде воображаемых миров разного рода. Однако в галактике с почти бесконечным разнообразием это даже не оставило бы царапинки на поверхности планет, которые на самом деле могут существовать в ней. Тем не менее, чтобы подчеркнуть, что воображение может быть лучшим инструментом для исследования галактики, в этой главе мы подробно рассмотрим некоторые реально открытые миры, похожие на те миры, которые мы обсуждали в предыдущих главах. Мы начнем с водного мира, похожего на тот, который в главе 8 мы назвали Нептунией, затем перейдём к некоторым большим планетам, вроде той, что в главе 12 мы назвали Здоровяком. Наконец, мы поговорим о целой галерее планет-сирот вроде той, которую мы окрестили Одиночкой в главе 11.

Gliese 1214 b: водный мир

По состоянию на сегодняшний день экзопланеты в большинстве своём были открыты при помощи космических телескопов – таких, как космический аппарат «Кеплер» (см. главу 11). Однако одна из самых изученных экзопланет, Gliese 1214 b, о которой мы упоминали в главе 8, была открыта в декабре 2009 года проектом MEarth. Это наземный массив из восьми идентичных телескопов, который следит примерно за 2000 звёзд из числа красных карликов в поисках прохождений планет.
Как отмечалось в предыдущей главе, присвоение имён экзопланетам – это странное дело. Оно начинается с указания звезды, затем каждой из экзопланет вокруг неё присваивается буква в порядке открытия, причем буква A зарезервирована для самой звезды. Таким образом, Gliese 1214 b является первой планетой, обнаруженной на орбите 1214-й звезды по каталогу ближайших к нам звёзд, составленному Вильгельмом Глизе. (Возможно, вы помните, что в главе 12 мы обсуждали Gliese 876 d.)
Звёзды из числа красных карликов невелики – обычно их масса не превышает 30 процентов от массы нашего Солнца. Они составляют почти 40 процентов звёзд в нашей галактике и, следовательно, вполне могут быть самым распространённым типом светил, вокруг которых вращаются планеты. Для наших целей важнейшей особенностью красных карликов является то, что они проявляют значительную звёздную активность (солнечные пятна и солнечные бури), и потому время от времени купают свои планеты в интенсивных потоках ультрафиолетового и рентгеновского излучения.
Gliese 1214 находится примерно в 42 световых годах от Земли. Её масса достигает примерно одной шестой массы нашего Солнца, а температура поверхности составляет около 4900°F (2700°C). Возраст системы Gliese 1214 оценивается в 6 миллиардов лет, или примерно на 30 процентов старше нашей Солнечной системы.
Gliese 1214 b – суперземля с массой, примерно в 6,55 раз превышающей массу Земли. Однако её плотность составляет лишь около трети от плотности нашей планеты – ненамного больше плотности воды. Таким образом, у Gliese 1214 b, скорее всего, есть небольшое ядро из металла и камня, но мантия состоит в основном из воды, как у мира, который мы назвали Нептунией в главе 8.
Поскольку средняя плотность экзопланеты является таким важным показателем её структуры, стоит сделать небольшое отступление, чтобы объяснить, как её можно рассчитать. Радиус планеты (и, следовательно, её объём) можно определить по величине затемнения, наблюдаемого, когда планета проходит перед своей родительской звездой. Массу планеты можно определить, измерив, насколько сильно её гравитация притягивает звезду. Поскольку плотность – это просто масса, поделённая на объём, при помощи этих двух измерений мы можем рассчитать плотность планеты. Результат для Gliese 1214 b: плотность примерно в 1,87 раза больше, чем у воды.
Начав с внешнего слоя водного мира Gliese и двигаясь внутрь, вначале мы встретим воду в виде пара из-за высокой температуры поверхности планеты – она находится очень близко к своей звезде. На поверхности вода будет существовать в виде горячего кипящего океана, глубина которого может составлять, возможно, 70 миль (около 100 км) или более. На более глубоких уровнях, где давление ещё выше, как обсуждалось в главе 7, мы обнаружили бы воду в виде льда. Это даёт образ планеты, который чем-то напоминает луковицу с многочисленными слоями кожицы, в каждом из которых вода находится в фазе, отличной от соседних слоёв. Каждый слой также будет обладать уникальными химическими свойствами, а также собственным типом энергетики, химии и даже «океанографии».
Поскольку Gliese 1214 b состоит в основном из воды, она должна была образоваться достаточно далеко от своей центральной звезды, чтобы у неё была возможность удерживать воду, накопленную на этой стадии. То есть, планета должна была образоваться за пределами того, что мы можем назвать снеговой линией звезды – за тем местом, где температура окружающей среды опускается ниже точки замерзания воды. В противном случае её жидкая вода и водяной пар были бы сдуты, как это случилось в ходе формирования планет земной группы в нашей системе, в том числе Земли. Однако по какой-то неизвестной причине Gliese 1214 b не превратилась в газового гиганта наподобие Юпитера или Сатурна. Вместо этого она, видимо, переместилась внутрь, на свою нынешнюю близкую к звезде орбиту, уже после того, как сформировалась.
Это означает, что на протяжении времени своего существования планета испытала огромные изменения количества звёздного света (энергии), который она получала от центральной звезды, а это, в свою очередь, подразумевает, что она пережила эволюцию климата в невиданных на Земле масштабах. Иными словами, атмосфера, которую мы видим сегодня на Gliese 1214 b, – это не та атмосфера, которая была там вначале.
Расчёты показывают, что температура поверхности Gliese 1214 b составляет от 250° до 540°F (от 120° до 280°C). Поскольку гравитация на её поверхности составляет около 90 процентов от земной, атмосфера удерживается на её поверхности так же, как атмосфера Земли удерживается на поверхности нашей планеты. Мы ожидаем, что на Gliese 1214 b будут бури и погодные явления, связанные с низким и высоким давлением. Наконец, анализ её спектра показывает, что у неё есть облачный покров по всей поверхности на очень большой высоте.
Есть ещё один вывод, который мы можем сделать на основании исследований Gliese 1214 b. При помощи наших современных косвенных методов обнаружить большие планеты, вращающиеся вблизи своей центральной звезды, значительно легче, чем маленькие планеты, вращающиеся вдали от неё. Таким образом, существование близкого к звезде водного мира вроде Gliese 1214 b предполагает, что вполне может существовать масса водных миров меньших размеров и более прохладных, расположенных дальше от своих звёзд. Миры, которые мы назвали Айсхейм и Новая Европа, могут быть примерами этой ещё не открытой группы планет. Их обнаружение требует более совершенных астрономических методов.

Kepler-10с: супер-суперземля

Примерно в 540 световых годах от нас, в созвездии Дракона находится система, в которой самая большая из известных землеподобных планет вращается вокруг очень похожей на наше Солнце звезды под названием Kepler-10 (так назван центр 10-й планетной системы, существование которой подтвердил спутник «Кеплер»).
Самый последний анализ показывает, что звезде и её системе около 10 миллиардов лет, или она примерно на 5,5 миллиарда лет старше нашей Солнечной системы. Уже одно это делает любые планеты вокруг Kepler-10 особенно интересными, потому что любые процессы, происходящие там, будь то физические, химические или биологические, должны были протекать на 5,5 миллиарда лет дольше, чем на Земле.
Первая планета, обнаруженная в этой системе, Kepler-10b, представляет собой мир расплавленной лавы, который вращается вокруг центральной звезды с периодом около 19 земных часов. Масса Kepler-10b в 3,7 раза превышает массу Земли, а её средняя плотность мало отличается от земной. Это говорит о том, что она состоит из металлов и скального материала, почти как Земля, и это относит её к категории суперземель, подобно планете, которую мы окрестили Здоровяком (см. главу 12). Как мы уже говорили, суперземли – достаточно обычное явление в галактике.
Однако в системе Kepler-10 есть планета, которая не столь обычна и фактически может быть уникальной среди тысяч экзопланет, открытых на сегодняшний день. Kepler-10с (вторая планета, обнаруженная на орбите вокруг Kepler-10) имеет массу, примерно в 14 раз превышающую массу Земли, и плотность, близкую к земной. Модели предполагают, что планета имеет либо газообразную атмосферу, либо жидкий океан, но для этого требуется внешняя оболочка либо из газообразного водорода и гелия, либо из водного океана. Kepler-10с – самая большая планета земного типа, о которой мы знаем.
Kepler-10c находится очень близко к своей центральной звезде, поэтому перспективы жизни земного типа там не очень хорошие – равновесная температура для планеты, по расчётам, составляет около 400°F (200°C). С другой стороны, основные потребности для жизни, которые в целом общеприняты – жидкая вода, полезная энергия, питательные вещества – явно находятся в изобилии. Кроме того, из-за больших размеров Kepler-10c, на её поверхности, вероятно, часто происходят извержения вулканов, а деятельность вулканов в условиях плотной атмосферы или океана будет выбрасывать в окружающую среду газы и более тяжёлые элементы, которые, предположительно, могут служить питательными веществами.
Если внешние области Kepler-10c состоят в основном из водорода и гелия, они могут породить интересные эволюционные адаптации для продвинутых форм жизни: летающих существ, которые могли бы, например, «плавать» в атмосфере так же, как рыбы плавают в наших океанах. Возможно, на Kepler-10с могли бы эволюционировать как плавающие, так и летающие существа – первые в океане, а вторые – в атмосфере.

HD 69830: суперземли и мега-земли

Примерно в 41 световом году от нас, в северо-восточной части созвездия Кормы, находится система, в которой три чрезвычайно большие планеты вращаются вокруг звезды, очень похожей на наше Солнце. «Корма» (лат. Puppis) буквально обозначает «ют» – крышу над каютой, построенной в задней части корабля, используемую в качестве помоста. Корма когда-то была частью более крупного созвездия под названием «Корабль Арго», которое представляло корабль Ясона и аргонавтов из греческой легенды.
Звезда в интересующей нас системе обозначена как HD 69830 – это указывает на то, что она является 69 830-й звездой в каталоге, созданном американским астрономом Генри Дрейпером (1837-82). HD 69830 немного меньше нашего Солнца и имеет возраст около 7,5 миллиардов лет – примерно на 3 миллиарда лет старше нашей солнечной системы.
Две внутренних планеты в системе HD 69830 обладают массами, примерно в 10 и 12 раз превышающими массу Земли, а масс самой внешней планеты в 18 раз превышает массу Земли. (Для справки: масса Урана и Нептуна, соответственно, в 15 и 17 раз больше массы Земли.) Их состав варьирует от преимущественно камня и металла для двух самых внутренних до непонятной смеси камня, металла и воды для третьей. Планеты HD 69830 не имеют аналогов в нашей солнечной системе. Две внутренние планеты вписываются в категорию, которую в главе 12 мы назвали суперземлёй, в то время как третья и самая большая вполне может быть примером категории, которую астрономы начинают обозначать как мегаземли.
Высокие температуры в двух внутренних мирах исключили бы существование жидкой воды на их поверхности. Считайте их горячими Нептунами. Самая большая планета находится достаточно далеко от звезды, чтобы жидкая вода сохраняла стабильность на её поверхности, поскольку она находится прямо внутри классической ЗООЗ. Давайте обратим внимание на эту планету – на ту, что называется HD 69830 d.
Есть две модели, которые одинаково хорошо соответствуют имеющимся у нас данным об этой планете. Можно предположить, что HD 69830 d является примером огромного водного мира. Мир этого типа обладает небольшим металлическим ядром, окружённым глубокой водной мантией, поверх которой находится плотная атмосфера из водорода и гелия или водяного пара. Другая возможность состоит в том, что внутренняя часть планеты гораздо больше похожа на Землю, с железно-никелевым ядром, окружённым богатыми кремнием минералами. В этом случае на её поверхности могут находиться океаны жидкой воды, а в атмосфере много углекислого газа и водяного пара.
Какая бы из этих моделей ни оказалась правильной, ясно, что HD 69830 d обладает жидкой водой в изобилии, полезной энергией в виде солнечного света и, возможно, химической энергией в глубоководных океанских горячих источниках, а также сырьём, необходимым для развития жизни. Главной необычной особенностью её окружающей среды является интенсивная сила притяжения на её поверхности. Однако маловероятно, что это повлияет на развитие живых клеток в океане на поверхности планеты. Таким образом, HD 69830 d может превратиться в то, что мы называем миром зелёной тины. Однако мы ожидаем, что внешний вид наземных организмов, если они появятся в процессе эволюции, будет примерно таким же, как у приземистых форм жизни, которые мы обсуждали в главе 12 для Здоровяка. Поскольку выталкивающая сила будет, как минимум, отчасти противодействовать гравитации планеты, формы жизни в жидкой воде могут не сильно пострадать от большого размера HD 69830 d – иными словами, появятся обычные рыбы и коренастые динозавры.
В 2005 году космический телескоп «Спитцер», орбитальная инфракрасная обсерватория, открыл кое-какую интересную информацию о планетах вокруг HD 69830. Похоже, что за пределами орбиты планеты d существует кольцо пыли – возможно, результат разрушения большого астероида. (Пыль обычно ярко выделяется в инфракрасном небе.) Звёздный свет, отражённый от этой пыли, создаст полосу света в небесах внутренних планет системы HD 69830, так что там наблюдатели увидят второй «Млечный Путь»: на их ночном небе будут находиться две пересекающиеся полосы света, а не одна, видимая с Земли.

Галерея миров-сирот

В последнее десятилетие стало ясно, что межзвёздная среда далеко не пуста. В главе 11 обсуждалось открытие первой межзвёздной кометы Оумуамуа. Теперь мы знаем, что в межзвёздном пространстве существует множество объектов. Большая часть мусора в межзвёздном пространстве, вероятно, находится в форме комет. Кроме того, существуют астероиды и крупные тела, очень похожие на объекты пояса Койпера нашей собственной системы (Плутон – яркий пример объектов такого типа). Более того, наши компьютерные модели говорят нам, что в начале истории нашей Солнечной системы, до того, как всё закрепилось на нынешних стабильных орбитах, из неё были выброшены целые планеты, и эти планеты по-прежнему должны где-то находиться.
Планеты, выброшенные в межзвёздную среду, назывались по-разному: «миры-изгои», «тёмные планеты», «планеты-невидимки», «планеты степных волков» (названные так потому, что в воображении некоторых астрономов любая жизнь в этих странных местах обитания существовала бы как одинокий волк, бродящий по галактической степи), но чаще всего используется название «свободно плавающие планеты». Мы называем их мирами-сиротами. Несколько таких планет должны возникать всякий раз, когда вокруг зарождающейся звезды формируется планетная система. Фактически, их могут быть сотни или тысячи на каждую из планет в нашей галактике, вращающуюся вокруг звезды. Если это правда, то миры-сироты, безусловно, являются самым распространённым типом планет, существующим в природе.
Как мы уже видели в главе 11, проблема, с которой мы сталкиваемся, – это наблюдение за такими мирами-сиротами. Они не светятся видимым светом, как звёзды, и находятся так далеко от звёзд, что не отражают сколько-нибудь заметного звёздного света, как планеты в солнечных системах. До настоящего момента было обнаружено лишь несколько однозначно определённых миров-сирот, но тот факт, что несколько из них всё же были обнаружены, несмотря на огромную сложность их обнаружения, говорит о том, что они действительно представляют собой довольно обычное явление.

PSO J318.5-22: Большой свободно плавающий мир

Обсерватория Pan-STARRS на Гавайях, та же самая, что открыла Оумуамуа, обнаружила несколько миров-сирот. Одним из самых интересных является PSO J318.5-22. Строка цифр относится к его положению в небе – для краткости мы будем называть его PSO 22. Этот объект находится примерно в 80 световых годах от нас – достаточно близко, чтобы можно было установить некоторые из его особенностей.
Масса PSO 22 примерно в 6,5 раза больше массы Юпитера. Поскольку для запуска ядерных реакций, создающих звезду, требуется масса, превышающая массу Юпитера в 15-20 раз, PSO 22 иногда называют субзвёздным объектом. Количество излучаемой им инфракрасной энергии указывает на то, что его температура составляет около 1800°F (900°C), что значительно выше температуры Юпитера, но значительно ниже диапазона, характерного для малых звёзд.
Одна из особенностей PSO 22, которая делает его таким интересным, заключается в том, что можно получить кое-какую информацию о его составе. В частности, в его атмосфере был обнаружен метан, а также пара щелочных элементов – натрий и калий. Таким образом, по составу мир может быть похож на Уран и Нептун.
Ещё одна интересная особенность PSO 22 обусловлена тем фактом, что его масса значительно больше, чем у Юпитера. Когда он был выброшен из планетной системы, где родился, он, скорее всего, забрал с собой большое количество местного мусора благодаря своей сильной гравитации. Эти обломки должны представлять собой материал, из которого формировались местные планеты, а также материал типа кометного и астероидного. Он также мог бы унести все луны, которые образовались вокруг него. Таким образом, PSO 22 является хорошим кандидатом в миры-сироты с собственной луной или лунами на его орбите.

CFBDSIR214947.2-040308.9: Планета-сирота, связанная со звёздным скоплением

Многие звёзды образуются внутри так называемых звёздных «яслей» – облаков, достаточно больших, чтобы породить звёзды в количестве от тысяч до миллионов. CFBDSIR214947.2-040308.9, которую мы будем сокращённо называть C9, представляет собой планету, которая сформировалась в окрестностях члена таких «яслей», а затем была выброшена в межзвёздное пространство. Она была обнаружена с помощью прибора, разработанного специально для поиска объектов, испускающих инфракрасное излучение, на больших участках неба.
C9 – очень молодой объект, возраст которого составляет всего от 20 до 200 миллионов лет. Он связан со скоплением звёзд, известным как AB Золотой Рыбы, примерно в 65 световых годах от Земли. Все звёзды в этом скоплении движутся в одном и том же общем направлении и поэтому, как полагают, сформировались все вместе примерно в одно и то же время. C9 движется вместе с группой AB Золотой Рыбы, что даёт нам очень веские доказательства в пользу того, что миры-сироты выбрасываются из планетных систем, когда эти системы только формируются. Это не говорит о том, что миры-сироты не могут быть выброшены в другие моменты истории планетной системы, но с учётом нашего понимания процессов формирования планет и эволюции ясно, что наиболее вероятным сценарием является выброс миров-сирот в эпоху формирования планет.

WISE J085510.83-071442.5: Свободно плавающий мир-изгой

Если C9 – это мир-сирота, который образовался в звёздном скоплении и всё ещё движется вместе с этим скоплением, то существуют и другие миры-сироты, которые не имеют явной связи ни с какими звёздными скоплениями. WISE J085510.83-071442.5, который мы будем сокращенно называть WISE-5, является прекрасным примером миров такого рода. WISE-5 был обнаружен с помощью телескопа НАСА WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer – Широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь), который исследует большие участки неба в поисках слабых источников инфракрасного излучения.
Масса WISE-5 несколько неясна, но, вероятно, превышает массу Юпитера в 3-10 раз. Его температура низкая – возможно, до -70°F (-50°C). Возраст WISE-5 совершенно непонятен, но составляет не менее 1 миллиарда и меньше 10 миллиардов лет.
Расстояние от Земли до этого мира-сироты оценивается примерно в 7 световых лет. Для сравнения, ближайшие к нашей Солнечной системе звёзды находятся на расстоянии около 4 световых лет. Таким образом, WISE-5 станет отличным кандидатом для дальнейших наблюдений с помощью телескопов следующего поколения – таких, как TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) и космический телескоп «Джеймс Уэбб» (см. главу 17). Вероятно, он находится достаточно близко к нашей солнечной системе, чтобы мы могли искать признаки наличия жизни.

Молодые обособленные объекты планетарной массы в звёздном скоплении Сигмы Ориона

В звёздном скоплении Сигма Ориона была обнаружена совокупность очень молодых, но обособленных планет. Эти миры-сироты обладают массой в пределах от 5 до 15 масс Юпитера, поэтому они слишком малы, чтобы запустить ядерный синтез и тем самым превратиться в звёзды. Однако температура их поверхности колеблется от 2800° до 3600°F (от 1400° до 1900°C), что гораздо выше, чем у планет-гигантов в нашей Солнечной системе. Эти миры-сироты представляют собой новый тип гигантских планет.
Звёздное скопление Сигма Ориона находится примерно в 1200 световых годах от Земли и отличается своей молодостью – ему всего от 1 до 5 миллионов лет. Считается, что формирование планет-гигантов в таких Солнечных системах, как наша, происходит в течение отрезков времени продолжительностью от 1 до 10 миллионов лет, поэтому данные миры-сироты, должно быть, были выброшены из своих родных систем на самом пике процесса формирования планет. Это подтверждает утверждение о том, что процесс формирования планет протекает весьма жёстко.
Как мы упоминали выше, благодаря своей большой массе подобные миры смогли бы унести изрядное количество материала туманности, из которой формировались планеты. Таким образом, у этих сбежавших планет могли бы быть собственные вращающиеся облака газа и пыли, из которых могли бы сформироваться луны. Такие системы лун могли бы оставаться пригодными для жизни до тех пор, пока приливные взаимодействия поддерживали бы их источники тепла, а это время могло бы растянуться на миллиарды лет.

MOA-2011-BLG-262Lb: Мир-сирота с небольшой луной на орбите

При использовании гравитационного линзирования (см. главу 11) была обнаружена система планет-сирот из двух объектов, среди которых более крупная планета представляет собой газовый гигант, а другая – луну, обращающуюся вокруг него. Эта система известна как MOA-2011-BLG-262Lb, которую мы будем сокращённо называть MOA-b. Считается, что масса газового гиганта примерно в четыре раза превышает массу Юпитера, а луна должна быть меньше Земли. Помимо этого, о системе MOA-b известно не так много. Её значение в данном случае заключается в том, что, если эти наблюдения точны, данная система является доказательством того, что у планет-сирот могут быть собственные луны. Если учесть сложность использования гравитационного линзирования для обнаружения планет, факт находки системы «планета плюс луна» говорит о том, что их, ожидающих своего открытия, ещё очень много.

15

ЖИЗНЬ, НЕ ПОХОЖАЯ НА НАС.

ЧТО, ЕСЛИ МЫ – НЕ ЕДИНСТВЕННЫЙ ВАРИАНТ?

До настоящего момента мы прямо или косвенно обсуждали жизнь, похожую на нас. То есть мы говорили о жизни, основанной на химических реакциях, в которых участвуют соединения углерода и которые происходят (или, по крайней мере, происходили изначально) в жидкой воде. В этой главе мы рассмотрим возможность жизни, не похожей на нас – жизни, которая всё ещё основана на химии, но в образовании которой участвуют химические элементы, отличные от углерода, или жидкости, отличные от воды. Это расширение нашего определения значительно увеличивает спектр разнообразия, которое необходимо учитывать, когда мы говорим о живых существах в нашей галактике.
Сказав это, мы должны отметить, что в данной главе мы рассматриваем только жизнь, сформированную естественными причинами. Увлекательная возможность жизни, созданной как следствие развития передовых технологий (вспомните о компьютерах и роботах), оставлена для следующей главы, которая посвящена жизни, действительно не похожей на нас.
Мы начинаем это обсуждение с утверждения, которое можно воспринимать как честную рекламу. Оба автора признаются, что являются так называемыми углеродными шовинистами. То есть, мы считаем, что специфические особенности атома углерода делают его идеальным инструментом для развития и поддержания сложной жизни. Возможно, лучший способ начать изучение возможности существования жизни, не похожей на нашу, – это узнать, что же делает углерод таким особенным.
Атом углерода имеет шесть положительно заряженных протонов в своем ядре, и шесть вращающихся вокруг ядра отрицательно заряженных электронов, чтобы уравновесить этот положительный заряд. О том, где могут находиться эти электроны, законы квантовой механики говорят нам две вещи:

• Электроны могут занимать так называемые энергетические уровни, расположенные на некоторых строго ограниченных и определённых расстояниях от ядра.

• На каждом энергетическом уровне есть место только для определённого, строго ограниченного количества электронов.

В целом, на ближайшем к ядру энергетическом уровне есть место для двух электронов, в то время как на следующих двух уровнях может находиться до восьми электронов на каждом. (У более крупных атомов больше электронов, и они занимают более высокие уровни. На этих уровнях также находится строго определённое количество электронов, но точные значения вычислить сложнее.) Это означает, что в атоме углерода на самом нижнем уровне находятся два из шести электронов, и в то же время на следующем уровне находятся остальные четыре. Именно самые внешние электроны (они называются валентными электронами) образуют связи с другими атомами для создания молекул. Представьте себе, что каждый из четырёх внешних электронов – это своего рода липучка на поверхности атома, позволяющая атому углерода сцепляться с другими атомами, в том числе с другими атомами углерода*.

Когда атомы углерода соединяются друг с другом, они образуют длинные цепочки, кольца, сложные петли и множество иных форм, которые мы наблюдаем в молекулах, поддерживающих жизнь на Земле. Иногда они отдают для связи с другим атомом углерода сразу два своих валентных электрона – представьте, что два атома склеены двумя парами липучек вместо одной. Эти так называемые двойные связи играют важную роль в создании сложности, которую мы наблюдаем в молекулах на основе углерода на Земле.
Чрезвычайно важной молекулой на основе углерода является ДНК, которая позволяет живым существам на Земле передавать информацию от одного поколения к другому. Она делает это с помощью четырёх молекул, называемых азотистыми основаниями. Эти молекулы обычно обозначаются первой буквой их названий – аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T) – и их последовательность в ДНК организма представляет собой сообщение, передаваемое от поколения к поколению. Мы утверждаем, что у любой жизни, основанной на химических веществах, должно быть нечто, играющее роль ДНК – что-то такое, что может передавать информацию от одного поколения другому. Очевидно, что это «что-то» не обязательно должно быть тем же самым, что и наша ДНК. И действительно, учёные смогли создать в лаборатории ДНК, которая содержит кодирующие молекулы, отличные от упомянутых выше, и это позволяет предположить, что в других мирах могли возникнуть другие молекулы, переносящие информацию.

История кремния

Подход многих учёных к решению вопроса об альтернативной жизни состоит в том, чтобы найти в живых системах на Земле какую-то функцию, которую сейчас выполняют молекулы на основе углерода, а затем узнать, могут ли выполнять ту же функцию молекулы на основе иного химического элемента. Это такой же хороший способ начать нашу дискуссию, как и любой другой, хотя ниже мы утверждаем, что он может быть полон всякого рода ограничений.
Однако прежде, чем перейти к подробному обсуждению конкретных типов атомов, мы должны уделить чуточку внимания одной вещи: относительному изобилию химических элементов в природе. Очевидно, что более обычный в природе атом с большей вероятностью послужит основой для жизни, чем более редкий – уже хотя бы потому, что первый более доступен для химических реакций, ведущих к образованию жизни. Следовательно, в дальнейшем мы сосредоточим наше внимание на обычных элементах и проигнорируем возможность жизни, основанной на относительно редких атомах.
Если мы взглянем на нашу Солнечную систему или на галактику в целом, то обнаружим, что самыми распространёнными элементами являются водород и гелий, за которыми следуют кислород и углерод. Чтобы подчеркнуть то, что будет важно в ходе нашего последующего обсуждения, скажем, что на каждый атом кремния в Солнечной системе приходится около 10 атомов углерода. Один балл в пользу углеродных шовинистов.
Однако если мы рассмотрим только Землю, ситуация будет совершенно иной. Формирование планет земной группы включало процесс сортировки – например, на Земле почти нет гелия, хотя во Вселенной он встречается в изобилии. Мы считаем, что значительная часть углерода, который мог бы пойти на формирование Земли, вместо этого связалась в виде летучих соединений, которые были выброшены из внутренней области Солнечной системы новорождённым Солнцем. По сути, оказывается, что на Земле на каждый атом углерода приходится около 30 атомов кремния – полная противоположность их относительному содержанию в Солнечной системе в целом. Один балл в пользу парней, топящих за кремний, хотя значительная часть кремния на Земле заключена в минералах глубоко под её поверхностью и, следовательно, недоступна жизни.
Когда мы получим представление о распространённости химических элементов, реальный вопрос о жизни, не похожей на нас, сводится к следующему: существуют ли атомы, отличные от атомов углерода, которые могли бы обеспечивать такую сложность молекул, которую мы наблюдаем у земной жизни? То есть, могут ли эти другие атомы образовывать цепочки, кольца и сложные структуры, как это делает углерод, чтобы заложить основу для существования широкого спектра молекул, необходимых для жизни? Это, как мы указывали выше, ведёт нас к кремнию.
Самый простой способ наглядно представить это – вспомнить о втором правиле квантовой механики, приведённом выше. Представьте, что вы начинаете с углерода, а затем добавляете восемь электронов (конечно же, сопровождая это аналогичным увеличением числа протонов в ядре). Это даст нам атом, который, как и углерод, имеет четыре валентных электрона, поскольку из новых электронов четыре заполнят до конца второй энергетический уровень, и останется ещё четыре для следующего, самого верхнего уровня, на котором они могут образовывать связи. И действительно, элемент, у которого на восемь электронов больше, чем у углерода, – это кремний, расположенный в периодической таблице прямо под углеродом.
Это упражнение объясняет, почему формы жизни на основе кремния на протяжении десятилетий были неотъемлемой частью научной фантастики. С химической точки зрения кремний – это элемент, обладающий наибольшим сходством с углеродом, и, как мы уже отмечали, он довольно распространён во Вселенной. Однако, сделав это замечание, мы должны отметить, что между углеродом и кремнием существует фундаментальная разница. Поскольку валентные электроны кремния находятся на третьем энергетическом уровне, тогда как электроны углерода находятся на втором, атом кремния крупнее своего углеродного аналога. Химики предположили, что именно это различие так затрудняет образование длинных цепочек из атомов кремния. Это означает малую вероятность того, что в жизни на основе кремния цепочки атомов кремния смогут играть ту же роль, что и молекулы типа ДНК в жизни на углеродной основе: «липучки» расположены слишком далеко друг от друга, чтобы два атома кремния могли образовать больше одной связи друг с другом. Таким образом, значительная часть сложности, которую мы наблюдаем в молекулах на основе углерода, просто недоступна кремнию. Это отражается в таком факте: известно, что специалисты в области органической химии используют для описания самых сложных молекул на основе кремния такие слова, как «монотонный».
Другая проблема возникает во время анализа обмена веществ у кремниевой жизни. Углеродный метаболизм основан на соединении атмосферного кислорода с углеводами – молекулами, содержащими атомы углерода и водорода. Простейшим примером этого процесса является сжигание метана*, молекулы, в которой один атом углерода связан с четырьмя атомами водорода. Конечными продуктами этой реакции являются углекислый газ (газообразный) и вода. (По сути, кислород воздуха соединяется с углеродом метана с образованием двуокиси углерода и с его водородом с образованием воды.) Оба эти вещества легко удалить из того места, где вырабатывается энергия организма – например, такого рода взаимодействием с кислородом является появление углекислого газа в воздухе, выдыхаемом вами прямо сейчас.

Аналогичной реакцией в кремниевом мире было бы сгорание молекулы, в которой один атом кремния связан с четырьмя атомами водорода – вещества, известного как моносилан. Это привело бы к образованию в качестве отходов диоксида кремния (диоксида кремния). При привычных для нас температурах это вещество является твёрдым и выводится из организма с гораздо большим трудом, чем углекислый газ – оно является основным компонентом кварца и песка, например. Кстати, есть такие научно-фантастические рассказы, в которых формы жизни на основе кремния выдают свою истинную природу, испражняясь кирпичами из твёрдого диоксида кремния и оставляя за собой безошибочный след.
Из-за сложностей такого рода в научном сообществе существует общее мнение о том, что живые системы, полностью основанные на кремнии (то есть системы, в которых кремний полностью заменяет углерод), вряд ли будут существовать на планетах, которые мы обычно считаем пригодными для жизни. (Сделав это замечание, мы должны добавить, что данное утверждение не означает, что кремний не может быть включен в живые системы. Многие организмы на Земле – например, диатомовые водоросли в океане – создают твёрдые части, используя атомы кремния в своей основанной на углероде структуре.) Однако мы можем представить себе экзотические планеты, где химия кремния может генерировать некоторые очень сложные молекулярные структуры: например, находящаяся в приливном захвате планета земной группы с расплавленной дневной стороной в звёздной системе, богатой металлами и другими тяжёлыми элементами. Но у нас нет возможности узнать, будут ли большие потоки энергии, пронизывающие такую экзопланету, создавать автономные самовоспроизводящиеся системы, которые мы обычно ассоциируем с жизнью.
Мы завершаем это обсуждение жизни на основе кремния представлением того, что мы считаем одним из самых сильных аргументов в пользу углеродного шовинизма. Как мы видели выше, кремния на Земле гораздо больше, чем углерода. Однако, несмотря на это численное преимущество, роль кремния в живых системах на Земле лучше всего охарактеризовать как незначительную, в то время как углерод, представленный относительно бедно, составляет основу всех живых систем. Это подсказывает нам, что в углероде есть нечто особенное, если дело касается жизни, и что жизнь в других местах, возможно, за некоторыми исключениями, будет основана на углероде.
Мы потратили много времени на разговоры о возможности жизни на основе кремния по нескольким причинам. Во-первых, как мы уже отмечали, кремний является элементом, в наибольшей степени подобным углероду. Кроме того, научно-фантастических сценариев, затрагивающих жизнь на основе кремния, существует, вероятно, больше, чем посвящённых любой другой её форме. Такая художественная литература обычно изображает кремниевые формы жизни в виде оживших минералов или скал. Если же принять во внимание аргументы, приведённые в этом разделе, то нам кажется, что эти формы жизни будут редкими в галактике, или же вообще не будут существовать.
Так какие же другие виды жизни, не похожей на нас самих, мы обнаружим с большей вероятностью?

Иной выбор

До настоящего момента мы достаточно вольно использовали словосочетание «жизнь на основе углерода». В целом молекулы в живых системах на Земле в своём функционировании могут зависеть от уникальных свойств углерода, но многие из них содержат атомы других материалов, чередующихся с их углеродом. Например, знакомая нам двойная спираль ДНК построена на каркасе из атомов фосфора и кислорода. Поэтому мы должны рассмотреть возможность появления в живых системах кремния в сочетании с другими атомами.
Мы знаем много веществ, в структуре молекул которых есть цепочки из кремния и кислорода, но не цепочки, полностью состоящие из атомов кремния: например, водонепроницаемые герметики и иная коммерческая продукция. Недавно учёные из Калифорнийского технологического института, используя бактерии, собранные в горячих источниках в Исландии, создали молекулы с химическими связями непосредственно между углеродом и кремнием. Хотя основной химический интерес к таким молекулам заключается в том, что они могут выступать в качестве ферментов для создания широкого спектра промышленных материалов, но они также предполагают возможность развития в других мирах форм жизни, основанных на комбинациях углерода и кремния.
Изредка учёные рассматривали в качестве замены углерода в живых существах элементы, отличные от кремния. Как мы уже видели, основная стратегия состоит в том, чтобы найти элемент, который (1) является довольно распространённым и (2) способен образовывать длинные молекулярные цепочки. Одним из элементов, отвечающих этим критериям, является сера, которая находится в периодической таблице прямо под кислородом. Хотя сера встречается не в таком изобилии, как углерод или кремний, она всё же входит в первую десятку самых распространённых элементов в галактике. Она также способна образовывать линейные цепочечные молекулы, хотя это явно не такие сложные разветвлённые структуры, как в биомолекулах на Земле.
Наиболее заметные концентрации серы в Солнечной системе находятся на спутнике Юпитера Ио (это тот, что похож на пиццу с пепперони). Ио является ближайшей к Юпитеру среди четырёх больших галилеевых лун планеты (остальные – это Европа, Ганимед и Каллисто), и гравитационные взаимодействия между этими спутниками генерируют много тепла в его недрах. В результате Ио оказывается самым вулканически активным объектом в Солнечной системе, а вулканы выбрасывают продукты извержения на сотни миль в атмосферу. Пятнистая окраска на его поверхности в основном обусловлена серой из вулканов, которая осела после этих извержений. Большая часть этого покрытия представляет собой чистую серу в нескольких из множества её форм.
Атомы серы обычно объединяются в группы от 6 до 20 атомов, причем наиболее распространённой является структура в форме короны из 8 атомов. Нет ничего необычного в том, что атомы одного элемента группируются в разных конфигурациях: например, алмазы и графит (карандашный грифель) являются чистым углеродом, но у них разное расположение связей между атомами. Когда две молекулы, состоящие из атомов одного и того же типа, имеют разную конфигурацию, говорят, что они являются аллотропными модификациями друг друга. Большое количество аллотропных модификаций серы, которые мы наблюдаем в таких местах, как Ио, иногда используется как основание для предположения о возможности жизни на основе серы – предположения, рождённого широким разнообразием форм, которые могут принимать аллотропные модификации серы. Однако мы не знаем ни одной работы, которая выводила бы этот аргумент за рамки простых предположений.
Мы могли бы продолжить эту дискуссию, двигаясь по всей периодической таблице, но чем дальше мы уходим от углерода, тем более слабыми становятся аргументы. Думаем, что лучше всего придерживаться углерода, сохраняя при этом непредвзятое отношение к случайному редкому появлению жизни, основанной на других химических элементах.

Заменители воды

Быть водным шовинистом во многих отношениях даже ещё проще, чем углеродным. Вода обладает многими свойствами, которые делают её пригодной для поддержания жизни, и она действительно практически вне конкуренции. Давайте начнём нашу дискуссию с рассказа о некоторых из её желательных свойств.
Прежде всего, для повышения температуры воды требуется много энергии. На языке физиков мы говорим, что она обладает высокой удельной теплоёмкостью. Это позволяет относительно легко поддерживать постоянную температуру в водоёмах, что является очевидным преимуществом для живых систем.
Кроме того, вода обладает довольно необычным свойством, состоящим в том, что плотность её твёрдой фазы (льда) меньше, чем плотность жидкой фазы. Почти все прочие материалы обладают противоположными свойствами. Это означает, что когда вода начинает замерзать, лёд всплывает наверх, а не опускается на дно. Как правило, в больших водоёмах лёд образует теплоизолирующий слой, а вода под ним остаётся жидкой, что является ещё одним очевидным преимуществом для жизни. Если бы лёд был плотнее жидкой воды, он опустился бы на дно, едва образовавшись, и озеро или океан промёрзли бы полностью снизу вверх. И это, как минимум, создало бы стресс для водных обитателей.
Возможно, важнейшим свойством воды с нашей точки зрения является её способность растворять самые разнообразные вещества. Собственно, её часто называют универсальным растворителем, так как она может растворять больше веществ, чем любая другая обычная жидкость. Это означает, что молекулы других веществ, растворённых в воде, в целом свободно перемещаются и взаимодействуют друг с другом – это очевидный плюс в том, что касается развития жизни. Причина, по которой вода обладает такой способностью, заключается в том, что она представляет собой пример так называемой полярной молекулы.
Небольшое пояснение: законы квантовой механики управляют силами, действующими между атомами в молекулах воды, определяя их конфигурацию. Если вы представите, что атом кислорода – это голова, то два атома водорода – это прикреплённые к нему уши Микки Мауса, причем угол между отрезками, проведёнными от кислорода к двум водородам, составляет 105 градусов. Законы квантовой механики также говорят нам, что электроны в молекуле будут стремиться собираться вокруг атома кислорода. Таким образом, хотя молекула воды в целом электрически нейтральна, один её конец будет нести отрицательный заряд, тогда как другой конец будет положительным. Это распределение зарядов и делает воду полярной. Давайте посмотрим, как это работает, когда вода растворяет другое вещество.
Представьте себе молекулу воды, приближающуюся к куску вещества. Чисто теоретически предположим, что она приближается отрицательным концом вперёд. Молекула в веществе будет испытывать воздействие электрических сил от обоих концов приближающейся молекулы воды, но те, которые связаны с отрицательно заряженным концом, находящимся ближе, будут оказывать более сильное воздействие. Вступив в контакт с молекулой вещества, молекула воды приобретает чистый отрицательный заряд. Из-за этого электроны в молекулах материала будут отталкиваться от приближающейся воды, оставляя в веществе положительно заряженную область, обращённую в сторону молекулы воды. В итоге у нас получается, что к положительному концу молекул материала приближается отрицательно заряженный конец молекулы воды.
Мы знаем, что противоположные электрические заряды притягиваются, а это означает, что, как только электроны сместятся, как описано выше, между молекулой воды и молекулой вещества возникнет сила притяжения. Это вытянет молекулу вещества из её первоначального положения, и по мере продолжения этого процесса вещество будет растворяться молекула за молекулой.
Любой, у кого есть кулинарный опыт, знает, что один из способов удалить липкий налёт с кастрюль и тарелок – просто дать им немного побыть в воде. Эта маленькая кухонная хитрость работает, потому что полярные процессы, запущенные конфигурацией электронов в молекуле воды, медленно растворяют липкий материал.
Учёные рассуждали о многих веществах, которые могли бы заменить воду в химии жизни. В целом мы можем выделить здесь две функции воды. Одна из них, упомянутая выше – просто быть средой, поддерживающей сложные молекулы. Для описания жидкостей, способных образовывать жидкие океаны, писатель-фантаст и биохимик Айзек Азимов придумал слово «талассоген» (образователь морей). Вторая функция – участие в химических процессах жизни. Образование молекул воды играет определённую роль в создании так называемой пептидной связи, которая, например, удерживает белки вместе. Далее мы рассмотрим два возможных заменителя воды. Один из них – аммиак, распространённая молекула, больше всех похожая на воду, а другой – метан. Последний упомянут здесь, потому что мы знаем об одном метановом океане во Вселенной – он находится на спутнике Сатурна Титане.
Давайте начнем с аммиака, NH₃. Аммиак, состоящий из азота и водорода, двух распространённых элементов, является обычным веществом – это была одна из первых сложных молекул, обнаруженных в межзвёздных облаках. Вы, вероятно, сталкивались с ним в виде водного раствора, обычного бытового чистящего средства (его часто используют для стекла и керамики, потому что он высыхает, не оставляя разводов). И, конечно же, он играет важную роль в производстве удобрений, которые позволяют относительно небольшому числу фермеров прокормить миллиарды людей на нашей планете. При давлении в 1 атмосферу аммиак представляет собой жидкость в диапазоне от -108° до -28°F (от -78° до -33°C). В этом состоянии он способен растворять самые разнообразные материалы, в том числе некоторые металлы. Кроме того, многие важные молекулы, обнаруженные в системах на основе углерода, имеют аналоги в системах на основе аммиака. Относительное изобилие аммиака и такого рода химические свойства побудили некоторых учёных предложить его в качестве заменителя воды в процессе развития жизни.
Однако здесь есть некоторые проблемы. Вероятно, важнейшей из них является то, что аммиак является жидкостью только при температурах, которые значительно ниже, чем встречающиеся в большинстве мест на Земле. Как правило, при понижении температуры химические реакции замедляются. Вот почему мы используем холодильники и морозильники – если уж об этом заговорили, порча продуктов представляет собой химический процесс. У химиков есть общее эмпирическое правило, согласно которому скорость реакции падает вдвое при каждом снижении температуры на 18°F (10°C). Таким образом, химические реакции в аммиачном океане происходили бы примерно в 30-50 раз медленнее, чем в относительно спокойных океанах Земли. Таким образом, развитие жизни, которое на Земле заняло сотни миллионов лет, в аммиачном океане может занять несколько миллиардов лет. (Мы столкнёмся с проблемой температуры в ещё более выраженной форме далее, когда будем обсуждать жидкий метан.)
Отметив этот момент, мы должны добавить, что не рассматриваем сравнительно низкую температуру жидкого аммиака как абсолютный барьер для развития жизни – как основанной на углероде, так и какой-либо иной. Это просто означает, что для развития жизни в мире, океаны которого состоят из аммиака, потребуется больше времени. Можно было бы рассчитать размеры ЗООЗ для планетных систем с аммиачными океанами, хотя мы не знаем, делалось ли это вообще. Вероятно, они будут находиться дальше от звезды, чем ЗООЗ для воды.
Некоторые учёные, однако, выразили серьёзную обеспокоенность по поводу пригодности аммиака в качестве среды для жизни. Возражения основаны на том факте, что силы, удерживающие молекулы жидкости вместе, в аммиаке слабее, чем в воде. Попутно отметим, что отсутствие разводов на стекле от аммиака связано именно с этим свойством. Притяжение между молекулами воды создаёт поверхностное натяжение, которое заставляет воду на стекле собираться в капли. Аммиак, обладающий более низким поверхностным натяжением, не образует столько капелек и, следовательно, не оставляет разводов. К сожалению, это свойство молекул аммиака может затруднить им образование длинных цепочек, встречающихся в живых системах.
Как и кремний, аммиак является излюбленным альтернативным веществом среди любителей научной фантастики. Например, его часто используют, чтобы представить жизни в холодных внешних слоях атмосферы газовых гигантов. Его способность растворять металлы также порождает увлекательные дискуссии о том, какие цвета вы могли бы увидеть в аммиачном океане. Однако на данный момент, хотя мы и должны рассматривать аммиачные океаны как возможное место зарождения жизни на экзопланетах, у нас нет доказательств того, что они существуют.
Как следует из термина «природный газ», метан – это газ при тех температурах, которые мы считаем нормальными. Если точнее, то он является жидкостью только при температурах между -260° и -297°F (от -162° до -183°C). Тем не менее, нам известен один мир с такой низкой температурой поверхности, и мы знаем, что в этом мире есть океаны, состоящие из метана и других углеводородов. Таким образом, метан является единственным талассогенным веществом, в отношении которого мы можем быть уверены, что оно действительно участвовало в формировании океана (помимо воды, разумеется).
Мир, о котором мы говорим, – это Титан, самый большой спутник Сатурна. С нашей точки зрения, об этом теле известно два важных факта: во-первых, это единственная луна в Солнечной системе с плотной атмосферой (состоящей в основном из газообразного азота, как у Земли), а во-вторых, она действительно холодная – температура поверхности колеблется около -290°F (-179°C).
Чтобы охарактеризовать этот мир лучше всего, можно сказать, что в нём есть знакомые геологические структуры (например, озёра и горы), состоящие из незнакомых материалов. При температуре поверхности Титана водяной лёд твёрд, как камень, а озёра и океаны состоят из жидкого метана и других углеводородов, как уже упоминалось выше. Самым распространённым из этих других углеводородов является этан, двоюродный брат метана, содержащий два атома углерода. Песчаные дюны вблизи экватора Титана состоят из органических соединений тёмной окраски – один учёный сравнил их с дюнами из кофейной гущи.
Атмосфера Титана представляет собой оранжевую дымку, которая препятствует хорошему обзору поверхности. На протяжении многих лет наблюдения в телескоп и данные с космических аппаратов показали, что атмосфера насыщена сложными органическими соединениями – молекулами, которые значительно сложнее, чем простой метан. Затем, вскоре после прибытия к Сатурну в 2004 году, космический аппарат «Кассини» сбросил зонд в атмосферу Титана, и мы впервые взглянули на его поверхность. Зонд был назван в честь Христиана Гюйгенса (1629-95), голландского астронома, открывшего Титан. Он совершил посадку на поверхность спутника и передавал оттуда данные в течение примерно 90 минут, прежде чем его поглотила поверхность Титана. После этого «Кассини» ещё несколько раз пролетел рядом с Титаном, картировав его поверхность при помощи радара. Теперь в нашем представлении этот спутник – такое место, где углеводороды дождём льются с неба и заполняют моря и озёра. (Интересно, что озера Титана названы в честь аналогов на Земле: например, Онтарио и Каюга.) Именно в этих озёрах и морях учёные надеются отыскать информацию о развитии жизни в метановой среде.
Существует ещё одно важное следствие чрезвычайно низких температур на Титане, которое может повлиять на происхождение жизни. Если, как мы указывали выше, скорость химической реакции снижается вдвое при каждом понижении температуры на 18°F (10°C), то на Титане они займут примерно в миллион раз больше времени, чем на Земле. Таким образом, если для развития жизни в океанах Земли потребовались сотни миллионов лет, как это и было, судя по всему, то для того, чтобы то же самое случилось на Титане, потребовались бы сотни триллионов лет. Это значительно больше, чем возраст Вселенной, поэтому первый вывод, который мы можем сделать, состоит в том, что, даже если жизнь и может развиться в метановом океане, у неё, вероятно, не было времени это сделать. Следовательно, учёные, изучающие химию Титана, говорят о поиске предшественников жизни, а не самой жизни. Если нет таких низкотемпературных процессов, о которых мы не знаем в настоящее время, нам придётся исключить метановые океаны из нашего списка сред, в которых к настоящему времени могла бы развиться жизнь.
Сделав это замечание, мы должны отметить, что мы не принимаем во внимание возможность существования пока ещё неизвестных каталитических или ферментативных процессов, которые могли бы значительно ускорить скорость реакции. Однако до тех пор, пока они не будут обнаружены, мы будем придерживаться общепринятого довода, приведённого выше, и считать Титан местом, где мы можем изучать химические предшественники жизни.
На протяжении многих лет люди строили предположения в отношении многих других жидкостей, которые могли бы играть ту роль, которую вода играет в жизни на Земле. Одним из таких примеров является сероводород, H₂S. В этой молекуле атом серы занимает то же самое место, какое кислород занимает в воде. Он становится жидкостью при температуре ниже -76°F (-60°C), и потому можно ожидать, что он будет играть важную роль на планетах, удалённых от своих звёзд. Как мы видели в случае с аммиаком, при такой температуре химические реакции, которые привели к возникновению жизни на Земле, протекали бы в несколько сотен раз медленнее, чем на нашей родной планете. С другой стороны, жизни хватило бы времени, чтобы развиться в сероводородном океане на планете, вращающейся вокруг долгоживущей звезды – такой, как красный карлик. Однако, в отличие от аммиака, научных исследований, касающихся пригодности этой молекулы для развития жизни, проводилось очень мало. Таким образом, мы поместим сероводород, а также целый список других веществ, которые могут заменить воду в процессе развития жизни, в папку с пометкой «Возможно».
Написано несколько статей о возможных жидкостях, находящихся на другом конце температурной шкалы по отношению к веществам, которые мы обсуждали до сих пор, – например, о расплавленной лаве. В этом случае проблема заключается не в скорости химических реакций, а в возможности сохранения сложных молекул. В конце концов, высокая температура означает высокую скорость движения и к чрезвычайно сильные столкновения молекул. Мы предполагаем, что в условиях высокой температуры чему-то вроде молекулы ДНК было бы невозможно сохраниться. Скорее всего, какая-либо информация, передаваемая из поколения в поколение, могла бы передаваться посредством сложных минералов, способных сохранять свою структуру при высоких температурах.
Итак, мы завершаем обсуждение этой темы, освежив своё убеждение в том, что наиболее вероятными компонентами в развитии жизни будут молекулы на основе углерода, работающие в воде. Следовательно, мы считаем, что наша нынешняя стратегия, обращающая поисковые усилия на системы, где имеются эти вещества, в высшей степени разумна. Однако мы также понимаем, что следует непредвзято относиться к другим типам молекул, работающих в других жидкостях, поскольку исключать такие типы жизни нельзя, и галактика наверняка будет полна странных и неожиданных находок.

16

ЖИЗНЬ, СОВЕРШЕННО НЕ ПОХОЖАЯ НА НАС.

ОНА МОЖЕТ ВЫГЛЯДЕТЬ ДОВОЛЬНО СТРАННО

Поверхность этой планеты твёрдая – возможно, металлическая. Датчики вашего дельта-флаера сообщают, что температура снаружи всего лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. Они также говорят вам, что электроны на этой металлической поверхности объединились, образуя сверхпроводник. Токи создают магнитные поля, которые, в свою очередь, порождают другие токи, которые создают магнитные поля, и так далее, создавая структуры невероятной сложности. Маленькие кусочки сверхпроводящего материала бегают по поверхности планеты, следуя сложным полям.
Когда вы выглядываете из иллюминатора своей кабины, в голову приходит странная мысль: а не может ли эта штука быть живой?

* * *

До этого момента мы в своём обсуждении неоднократно отмечали, что независимо от того, что мы ожидаем найти, когда отправимся в галактику, то, что нам удастся обнаружить, удивит нас в любом случае. Например, будучи углеродными шовинистами, мы ожидаем, что вся жизнь будет основана на химии молекул, построенных на углеродной основе. Однако никто из нас не захотел бы побиться об заклад на всё, что у него есть, что это единственный тип жизни, который мы откроем для себя. Точно так же, будучи химическими шовинистами, мы считаем, что даже если мы найдём жизнь, не основанную на углероде, она всё равно будет предполагать химические взаимодействия между молекулами, построенными не на углеродной основе. Однако, отталкиваясь от исходного положения о том, что нас обязательно удивит то, что находится в других местах Вселенной, мы должны рассмотреть возможность поиска существ, которые, по нашему мнению, являются живыми, но которые не зависят от химических реакций. Это то, что мы имеем в виду под «жизнью, совершенно не похожей на нас» (специально выделено курсивом).
Одна из основных проблем, с которыми нам приходится сталкиваться на подступах к этой теме, – переосмысление того, что мы имеем в виду, когда говорим о жизни. В главе 3 мы видели, как чертовски трудно вывести определение этого слова. Два варианта, которые мы обсуждали в этой главе – определение через перечень свойств и определение с позиций естественного отбора – явно землецентричны и, вероятно, будут не особенно полезны для распознания жизни, совершенно не похожей на нас. Тогда нам придётся начать с термодинамического определения. Это, как вы помните, представление о том, что живые системы поддерживаются в высокоупорядоченном состоянии, далёком от равновесного, благодаря потоку энергии.
Мы можем выделить два сценария, по которым может развиваться жизнь, совершенно не похожая на нас. В одном из них законы природы самостоятельно создают термодинамически живую систему. В другой ситуации разумная жизнь – вероятно, на углеродной основе – возникает естественным путём, а затем создаёт машины, которые развиваются до такого состояния, что мы стали бы считать их живыми. Как мы увидим далее, последняя возможность ставит перед нами некоторые самые глубокие и сложные вопросы современной философии.
Наконец, мы отмечаем, что и научная фантастика, и спекулятивная научная литература полны идей странных и удивительных форм жизни – их слишком много, чтобы описать их в одной главе. Извиняясь перед теми, чьи идеи мы оставили без внимания, мы представляем здесь несколько наиболее правдоподобных кандидатов на жизнь, совершенно не похожую на нас.

Неорганическая жизнь

Для начала немного терминологии. В каждодневных разговорах термин «органический» относится к продуктам питания, которые были выращены без использования определённых химических соединений. С другой стороны, химики используют этот термин для описания вида атомов в определённого рода молекулах: общее определение, хотя оно лишь одно из многих, состоит в том, что органическая молекула содержит углерод и водород, независимо от того, входит ли эта молекула в состав живых организмов, или нет. Например, метан («природный газ») представляет собой молекулу, состоящую из одного атома углерода и четырёх атомов водорода. В соответствии с нашим определением, эта молекула считается органической, хотя она может быть получена в результате процессов, которые не имеют ничего общего с живыми системами. Аналогичным образом понятие «неорганическая жизнь» относится к любой живой системе, которая не зависит от молекул, содержащих углерод. Например, в предыдущей главе мы обсуждали неорганическую жизнь, когда говорили о жизни на основе кремния.
Мы начнём разговор с замечания о том, что изучение неорганической жизни, будь то в лаборатории или с помощью компьютерного моделирования, в настоящее время не является основной областью научных исследований. Она проводится лишь в относительно небольшом количестве исследовательских институтов по всему миру. В дальнейшем мы опишем некоторые из самых интересных идей, которые уже были выдвинуты, и порассуждаем о других, которые могут получить развитие в будущем. Мы подчёркиваем, что никто не создал ни одного неорганического организма, который можно было бы хотя бы отдалённо считать живым. В лучшем случае кандидаты на звание жизни, совершенно не похожей на нас, проявляют лишь немногие свойства, обычно присущие живым системам. Однако ни один из них не прошёл бы простой тест «Узнáю, когда увижу».
Вначале мы рассмотрим некоторые лабораторные эксперименты, которые предполагают возможность получения металлических (т.е. неорганических) аналогов клеток. Они зависят от химических реакций, но химические реакции настолько отличаются от того, что мы обычно ассоциируем с жизнью, что они заслуживают ярлыка «совершенно не похожих на нас». Затем мы обратимся к компьютерному моделированию, которое предполагает ещё более странную форму жизни, управляемую электромагнитными взаимодействиями, а за этим последуют некоторые наши собственные размышления на тему электромагнитной жизни. Наконец, мы рассмотрим идею, которая существует только в научной фантастике: о том, что «живой» может быть целая планета. Закончив с этим, мы обратимся ко второй категории, упомянутой выше: к жизни, созданной высокоразвитым разумом.
Химик Ли Кронин и его коллеги из Университета Глазго провели серию экспериментов, чтобы выяснить, может ли жизнь на основе металлов развиваться в направлении, аналогичном развитию жизни на основе углерода на Земле. Одна из его целей – найти неорганические процессы, которые могут привести к образованию эквивалента клеточной мембраны – структуры, отделяющей живое от неживого. Используя молекулы, называемые полиоксометалатами – сложные молекулы, содержащие сотни атомов, привязанных к таким металлам, как вольфрам, ванадий или молибден, – и стандартные химические методы, он может создавать полые металлические пузырьки или оболочки, которые могут служить клеточными мембранами. В зависимости от параметров эксперимента, эти оболочки могут даже нести отверстия, аналогичные каналам, по которым химические вещества поступают в живые клетки и покидают их. Кронин называет свои творения неорганическими химическими клетками (inorganic chemical cells) или iCHELL.
Одна из целей Кронина – создание металлической версии естественного отбора. Вот как он может работать: ячейка iCHELL будет заполнена несколькими крупными молекулами и молекулами меньшего размера, которые более крупные могли бы использовать для построения молекулярных структур. Конкуренция между более крупными молекулами за более мелкие была бы металлическим эквивалентом естественного отбора, и успешные молекулы, заключенные в металлическую оболочку, были бы аналогом первых на Земле клеток на углеродной основе. Это действительно амбициозный проект, и Кронин, безусловно, обладает научными знаниями, необходимыми для его реализации. Впрочем, авторы считают, что было бы разумно подождать, пока не будет достигнут дальнейший прогресс в данном подходе к неорганической жизни, прежде чем размышлять о том, как такой процесс может происходить на экзопланете.
Хотя подход с использованием iCHELL к созданию чего-то, что можно было бы назвать «живым», зависит от экзотического вида химии, другие учёные полностью отказались от химии в своих поисках жизни, совершенно не похожей на нас. Например, в 2009 году международная группа теоретиков под руководством физика В. Н. Цытовича из Российской академии наук создала компьютерную модель с интересными выводами в отношении природы жизни. Собственно, они начали с облака пылевых частиц, заключённого в плазму. Определение: плазма – это газ, в котором у части атомов были вырваны один или несколько электронов; созданные таким образом положительные ионы, а также электроны способны свободно перемещаться. Обычный способ образования плазмы в природе заключается в повышении температуры газа, что делает сильнее столкновения между атомами и в итоге выбивает из них слабее всего связанные электроны. Плазма довольно распространена во Вселенной – например, вещество на Солнце почти полностью состоит из плазмы – и её не так уж сложно создать: вы делаете это всякий раз, когда включаете флуоресцентную лампочку. Таким образом, природная среда, представленная в компьютерной модели, не является особо экзотической. В пылевой плазме некоторые электроны присоединяются к частицам пыли и тем самым создают отрицательно заряженные частицы, которые также могут свободно перемещаться.
Теоретики обнаружили, что при определённых условиях действие электрическиех и магнитных сил в системе плазма-пыль способствует сбору пыли в структуры, которые можно описать только как микроскопические спирали. Они сами несут электрический заряд и могут, например, расти и разделяться на две спирали, каждая из которых является копией исходного объекта. Возможно, мы захотели бы обозначить этот процесс как воспроизводство. Кроме того, некоторые из спиралей более стабильны, чем другие, что приводит к своего рода выживанию наиболее приспособленных, которое мы связываем с естественным отбором.
Таким образом, мы можем сказать, что самоорганизующиеся пылинки в плазменной среде проявляют некоторые формы поведения, которые мы ассоциируем с живыми системами. Кроме того, они соответствуют нашему определению термодинамической жизни, поскольку поддержание существования плазмы при высокой температуре требует затрат энергии, а спирали явно далеки от состояния равновесия. Однако, сказав это, мы должны подчеркнуть, что все эти модели поведения до сих пор существуют лишь в компьютерной модели, но не в лаборатории или в космосе. Такая форма жизни может быть возможной, но нам нужно будет увидеть физическое проявление этого прежде, чем хотя бы просто подумать, действительно ли то или иное пылевое облако является живым.
Вообще, когда физики вроде команды Цытовича думают о том, как создавать сложные немолекулярные системы, они обычно обращаются мыслями к электричеству и магнетизму. Как было показано в главе 2, эти явления регулируются группой законов, известной как уравнения Максвелла. Там, где они непосредственно относятся к нашему обсуждению, говорится, что

• электрические токи (т.е. движущиеся электрические заряды) создают магнитные поля и

• изменяющиеся магнитные поля создают электрические токи

Второе из этих утверждений как раз и объясняет, например, генерацию индуцированных электрических токов, о чём мы говорили в главе 13.
Электрические токи вроде тех, что текут по медным проводам в вашем доме, состоят из электронов. Когда эти электроны движутся, они передают часть своей энергии тяжёлым атомам меди, с которыми сталкиваются, и те после этого движутся чуть быстрее – это явление мы воспринимаем как выделение тепла, которое рассеивается в среде, окружающей провод. Мы говорим, что провод характеризуется наличием так называемого электрического сопротивления. Если мы не будем продолжать добавлять энергию, чтобы восполнить потерянное тепло, ток перестанет течь. Когда это произойдет, исчезнет также любое созданное им магнитное поле (см. первое правило выше).
В 1911 году голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес (1853-1926) сделал удивительное открытие: когда температура некоторых металлов, например, ниобия и олова, понижается до нескольких градусов выше абсолютного нуля (-460°F или -273°C), электрическое сопротивление исчезает. В этой ситуации электрические токи будут течь вечно, и связанные с ними магнитные поля также будут существовать вечно. Явление, которое обнаружил Камерлинг-Оннес, называется сверхпроводимостью. Теперь мы понимаем, что оно возникает из-за того, что при таких низких температурах все электроны в токе объединяются и обходят тяжёлые атомы металла, не передавая им никакой энергии. Весь смысл здесь в том, что, если сохранять электрические провода холодными, сверхпроводящие токи можно использовать для создания интенсивных (и постоянных) магнитных полей. Например, если вы когда-либо проходили магнитно-резонансное томографическое исследование, вас прощупывали магнитным полем, которое создаёт электрический ток в сверхпроводнике. Сверхпроводящие магниты имеют ключевое значение для проектирования крупнейших в мире ускорителей частиц – таких, как Большой адронный коллайдер в Швейцарии. Они также значатся в планах следующего поколения железнодорожных перевозок, поскольку являются неотъемлемой частью так называемых маглевов (от «магнитная левитация»), поездов на магнитной подвеске, которые разрабатываются во всем мире для междугородних поездок. Вообще, коммерческие поезда на магнитной подвеске уже работают в Китае. Как это часто бывает в науке, открытие этого малоизвестного явления привело к появлению отраслей промышленности, оборот которых составляет многие миллиарды долларов ежегодно.
Мы можем представить себе миры настолько холодные (например, планету-сироту вроде тех, которые мы обсуждали в главе 11), что металл на их поверхности или внутри них превратился бы в сверхпроводник. Для того, чтобы заставить сверхпроводящий ток течь в такой структуре, не потребовалось бы много усилий: его могло бы запустить движение планеты в протяжённом и изменяющемся межзвёздном магнитном поле. Появившийся в результате этого ток изменил бы магнитные поля внутри планеты и в космосе вокруг неё, создавая электрические токи, которые, в свою очередь, создавали бы магнитные поля и так далее. Нетрудно понять, как система взаимодействующих токов и полей может развиться до сложности, сравнимой с той, что встречеются у живых существ. Будет ли эта система живой – вопрос открытый, однако это пример того, как может выглядеть неорганическая жизнь.
Может ли на сверхпроводящей планете возникнуть нечто вроде естественного отбора? Мы можем представить себе небольшие, самоподдерживающиеся электромагнитные «пакеты», движущиеся внутри такой планеты. Пакеты, которые были более стойкими – например, те, у которых магнитные поля создавали более прочный барьер между тем, что находилось внутри пакета, и тем, что было снаружи, – сохранялись дольше. К тому же они с большей вероятностью будут расти за счёт электрических или магнитных полей в окружающей среде. Если бы эти пакеты развились до такого состояния, когда они разделятся, то у них было бы средство передать характеристики, которые сделали их более стойкими, своим «потомкам». Это может стать началом своеобразного выживания наиболее приспособленных.
Наконец, мы переходим к обсуждению возможности такой формы жизни, которая существует только в научной фантастике. В романе «Академия на краю гибели» Айзек Азимов представляет концепцию планеты, все компоненты которой образуют взаимосвязанную систему. Этот тип планеты появляется также в фильме «Аватар», где вся жизнь Пандоры связана между собой своего рода нейронной сетью. По сути, такая планета в целом является живой, хотя отдельные её части могут быть живыми, а могут и не быть. Возможно, вы понимаете, что такая планета является логическим результатом гипотезы Гайи, которую мы обсуждали в главе 3. (Кстати, планета в романе Азимова называется Гайя.) Суть такой системы в том, что изучение любого отдельного предмета – например, дерева или камня – почти ничего не скажет вам об огромной взаимосвязанной форме жизни, частью которой они являются. Это было бы всё равно, что изучать характеристики одного транзистора и упускать из виду тот факт, что это – просто один маленький компонент суперкомпьютера.
Как мы уже утверждали в главе 3, не существует никаких научных оснований предполагать, что такая сверхсвязанная система может существовать. С другой стороны, если бы она действительно существовала, мы подозреваем, что это была бы самая трудная для распознания и понимания исследователями-людьми форма жизни.

Искусственная жизнь

Когда цифровые компьютеры были разработаны впервые, это были гигантские, неуклюжие устройства, которые зависели от работы вакуумных ламп. Замена вакуумных ламп на транзисторы улучшила их производительность и уменьшила размеры. Тем не менее, в 1960-х и 1970-х годах, когда авторы учились в колледже, компьютер всё ещё мог занимать большую комнату и требовать команды из полудюжины человек, чтобы он мог работать и предоставлять интерфейс пользователям. На том этапе компьютеры были машинами, которые могли следовать инструкциям, данным им людьми, но не выходить за рамки этих инструкций – их воспринимали как своего рода возвеличенные пишущие машинки. Однако уже к тому времени писатели-фантасты начали представлять себе будущее, населенное сложными, осознающими себя компьютерами, обычно воплощёнными в роботов. В зависимости от автора, эти технологически развитые, похожие на живых существ машины могут быть злобными, как в серии фильмов «Терминатор», полезными, как в фильме «Я, робот», или даже богоподобными, как в серии романов о космических путешествиях «Культура» покойного Иэна М. Бэнкса. Во всех этих случаях машины «живые» в каком-то довольно неоднозначном смысле.
Как же всё изменилось! В 1965 году американский инженер Гордон Мур, один из основателей Intel, сделал наблюдение, которое стало известно как закон Мура: в целом, любой из показателей производительности компьютера, вроде количества транзисторов, которые можно разместить на чипе, будет удваиваться каждые два года. Позже было высказано предположение, что производительность компьютера может удваиваться каждые 18 месяцев. За десятилетия, прошедшие с момента его формулировки, закон Мура подтверждался даже тогда, когда технологии менялись – от транзисторов к интегральным схемам и микрочипам.
Важно понимать, что «закон» Мура не является законом природы, подобным закону всемирного тяготения Ньютона. Это просто наблюдение и руководство к действию, аналогичное закону Мерфи (если что-то может пойти не так, всё именно так и случится). Более того, можно утверждать, что закон Мура не может продолжать действовать вечно – рано или поздно вам придётся иметь дело с эквивалентом транзистора размером меньше атома или молекулы. Это кажется невозможным, хотя стоит отметить, что некоторые специалисты по вычислительной технике пытаются разработать системы, которые хранят информацию на отдельных молекулах.
В любом случае закон Мура естественным образом заставляет нас задуматься о двух возможных событиях в будущем. Одно из них – это тот момент, когда мы можем разместить на чипе столько же транзисторов, сколько есть нейронов в человеческом мозге (считается, что их около 100 миллиардов). Назовём его «точкой нейронной эквивалентности». Второе (и более важное) событие – это момент, когда машины достигают уровня интеллекта, эквивалентного интеллекту, которым обладают люди, и вдобавок приобретают способность совершенствоваться. Это состояние называется технологической сингулярностью, и оно было предметом долгих размышлений и анализа.
Пока закон Мура неотвратимо продвигался вперёд, изменилась сама сущность компьютеров. Вместо того, чтобы быть описанными выше возвеличенными пишущими машинками, неспособными выходить за рамки инструкций, вводимых в них операторами-людьми, они приобрели способность к самостоятельному обучению без присмотра человека. Методы, которые позволяют им делать это, называются машинным обучением и искусственным интеллектом (ИИ).
Вот простой пример того, как работают подобные методы: предположим, вы хотите, чтобы ваш компьютер считывал написанные от руки адреса на конвертах – задача, важность которой очевидна для организации вроде Почтовой службы США. Одним из примеров способностей, требуемых от машины, было бы распознавание буквы «е». Один из способов научить компьютер делать это – написать букву «е» на листе бумаги, а затем компьютер наложит на неё сетку в электронной форме. Каждый из квадратов в сетке – технически обозначаемый как «элемент изображения» или пиксель — будет пустым (если он находится не там, где напечатана буква), тёмным (если он находится в напечатанной области) или чем-то средним (если в нём находится край буквы). Тем самым компьютер может преобразовать изображение буквы на листе бумаги в строку чисел, причем каждое число описывает оттенок одного пикселя.
После того, как компьютер «прочитал» серию светлых и тёмных пикселей и задействовал алгоритм принятия решения о том, соответствуют ли они букве «e», кто-то (или что-то) сообщает ему, успешно ли он осуществил идентификацию. Как правило, этот процесс повторяется на многих листах бумаги, на каждом из которых начертание «е» отличается от других – печатная буква, курсив, готический шрифт и так далее — и каждый раз алгоритм решает, присутствует ли там буква «e». В итоге в определённом проценте случаев он примет правильное решение. Предположим чисто теоретически, что при испытательном запуске успешность составляет 70 процентов – то есть, алгоритм правильно определил букву «e» на 70 процентах изученных листов. Теперь компьютер обновляет свой алгоритм. Он может, например, изменить способ сравнения результатов с разных пикселей, придавая меньшее значение тем, которые находятся ближе к краю бумаги. Затем он ещё раз полностью повторяет этот процесс. Если процент успеха увеличивается, он сохраняет изменения в алгоритме; если нет – возвращается к исходному. Компьютер будет так или иначе продолжать пробовать различные изменения в алгоритме, всегда отдавая предпочтение тем, которые дают более правильное распознавание. В итоге система станет показывать высокий процент успеха, и в этот момент мы скажем, что она «обучилась».
Существуют разного рода навороты и прибамбасы, которые можно ввести в процесс такого рода. Например, машина может скремблировать инструкции из разных программ – по сути, «выводить» новые алгоритмы. После этого самые успешные вновь «скрещиваются», чтобы создавать ещё более успешные программы в странном подобии биологического естественного отбора. Этот метод так называемого эволюционного алгоритма является всего лишь одним из способов ведения разработки программ искусственного интеллекта.
В последнее время описанный выше примитивный вариант развития искусственного интеллекта был усовершенствован до такой степени, что машины обучаются выполнять очень сложные операции – например, распознавать человеческие лица, или управлять беспилотным автомобилем. В литературе можно найти множество прогнозов в отношении того, что эти новоприобретённые способности будут означать для человеческой жизни и занятости в будущем. Однако один из аспектов искусственного интеллекта, который для наших целей важнее всех остальных, заключается в том, что, как только программа начинает свой процесс обучения, ей уже не требуется никаких дополнительных инструкций от человека. В принципе, когда используются сложные программы, люди почти наверняка не будут знать, что сделала машина. Программа становится, по сути, «чёрным ящиком». Этот аспект искусственного интеллекта дал начало области исследований, которую мы можем назвать компьютерной психологией – в этом случае люди пытаются понять, каким путём машина пришла к представленному ею конечному результату.
Отделение процесса модификации алгоритма от контроля и понимания его человеком как раз и является источником концепции искусственной жизни. Эта утрата контроля порождает также мрачные видения будущего под управлением компьютеров, где компьютеры обычно предстают в виде роботов. Именно это является поводом для размышлений об упомянутой выше технологической сингулярности, о том моменте, когда компьютеры становятся такими же «разумными», как и люди, и приобретают способность самосовершенствоваться без контроля со стороны человека.
Однако отбросьте шумиху – и окажется, что опасения по поводу технологической сингулярности вращаются вокруг допущения о том, что существует нечто под названием разум, и что машины, как только овладеют им в достаточной степени, станут механическими версиями человеческих существ. Это, в свою очередь, проистекает из другого (обычно подразумеваемого негласно) предположения: человеческий мозг – это не что иное, как особо совершенный компьютер. Аргументами за и против этого утверждения наполнено множество книг и множество страниц научных журналов. Например, в своей книге «Новый ум короля» физик-теоретик Оксфордского университета Роджер Пенроуз погружается в абстракции современной математики, чтобы доказать, что человеческий мозг способен выполнять операции, которые даже в принципе не могут быть выполнены компьютером.
Таким образом, мы можем вкратце охарактеризовать различия между человеческим мозгом и компьютером (далее мы обсудим это более подробно):

• Мозг может легко делать то, что трудно сделать компьютеру, и наоборот.

• Скорость работы нейронов измеряется миллисекундами; скорость работы транзисторов измеряется наносекундами – это в миллион раз быстрее.

• У мозга электрическое и химическое управление, у компьютера – только электрическое.

Мозг очень хорошо справляется с такими задачами, как выявление закономерностей и оценка контекста произносимых слов – это задачи, которые нелегко даются компьютерам. С другой стороны, где-то есть такой компьютер, который знает всех людей, которые завтра полетят самолётами United Airlines, чего не смог бы сделать ни один человек. Мозг и компьютер хорошо справляются с решением разных задач. В результате вместе они образуют хорошую команду.
Основным рабочим компонентом мозга является нейрон, а у компьютера основным рабочим компонентом является транзистор. Типичный нейрон получает сигналы от других нейронов и с помощью процесса, который мы не особенно хорошо понимаем, решает, посылать ли сигнал другим нейронам. Чтобы сделать всё это и вернуться в исходное состояние для дальнейшей работы, нейрону требуется примерно одна миллисекунда. Современные транзисторы включаются и выключаются не менее чем в миллион раз быстрее. Хотя обе этих величины могут показаться невероятно быстрыми по человеческим меркам, вот небольшое сравнение, чтобы дать понять наглядно, насколько они отличаются друг от друга: предположим, что человек А (который символизирует транзистор) может выполнить данное ему задание за день. Предположим, что человек Б (символизирующий нейрон) тоже может выполнить это задание, однако это займёт в миллион раз больше времени. Если бы человек А приступил к выполнению задания 24 часа назад, то когда человек Б должен был бы начать работу, чтобы они могли закончить её в одно и то же время? Ответ: в 770 году до н.э., за несколько веков до того, как афинские греки составили свод законов логики.
Наконец, мы отмечаем, что эндокринная система человека способна наполнять мозг химическими веществами, которые оказывают значительное влияние на его функционирование. Например, представьте себе попытку сдать трудный экзамен сразу же после расставания со своим женихом или невестой. (Как профессора старой школы, мы оба можем засвидетельствовать, что такого рода вещи случаются чаще, чем вы думаете.) Таким образом, хотя и мозг, и компьютер обладают системами, которые приводятся в действие посредством электричества, только у мозга есть ещё и химический контроль.
Короче говоря, мы не можем относиться к компьютеру, который существует в наши дни, так же, как мы относимся к мозгу. Просто эти две системы слишком разные. Это не значит, что мы считаем, что никто и никогда не сможет создать компьютер, достаточно сложный, чтобы его можно было считать живым и сознательным. Это далеко не так. Просто если бы был создан такой компьютер, он был бы не просто примером Человечества версии 2.0, но обладал бы иным типом разума по сравнению с нами. Хотя мы даже представить себе не можем, как может выглядеть этот разум, мы с большой радостью присоединяемся к группе писателей-фантастов, которые изображают роботов и компьютеры будущего лишёнными человеческих эмоций. Этот вывод, видимо, вытекает из отсутствия компьютеризированного эквивалента эндокринной системы, что либо останется особенностью машин передовой конструкции, либо не останется.
Будет ли развитие «мыслящих» компьютеров обязательно означать конец человечества? Это, безусловно, самый распространённый из всех сценариев в жанре антиутопии. Многие из них предполагают, что где-то на этом пути технически совершенные компьютеры достигнут состояния технологической сингулярности, приобретя разум и научившись улучшать свою собственную конструкцию. Эти изменения, как мы уже говорили выше, могут быть незаметными для людей, следящих за машинами. С этого момента, говорится далее, машины будут совершенствоваться с головокружительной скоростью, быстро выходя из-под контроля человека, что станет началом катастрофы для их создателей. Мы можем назвать это «сценарием ученика чародея».
Наш любимый «сценарий ученика чародея» был сформулирован философом Оксфордского университета Ником Бустрёмом и известен под названием «вселенная скрепок». Создана машина с искусственным разумом, в функцию которой входит брать материалы из окружающей среды и превращать их в канцелярские скрепки. Он совершенствуется до такой степени, что выходит из-под контроля человека и в итоге превращает всю вселенную, в том числе людей, которые его создали, в скрепки. Важно понимать, что в этом сценарии со стороны ИИ не проявляется никаких эмоций. У машины нет к вам ненависти: просто вы сделаны из атомов, которые нужно превратить в скрепки.
Как и любой другой человек, мы получаем удовольствие от просмотра хорошего фильма-катастрофы. С другой стороны, нам трудно воспринимать подобные сценарии слишком серьёзно. В конце концов, они требуют от нас верить в расу существ, которые являются достаточно хорошими инженерами, чтобы создавать машины с искусственным интеллектом передовой конструкции, но слишком глупы, чтобы понять, что в свои творения нужно вставлять ещё и выключатель.
Одной из интересных вариаций темы искусственного интеллекта является нечто под названием «зонд фон Неймана». Он назван в честь американского математика венгерского происхождения Джона фон Неймана (1903-57). Говоря современным языком, зонд фон Неймана – это робот, управляемый искусственным разумом, способным контролировать создание собственных копий. Идея состоит в том, что целый флот этих зондов можно было бы отправить на экзопланету при сравнительно небольших затратах, поскольку они не требуют жизнеобеспечения. Как только несколько из них совершат посадку, они смогут приступить к поиску месторождений полезных ископаемых и других материалов, необходимых для создания большого штата рабочих, которые, в свою очередь, начнут создавать инфраструктуру, необходимую для колонистов-людей (или, как минимум, для кого-то на углеродной основе), которые прибудут, когда роботы закончат работу. (Если предполагать, что способ передвигаться быстрее скорости света не был открыт, колонисты, которых запустили туда отдельно, проведут долгое путешествие между звёздами в состоянии анабиоза или, возможно, будут потомками людей, которые поднялись на борт корабля поколений десятки, или даже сотни лет назад.) Добравшись до экзопланеты, люди, предположительно, отправят ещё одну флотилию зондов фон Неймана, чтобы запустить процесс в следующем подходящем мире. Как вариант можно было бы запрограммировать зонды фон Неймана на самостоятельное выполнение этой задачи.
Дело в том, что как только процесс фон Неймана начнётся, он будет продолжаться до конца, независимо от того, выживут исходные строители, или нет. Без путешествий со сверхсветовой скоростью после того, как произойдут первые несколько повторений этого процесса фон Неймана, существам с родной планеты будет сложно общаться с самым дальним краем фронта колонизации. Назовём получившуюся ситуацию, когда роботы разлетаются веером по колониям по всей галактике, волной фон Неймана. Расчёты показывают, что для покрытия всего Млечного Пути волне фон Неймана потребовалось бы несколько десятков миллионов лет. Хотя по человеческим меркам это долгий срок, в космической астрономии едва ли пройдёт один миг. Если мы воспользуемся нашим старым трюком сжатия истории Вселенной в один год, то волна фон Неймана накроет галактику всего лишь за день или два.
Один из способов сформулировать парадокс Ферми (см. главу 9) – это спросить, почему зондов фон Неймана нет на Земле. Мы сомневаемся, что у людей возникли бы какие-то проблемы с распознаванием обычных роботов, компьютеризированных существ или обладателей искусственного интеллекта, хотя вполне возможно, что зонды фон Неймана были бы настолько совершенными технически, что мы вообще не смогли бы их распознать. В любом случае, вопрос о том, будут ли они «живыми» или «мыслящими», гораздо сложнее. В главе 3 мы видели, как сложно дать определение концепции жизни, которая кажется такой простой. Определить, обладает ли другое существо сознанием, ещё сложнее, и мы считаем, что справедливо будет сказать, что в настоящее время мы и близко не подошли к тому, чтобы дать ответ этот вопрос.
В 1950 году учёный в области информатики Алан Тьюринг (1912-54) предложил один подход к проблеме машинного сознания. Идея его так называемого «теста Тьюринга» состоит в том, чтобы группа людей взаимодействовала с кем-то (или чем-то) таким образом, чтобы они не могли видеть, с кем (или с чем) они взаимодействуют. О машине, которая способна убедить судей в том, что она является человеком, говорят, что она прошла тест Тьюринга. На момент написания этих строк этого не удалось ещё ни одной машине, хотя некоторые добились определённых успехов, когда тема, разрешённая для опроса, была ограничена. Похоже, что компьютеры испытывают проблемы с такими вещами, как сарказм, юмор и человеческая иррациональность. Роботов, способных пройти тест Тьюринга, в ближайшем будущем не ожидается, но, в конце концов, они почти наверняка появятся. Наконец, мы отмечаем, что, несмотря на популярный фольклор, утверждающий обратное, машина, которая прошла тест Тьюринга, не дала доказательство того, что она обладает сознанием – она просто продемонстрировала способность обманывать оценивающих её людей.
В любом случае мы можем быть уверены, что в будущем создадут более мощные компьютеры, и мы не видим причин, по которым некоторые из них не смогли бы приобрести своего рода сознание. Однако, как мы утверждали, говоря о разуме, нет никаких оснований для того, чтобы их разум был того же рода, что и наш. Тем не менее, мы можем быть в достаточной степени уверенными в том, что рано или поздно появится нечто вроде обладающей самосознанием машины. Один из ответов лучше всего выражают перефразированные слова пионера компьютерной техники Дэнни Хиллиса: «Целью человечества должно быть создание таких машин, которые будут гордиться нами».
И вполне возможно, что технологически развитые цивилизации на экзопланетах могут считать так же.

Майк и Джим

Майк: Но, возможно, что и нет.

Джим: Интересный вопрос.

17

ВОПРОСЫ БЕЗ ОТВЕТОВ

Наука обладает одной замечательной особенностью: у неё никогда не заканчиваются вопросы. На протяжении всей этой книги мы видели, как открытия поднимали новые вопросы, которые ещё только предстоит решить. И вполне уместным было бы открыть эту последнюю главу, посвящённую обсуждению нерешённых проблем, цитатой персидского учёного и поэта Омара Хайяма (1048-1131), который написал в книге «Рубайят»:

Кто в тайны вечности проник? Не мы, друзья,
Осталась тёмной нам загадка бытия*

Если история науки чему-то нас и учит, так это тому, что разработка новых приборов, новых способов измерений или наблюдений открывает двери, которые ранее были закрыты. Поэтому мы можем начать наше обсуждение с того, что рассмотрим некоторые инструменты, которые, как ожидается, вскоре появятся в Сети, и спросим себя: на какие нерешённые вопросы они могли бы дать ответ? После этого мы обратимся к некоторым новым проблемам, которые возникли во время нашего исследования экзопланет.

Новые инструменты для давнего поиска

Марс 2020

Где-то летом 2020 года космический корабль взлетит с Земли и направится к Марсу, куда прилетит в начале 2021 года. Его груз – марсоход нового поколения. Эта машина размером с автомобиль в настоящее время известна как «Mars 2020», хотя мы уверены, что НАСА придумает более подходящее название задолго до того, как она совершит посадку*. Его конструкция основана на феноменально успешном марсоходе «Curiosity», который колесит по поверхности Марса с 2012 года.

Вы помните, что мы посвятили значительную часть главы 5 обсуждению долгих и сложных дебатов по вопросу о существовании жизни на Марсе в настоящее время и в прошлом. Пакет инструментов «Mars 2020» предназначен для сбора доказательств, относящихся к этому вопросу. Например, на нём будут установлены приборы, способные обнаруживать органические материалы в минералах на расстоянии, хотя мы должны иметь в виду, что «органические» молекулы не обязательно должны создаваться живыми системами. Тем не менее, эта новая функциональная возможность будет иметь важное значение для определения направления исследований, которые проводит марсоход.
В техническом плане у марсохода также будут усиленные колеса – марсианские камни повредили алюминиевые «шины» «Curiosity», что ограничило его свободу передвижения. Кроме того, «Марс 2020» станет первым марсоходом, у которого будет разведчик: небольшой беспилотник, оснащённый камерами, полетит вперёд и выберет путь для марсохода. Ожидается, что это позволит аппарату двигаться значительно быстрее – в противоположность ему, «Curiosity» всё ещё должен ждать, пока наземные операторы выберут ему путь следования.
Однако самая важная с нашей точки зрения научная возможность нового аппарата заключается в том, что «Марс 2020» будет обнаруживать породы и минералы, которые были созданы водой и, следовательно, могут содержать химические следы живых организмов, которые развивались на заре истории планеты. Эти образцы будут помещены в условленных местах на поверхности Марса и будут подобраны и доставлены на Землю более поздними миссиями. Обсуждения, идущие в настоящее время, предполагают, что такое возвращение может быть осуществлено уже в 2026 году. Идея заключалась бы в том, что спускаемый аппарат забирает образцы, а затем доставляет их на орбиту, где их переместят на другой космический корабль и доставят на Землю или, возможно, на лунную орбиту.
Если предположить, что такие химические «окаменелости», или, возможно, даже микроокаменелости отдельных клеток, будут обнаружены, то вполне возможно, что долгие дебаты о жизни на Марсе могут разрешиться уже в следующем десятилетии. Разумеется, если они не будут найдены, нынешняя удручающая дискуссия будет продолжаться.
Хотя свидетельства существования жизни на Марсе – в прошлом или в настоящее время – стали бы великим научным открытием, у марсохода «Марс 2020» есть и другие компоненты, применение которых, как мы полагаем, может оказать гораздо более глубокое влияние на будущее человечества. Один из них – набор метеорологических приборов, который знаменует начало серьёзного изучения марсианской погоды с прицелом на понимание условий, с которыми могут столкнуться будущие колонисты-люди. Ещё один – это серия инженерных экспериментов, направленных на поиск способов добычи кислорода из атмосферы Марса. Эта атмосфера, пусть и разреженная, состоит в основном из углекислого газа, так что там, в небе, найдётся вдоволь кислорода, если мы сумеем понять, как его получить. Если нам будет сопутствовать успех, у нас будет кислород не только для систем жизнеобеспечения, но и для использования его в качестве окислителя ракетного топлива. Иными словами, эта технология могла бы представлять собой первый шаг человеческой расы на пути к превращению в звёздную цивилизацию.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб»

Космический телескоп «Хаббл», знаете ли, тоже не вечен. С момента его запуска в 1990 году, посещавшие его астронавты осуществили пять модернизаций (последняя была в 2009 году), но больше их не планируется, и телескоп, вероятно, перестанет функционировать где-то в следующем десятилетии. Нам будет грустно видеть, как это происходит, потому что, если не считать прибора, который Галилей впервые обратил к небу в 17 веке, «Хаббл», возможно, был самым продуктивным телескопом из когда-либо построенных. Впрочем, не волнуйтесь – его замена уже ждёт своего часа. В 2021 году НАСА запустит космический телескоп «Джеймс Уэбб»* – это преемник «Хаббла». (Небольшое пояснение: Уэбб [1906-92] был администратором НАСА в 1960-е годы. Напоминаем вам, что в это десятилетие агентство переживало свои золотые дни, и тогда же были первые высадки «Аполлонов» на Луне.)

Однако прежде, чем мы обсудим прибор, давайте взглянем на то, что может быть самым странным аспектом миссии «Дж. У.»: это орбита, на которую он будет выведен. «Хаббл» вращается вокруг Земли по орбите, удалённой от поверхности на несколько сотен миль, что давало возможность периодических визитов астронавтов для технического обслуживания и ремонта. А вот «Дж. У.» будет находиться в так называемой второй точке Лагранжа в системе Земля-Солнце, на расстоянии 930 000 миль (1,5 миллиона км) от Земли в сторону Солнца. Далее мы обсудим, в чём именно заключается смысл этого, но здесь мы должны сразу отметить одну вещь: ни один астронавт не сможет отправиться на «Дж. У.», когда тот окажется на орбите. Это означает, что всё должно работать правильно с самого начала. Здесь просто нет места для ошибок. И поговорите теперь о давлении на инженеров!
Точки Лагранжа в астрономии названы в честь французского физика и математика Жозефа-Луи Лагранжа (1736-1813). Это места, где силы притяжения двух тел (в данном случае Земли и Солнца), совместно воздействующие на объект, точно компенсируют центробежную силу, связанную с орбитой объекта, тем самым позволяя ему оставаться в одном и том же положени относительно двух тел в течение неопределённо долгого срока. Несмотря на то, что «Дж. У.» будет находиться дальше от Солнца, чем Земля, его положение отрегулировано таким образом, чтобы он завершил оборот вокруг Солнца за тот же годичный период, что и сама Земля. (В качестве технического аспекта отметим, что «Дж. У.» фактически будет вращаться вокруг второй точки Лагранжа, а не оставаться в ней.)
Этот телескоп – чудо современной техники. Главное зеркало состоит из 18 шестиугольных сегментов, каждый из которых весит около 46 фунтов (21 кг) и изготовлен из бериллия с золотым покрытием. Бериллий лёгкий и прочный, зато золото хорошо отражает инфракрасное излучение – к этому моменту мы вернёмся буквально через мгновение. Полностью раскрытое зеркало будет более 21 фута (6,5 м) в диаметре. (Для сравнения: зеркало на «Хаббле» – почти 8 футов [2,4 м] в диаметре.) Зеркало слишком велико, чтобы поместиться внутри ракеты, поэтому перед запуском оно будет сложено, а развернётся только тогда, когда телескоп достигнет точки Лагранжа. Чтобы разработать процедуры складывания и раскладывания, инженеры НАСА изучали японское искусство оригами.
В отличие от «Хаббла», «Дж. У.» сконструирован для обнаружения инфракрасного излучения, у которого длина волны больше, чем у видимого красного света. Как мы уже отмечали, при температуре выше абсолютного нуля каждый объект испускает электромагнитное излучение в той или иной форме. Этот факт создаёт особую проблему для инженеров, проектирующих инфракрасный телескоп. Проще говоря, проблема такова: как не дать телескопу обнаруживать самого себя? В конце концов, он находится при температуре выше абсолютного нуля, поэтому нам придется вылавливать инфракрасные сигналы из космоса в дымке излучения, создаваемой самим прибором.
Обычный способ решения этой проблемы состоит в снижении температуры телескопа таким образом, чтобы излучение, которое он испускает, имело длину волны больше, чем та, которую могут зарегистрировать его приборы. Инфракрасные телескопы в космосе обычно снабжены запасом жидкого гелия, чтобы прибор оставался холодным. (Для справки: температура жидкого гелия составляет около 4 градусов выше абсолютного нуля [-450 ° F или -270°C].) Проблема всегда заключается в том, что, когда гелий заканчивается – обычно через несколько лет – больше нет возможности сохранять температуру прибора достаточно низкой.
Такого рода «силовое» инженерное решение явно не подходит для «Дж. У.», который будет снабжён достаточным запасом топлива, чтобы удерживаться на заданной орбите в точке Лагранжа в течение 10 лет – это гораздо дольше, чем могут проработать охлаждающие жидкости. Вместо них «Дж. У.» сохранит холодным сложная конструкция, известная как теплозащитный экран. Полностью развёрнутый, этот экран размером с теннисный корт будет состоять из пяти слоёв плёнки с алюминиевым покрытием. Задумка состоит в том, что он будет поддерживать холод вокруг телескопа – и отражая тепло от внешних источников вроде Солнца и Земли, и отводя от телескопа тепло, создаваемое им самим. При работающем в полную силу теплозащитном экране температура телескопа будет достаточно низкой, чтобы излучение самого «Дж. У.» не искажало данные, поступающие из космоса. Как и главное зеркало телескопа, теплозащитный экран будет развёрнут, как только «Дж. У.» окажется в заданном месте. Отметим между делом, что разрыв щита во время испытаний, развёрнутых в 2017 году, задержал дату запуска «Дж. У.» на год – до назначенной в настоящее время в 2021 году.
Итак, что же мы можем ожидать узнать о жизни на экзопланетах, как только «Дж. У.» будет успешно развёрнут и угнездится на своей орбите в точке Лагранжа? Основными преимуществами этого прибора будут (1) высокое разрешение, обусловленное его большими размерами, и (2) его способность обнаруживать излучение вплоть до длинных инфракрасных волн. Эти возможности позволят телескопу исследовать атмосферы экзопланет в поисках признаков поглощения инфракрасного света специфическими молекулами, которые могут указывать на присутствие жизни – как мы уже обсуждали это в главе 5. В некоторых случаях «Дж. У.» может даже напрямую получить изображения экзопланеты, а в другое время он будет использовать анализ транзита планет, который мы уже описали. Вопрос о том, сможем ли мы истолковать такого рода данные как несомненное обнаружение жизни, может, по нашему мнению, остаться без ответа в обозримом будущем.
Поскольку мы говорим о новых телескопах, мы должны упомянуть TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), запущенный НАСА в 2018 году, и «Хеопс» (CHEOPS – Characterising ExOPlanet Satellite), запуск которого запланирован Европейским космическим агентством в 2019 году*. Оба этих космических телескопа будут проводить подробные наблюдения за близлежащими экзопланетами.

SETI

Поиск внеземного разума (the search for extraterrestrial intelligence – SETI) продолжается уже давно. Он начался в конце 1950-х годов, когда учёные поняли, что наши новые радиотелескопы позволят нам обнаруживать радиосигналы, посылаемые другими технологически развитыми цивилизациями нашей галактики – конечно, при условии, что эти сигналы были посланы. С тех пор поиски продолжаются – иногда при поддержке правительства, но обычно без неё.
Исходный довод в пользу поиска внеземного разума основывался на технологии середины 20 века, когда радио- и телевизионные сигналы транслировались без разбора во всех направлениях, в том числе в космос. Идея состояла в том, чтобы мы могли прослушивать чужие передачи. Или же, как вариант, вполне возможно, что кто-то вне Земли пытался связаться с нами, и в этом случае радиотелескопы в настоящее время дали нам возможность «снять трубку».
Лучшая аналогия для проведения поиска в рамках проекта SETI – это поиск определённой радиостанции в незнакомом городе: вы настраиваетесь на одну частоту, некоторое время слушаете, затем настраиваетесь на другую. Точно так же зондирование определённой звезды или планетной системы в рамках SETI должно «перебрать» весь спектр радиочастот – это масштабный проект. Иногда учёные утверждают, что инопланетяне выберут для общения определённую частоту (популярным выбором была так называемая 21-сантиметровая [8 дюймов] линия водорода) и что из-за этого мы должны исследовать только такие частоты. Конечно, проверка меньшего количества частот облегчает поиск, но она также затрудняет интерпретацию отрицательного результата: вы не можете определить, отсутствует ли сигнал вообще, или же присутствует, но не на той частоте, которую вы прослушиваете.
Технический прогресс на Земле показал, что стратегия подслушивания страдает серьёзным недостатком. На заре проекта SETI предполагалось, что, как только технологически развитая цивилизация достигнет точки, когда она сможет осуществлять трансляции, она будет продолжать делать это в течение длительных периодов времени – тысяч или даже, по некоторым расчётам, миллионов лет. Но на самом деле на Земле всё больше и больше передач осуществлялось по оптоволоконным кабелям и напрямую через спутники вместо того, чтобы транслироваться в космос. Таким образом, в последние 30 лет наша «подпись» в теле- и радиоэфире значительно выцвела. Поэтому мы подозреваем, что инопланетяне также будут излучать пригодные для «подслушивания» сигналы в течение короткого периода развития своей цивилизации – по сути, ровно до тех пор, пока их технологии не перейдут от радиопередач к волоконной оптике.
Мы можем подвести итог полувековой работы SETI одним предложением: мы не обнаружили никаких однозначных сигналов от внеземных цивилизаций. Точка. Объяснение этого так называемого «Великого молчания» остаётся одной из неразрешённых задач науки. Попутно отметим, что не всегда легко решить, имеет ли данный сигнал естественный источник или исходит от инопланетян. Например, когда были впервые замечены сигналы пульсара, астрономы, которые их обнаружили, назвали эти регулярно повторяющиеся радиоимпульсы «LGM-1»: это аббревиатура, означающая «маленькие зелёные человечки» ("little green men”).

Важнейшие научные вопросы

Если принять во внимание новые технологические возможности, которыми мы будем обладать в течение следующих нескольких десятилетий, то на какие вопросы мы захотим ответить? Ниже приведён неполный список направлений, по которым мы ожидаем осуществления исследований.

Каково определение жизни?

В главе 3 мы увидели, как трудно дать определение жизни, даже если мы ограничиваем свои усилия лишь нашей планетой. Если мы собираемся отправиться в космос на поиски жизни, у нас должно быть, как минимум, чёткое представление о том, что мы ищем. Это проблема, стоящая на границе между наукой и философией. Например, определение биологической жизни может обращать внимание на присутствие сложных биомолекул, тогда как определение небиологической жизни может обращать внимание на сложность структур.
Что это значит – сказать, что планета пригодна для жизни? ЗООЗ как область, определяемая наличием на поверхности планеты жидкой воды в стабильном состоянии – это слишком консервативное и ограниченное понятие. Новое определение должно учитывать возможность обнаружения жизни под землёй или в океанах подо льдом, а также на поверхности или внутри лун, вращающихся вокруг планет, как мы видели в случае Европы в главе 7. Кроме того, мы почти ничего не знаем об условиях, необходимых для существования неорганической жизни, поэтому для данного явления определение «жизнепригодности» ещё предстоит сформулировать.

Как мы можем обнаружить жизнь на экзопланетах?

В главе 5 мы обсудили трудности, возникающие в ходе поиска однозначных свидетельств жизни на других планетах – даже на Марсе, который находится в нашей Солнечной системе, и на поверхность которого мы уже посадили свои марсоходы. А как обстоят дела с действительно далёкими планетами, находящимися за пределами нашей Солнечной системы? Ни один из телескопов, которые выйдут в онлайн в следующем десятилетии, не позволит нам провести такие измерения, которые смогли бы дать однозначный ответ на вопрос о том, есть ли жизнь на этих планетах, хотя они предоставят нам более точные данные. Существуют ли ещё не использованные измерения, которые мы могли бы провести, чтобы решить эту проблему?

Как мы можем обнаружить развитые цивилизации на экзопланетах?

Обнаружение инопланетных цивилизаций – это классическая ситуация, когда «есть две новости: хорошая и плохая», и успех в поиске зависит от того, насколько они развиты технически. Как мы уже видели, непреднамеренные передачи сигналов в эфир, скорее всего, прекратятся, как только цивилизация разработает оптические волокна. Аналогичным образом то промышленное загрязнение, которое пропитывает атмосферу Земли (и легко обнаруживается издалека), у более развитой цивилизации может отсутствовать. Иными словами, если такая цивилизация не хочет быть обнаруженной, мы, вероятно, даже не узнаем о ней.
С другой стороны, если кто-то вне Земли захочет послать сигнал, это, вероятно, будет совершенно очевидно. Мечта исследователей SETI – чтобы это было лёгкое в расшифровке сообщение, которое инопланетяне используют, чтобы представиться.

Как мы можем обнаружить планеты-сироты?

Если учесть, что планет-сирот, вероятно, значительно больше, чем планет, вращающихся вокруг звёзд, необходимо разработать какой-то лучший метод обнаружения этих изгоев. Скорее всего, для этого потребуется специальный инфракрасный телескоп, расположенный, как и «Джеймс Уэбб», в точке Лагранжа.

Какие расчёты необходимо выполнить?

В дополнение к изложенным выше задачам наблюдения мы можем подумать о том, какие серьёзные расчёты необходимо будет выполнить в ближайшие годы:

• Каковы метеоусловия в мирах, находящихся в приливном захвате? При каких условиях разумно ожидать развития жизни в зонах терминатора или где-то ещё в этих мирах?

• Какой интенсивности могут достигать мощные солнечные вспышки и выбросы массы у красных карликов, и какое влияние они могут оказать на долгосрочную жизнепригодность и саму жизнь на планетах вокруг этих звёзд?

• Каково поведение воды и льда при тех давлениях, которые мы могли бы ожидать найти в водных мирах, особенно там, где очень глубокие океаны?

• Какое влияние оказывает присутствие множества близко расположенных звёзд (ситуация, которую мы наблюдаем вблизи центра галактики) на развитие жизни?

Конечно же, это всего лишь неполный список вопросов, ожидающих ответа. Однако в одном мы можем быть уверены: когда на любой из них будет дан ответ, на их месте появятся новые вопросы.

Находимся ли мы в безопасности?

Мы уже не раз отмечали, что область вокруг звезды является очень опасным местом для развития жизни. Одну из самых больших опасностей представляют собой астероиды, которые могут врезаться в планету, угрожая жизни на ней, или даже уничтожая её полностью. История подобных столкновений с нашей собственной планетой даёт представление о масштабах этой угрозы. Если хотите, взгляните на приведённые далее даты.

15 февраля 2013 года

Камень весом 11 000 тонн (10 000 метрических тонн) размером с 6-этажное здание, миллиарды лет блуждавший по Солнечной системе, вошел в атмосферу Земли 15 февраля 2013 года, двигаясь со скоростью 12 миль в секунду (около 20 км/сек). Сильный нагрев, создаваемый трением в атмосфере, вызвал появление в камне разрушительных напряжений, и тем солнечным зимним утром он взорвался в воздухе примерно в 12 милях (20 км) над Челябинском в Сибири. Этот взрыв, мощность которого, по оценкам, в 20-30 раз превышает энергию одной из атомных бомб, сброшенных на Японию во время Второй мировой войны, повредил более 7000 зданий в этой местности – в основном были разбиты стёкла. К счастью, обошлось без жертв, но свыше 1500 человек получили ранения, главным образом из-за осколков стекла.
Один положительный результат этого события: сложился крупный интернет-рынок, позволяющий людям по всему миру приобрести осколки метеорита.

30 июня 1908 года

30 июня 1908 года камень размером с 20-этажное здание вошёл в атмосферу над рекой Тунгуской в Сибири. Как и его меньший родственник более чем век спустя, он взорвался в воздухе из-за чрезвычайно сильных напряжений, вызванных нагревом из-за трения. Это был чудовищный взрыв, мощность которого примерно в 1000 раз превышала мощность атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму, и он повалил деревья на расстоянии более 10 миль (16 км). Однако из-за того, что этот район был очень малонаселённым, не было ни раненых, ни погибших, и осталось лишь очень немного свидетельств очевидцев. Вообще, этот район настолько отдалённый, что лишь в 1927 году советским учёным удалось добраться до области взрыва и начать её исследование.

47 000 лет до н. э.

Другой метеорит – на этот раз почти 500 футов (160 м) в поперечнике, или размером примерно с 50-этажное здание, – вошёл в атмосферу в 47 000 году до нашей эры над местностью, которая сейчас является штатом Аризона. Существуют некоторые разногласия по поводу того, двигался ли он со скоростью 12 миль в секунду (20 км/сек) или «всего лишь» 8 миль в секунду (12 км/сек), но в любом случае двигался он быстро. Этот метеорит, вероятно, содержал много железа, поэтому, в отличие от двух описанных выше объектов, он не разрушился из-за внутренних напряжений, а долетел до самой земли. Он врезался в землю, и его энергия превратилась в тепло, испарив местные породы и половину самого метеорита. Выброс энергии вызвал взрыв, в результате которого образовался кратер достаточной глубины, чтобы в нём уместилось 60-этажное здание – кратер, который в наше время является одним из главных туристических объектов в северной Аризоне.
Сегодня он называется кратером Бэрринджера* в честь американского геолога и горного инженера Дэниела Бэрринджера (1860-1929) – первого человека, который понял, что он образовался в результате столкновения с внеземным объектом. Это название иллюстрирует загадочный факт. Несмотря на множество достоверных свидетельств, на протяжении большей части документированной истории учёные просто отказывались верить, что такие объекты, как метеориты, могли падать с неба. Приведём лишь один пример: после падения метеорита в Коннектикуте в 1807 году Томас Джефферсон, который, помимо прочих своих талантов, был выдающимся учёным, сказал, что «легче поверить, что два профессора-янки могут врать, чем признать, что камни могут падать с небес». Некоторые учёные объясняют такое отношение реакцией на народные байки, в которых утверждалось, что на Земле могут проливаться дожди из всего, чего угодно – от крови до лягушек.

Во всяком случае, такое отношение начало угасать к 1803 году, когда близ Л’Эгля в Нормандии (Франция), упали более 3000 метеоритов. Французский учёный Жан-Батист Био (1774-1862) посетил город, чтобы провести расследование, и обнаружил, что камни действительно упали с неба и сильно отличались по химическим и физическим признакам от других камней по соседству. Мы не знаем, слышал ли когда-нибудь об этом Джефферсон – в то время его заботили последствия покупки Луизианы. Однако мы подозреваем, что он изменил бы свое мнение об этих лукавых профессорах-янки, если бы всё же услышал об этом.

65 000 000 лет до н. э.

Был обычный день на Земле мелового периода. Динозавры в местности, которую мы сейчас называем Юкатан, в Мексике, были заняты своими обычными динозавровыми делами. Внезапно в небе появилась огромная полоса света, за которой последовал взрыв – громче, чем всё, что они когда-либо слышали. Они бы не поняли этого, однако их дни на вершине пищевой цепи Земли закончились.
Причина заключалась в том, что в Землю врезался астероид диаметром 8 миль (12 км). На самом деле он падал на Солнце – планета просто случайно оказалась у него на пути. Он прожёг атмосферу и океан, словно их просто не было, зарылся в землю и образовал кратер диаметром более 100 миль (160 км) недалеко от города, который мы сегодня называем Чиксулуб. Результаты были катастрофическими во всех смыслах этого слова. Пыль и обломки из кратера были выброшены на баллистическую орбиту и образовали сплошной покров в верхних слоях атмосферы, погрузив планету во тьму, которая длилась несколько лет. Повсюду происходили мощные цунами, обширные лесные пожары, и ещё на большей части Западного полушария выпадали едкие кислотные дожди. Когда пыль рассеялась, динозавры, которые правили миром сотни миллионов лет, исчезли, и сцена для расцвета млекопитающих, в том числе для возникшего в дальнейшем Homo sapiens, была свободна.
Наша родная планета движется в космической среде, полной мусора, оставшегося после процесса формирования планеты, и иногда часть этого мусора сталкивается с нами. В целом в результате этих столкновений Земля добавляет к своей массе около 40 тонн (36 метрических тонн) ежедневно. Эти столкновения могут варьировать от проходящих бесследно, как бывает, когда мы видим горящую в небе падающую звезду, до поистине катастрофических, как в случае вымирания динозавров. В целом, чем крупнее тело, идущее на столкновение, тем больше проходит времени между такими столкновениями. Мы ожидаем события уровня вымирания, или «Элли» (так произносится его аббревиатура ELE – extinction-level event), примерно один раз в 100 миллионов лет.
Хотя авторов объединяет любовь к фильмам о конце света, мы должны отметить, что голливудское изображение столкновений с астероидами нереалистично. Океаны покрывают три четверти поверхности Земли, а города – менее 1 процента. Таким образом, вероятность удара по городу довольно мала, а вероятность попадания метеорита в небоскрёб Крайслер-билдинг в Нью-Йорке (по каким-то причинам это любимая цель Голливуда) практически равна нулю. Тем не менее, в зависимости от размера падающего тела, столкновение с крупным объектом может привести к любым последствиям: от разрушений местного масштаба (как в случае с астероидом из кратера Бэрринджера) до вымирания большинства форм жизни на Земле, в том числе Homo sapiens.
Учитывая серьёзность этого риска для нашей родной планеты, мы должны задаться двумя вопросами:

• Существует ли в космосе астероид, уготованный судьбой именно нам?

• Если да, то что мы можем с этим поделать?

Из приведённой выше галереи столкновений огромной разрушительной силы видно, что чем крупнее астероид, тем больший ущерб он может нанести. К счастью, верно и то, что чем крупнее астероид, тем легче его обнаружить. В Солнечной системе они в большинстве своём вращаются, не представляя угрозы, в поясе астероидов, вдали от Земли. Однако иногда столкновения выбрасывают тела из этого пояса на орбиты, пересекающие орбиту Земли. Эти так называемые околоземные объекты (ОзО) являются источником опасности, который необходимо держать под контролем.
Основной метод обнаружения астероидов включает поиск объектов, которые движутся относительно звёзд – точек света, которые меняют положение на последовательных изображениях одной и той же части неба. Это может представлять трудности, потому что в небе есть много таких объектов, которые меняются от одного момента к другому – вспомните, например, сверхновые. Как только объект идентифицирован как астероид, следующей проблемой будет расчёт его орбиты, чтобы увидеть, может ли он удариться об Землю. В общих чертах, чем дольше мы наблюдаем путь объекта в настоящее время, тем точнее мы можем определить его в будущем. По мере поступления новых данных прогнозируемый путь будет меняться, и даже астероид, который изначально считался угрозой, может оказаться не опасным (однажды такой случай позволил нью-йоркской газете напечатать кричащий заголовок «Поцелуй свой астероид на прощание!»).
Существует целый ряд программ, в большинстве своём связанных с НАСА, которые разработаны для обнаружения астероидов. Мы поговорим о двух из них, которые известны под названиями Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System – система телескопов панорамного обзора и быстрого реагирования) и ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System – система раннего предупреждения об астероидной опасности для Земли). Как мы уже упоминали в главе 11, Pan-STARRS состоит из телескопов и вычислительных мощностей, расположенных на Гавайях. Она была запущена в 2010 году. Эта система большую часть времени занята поиском астероидов, представляющих угрозу, и обнаружила в небе множество других изменяющихся объектов. Программа ATLAS запущена в 2015 году. В настоящее время она оперирует двумя телескопами на Гавайях, но планируется расширить её до восьми телескопов по всему миру. Эта система предназначена в первую очередь для обнаружения небольших астероидов и создания предупреждений о возможности столкновения.
Даже предупреждение незадолго до столкновения может дать значительные преимущества. Например, если бы жители Челябинска были предупреждены за несколько часов, они могли бы открыть окна и двери, чтобы уравнять давление внутри зданий с давлением снаружи во время прохождения ударной волны и тем самым снизить ущерб и количество травм, связанных с разбитым стеклом. Предупреждения за несколько дней может быть достаточно, чтобы эвакуировать людей из зоны удара в масштабах Тунгусского метеорита.
Агентство НАСА, отвечающее за отслеживание ОзО, носит зловеще звучащее название «Управление координации планетарной обороны». К настоящему времени обнаружено более 90 процентов ОзО диаметром больше 0,67 мили (1 км), и новая цель – добиться такого же показателя для ОзО диаметром чуть более 400 футов (130 м). Для справки: предполагается, что каменные астероиды диаметром около 150 футов (50 м) сгорят в атмосфере Земли, и никогда не достигнут её поверхности. С другой стороны, если они состоят в основном из металла, то на Землю смогут упасть объекты даже гораздо меньшего размера.
Так что процесс открытия астероидов, которые могут угрожать планете, похоже, идёт полным ходом. Следующий вопрос состоит в том, что мы смогли бы сделать, если бы «большая штуковина» летела прямо на нас. Опять же, вполне возможно, что любимые Голливудом решения – это не самый хороший шаблон. Например, как бы драматично ни выглядели ядерные бомбы, у них возникли бы реальные проблемы с приближающимся астероидом. Причина этого проста: значительная часть ущерба от ядерного оружия на Земле причиняется ударными волнами, создаваемыми в атмосфере, а в космосе атмосферы, естественно, нет.
Мы боимся, что планетарная оборона будет зависеть от нашей способности искать другие, менее драматичные способы борьбы с приближающимися астероидами. Ключевым моментом является то, что при продолжении описанных выше программ наблюдений у нас будут десятилетия или даже века для решения проблемы с астероидом, который врежется в Землю и пополнит собой нашу галерею разрушительных последствий столкновений, если мы не будем ничего предпринимать. Если принять во внимание этот факт, можно увидеть, что нам не нужно взрывать астероид а-ля Голливуд. Всё, что нам нужно будет сделать, так это всего лишь слегка сбить его с пути – ровно настолько, чтобы он промахнулся мимо нашей планеты.
Есть много способов выполнения этой задачи, и мы ожидаем, что один из них будет разработан в течение следующих нескольких десятилетий, чтобы у нас была настоящая планетарная защита. Учёные рассмотрели, например, возможность размещения вблизи угрожающего астероида большого спутника, чтобы их взаимное гравитационное притяжение сдвинуло астероид настолько, что он не попадёт по Земле. Как вариант, другие предлагали посадить спутник на астероид, вырубать камни с его поверхности и запускать их в космос, используя солнечную энергию. Каждый раз, когда с астероида мечут камень, сам астероид будет отдавать назад – совсем немного, конечно, но достаточно, чтобы с годами увеличить отклонение и предотвратить катастрофу.
И сейчас мы отвечаем на вопрос, который является заголовком для этого обсуждения: нет, мы не в безопасности. Мы живём, находясь в опасности столкновения с астероидами. В настоящее время мы успешно составляем каталог астероидов, представляющих угрозу, и начинаем разрабатывать технологии для предотвращения значительных столкновений. В настоящее время неизвестно ни одной опасности столкновения, угрожающей нам в обозримом будущем. Будем надеяться, что так будет продолжаться до тех пор, пока у нас не появятся средства, способные предотвратить новое столкновение.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ СЛОВО

Наш экскурс в воображаемую жизнь на экзопланетах выявил три важных момента, которые следует обдумать читателю:

• Вне всяких сомнений, на экзопланетах мы откроем удивительные и неожиданные вещи.

• В частности, нас удивит всё относящееся к инопланетной жизни, что бы мы ни открыли.

• Для нас окажется сюрпризом то, что на нашу долю по-прежнему выпадают неожиданные сюрпризы.

Поездка один раз в жизни
Великое путешествие
Юпитер/Сатурн/Уран/Нептун
Испытай прелесть гравитационных ускорителей
Каждые 175 лет. Посадка на борт уже идёт.

В 2015 году НАСА и Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института начали выпускать эту серию причудливых плакатов в ностальгическом стиле с рекламой вымышленного Бюро путешествий по экзопланетам в НАСА; она задумана как адресованное общественности приглашение узнать больше об экзопланетах и о нашей собственной Солнечной системе.
Космические зонды-близнецы НАСА «Вояджер», запущенные в 1977 году, были неутомимыми исследователями нашей Солнечной системы; они сделали невероятные фотографии и собрали информацию о Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, поскольку для ускорения своего движения аппараты использовали силу притяжения каждой из этих планет. «Вояджер-1» вышел в межзвёздное пространство в 2012 году, а «Вояджер-2» покинул нашу Солнечную систему в 2018 году, но они оба по-прежнему время от времени передают на Землю научные данные. Каждый из них несёт золотую пластинку: позолоченный медный диск, на котором записаны виды и звуки нашей планеты, адресованные какой-то разумной инопланетной форме жизни, с которой могут столкнуться «Вояджеры». (Студия Invisible Creature, НАСА/ЛРД- Калифорнийский технологический институт)

Посети планету без звезды
PSO J318.5-22
Там, где ночная жизнь никогда не кончается!

PSO J318.5-22, в 80 световых годах от Земли – это планета-сирота, которая не вращается вокруг звезды. Вероятно, планеты-сироты, также называемые планетами-невидимками, были выброшены из своих солнечных систем, едва не столкнувшись с другой планетой. Хотя у них нет солнц, из-за чего там темно, некоторые планеты-сироты вроде этой, открытой в 2013 году, обладают внутренними источниками тепла и могут оставаться жизнепригодными на протяжении многих миллиардов лет. (Джоби Харрис, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Почувствуй силу тяготения HD 40307g
Суперземля

HD 40307g с объёмом вдвое, и массой в семь раз больше, чем у Земли, обладает мощной силой притяжения. Жизни на такой суперземле пришлось бы выработать в процессе эволюции способы противодействия мощной гравитации – так же, как обитатели Земли приобрели экзоскелеты (насекомые) и внутренние скелеты (млекопитающие). HD 40307g была обнаружена в 2012 году и находится в 42 световых годах от Земли. Здесь особенно важно то, что планета находится в обитаемой зоне своей звезды и, следовательно, может обладать океанами жидкой воды, которые могли бы помочь существам справиться с худшими последствиями гравитации. (НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Расслабься на Kepler-16b
Земля двух солнц
где у вашей тени всегда есть компания

Кажется, будто планета Kepler-16b должна быть тёплой – у неё два солнца, а не одно, как обычно, – но какая-то жизнь, которая эволюционировала бы на её поверхности, должна выдерживать радикально низкие температуры: при температуре от -150° до -94°F (от -100° до -70°C) она холодна, как сухой лёд. Эта планета, состоящая, вероятно, из газа, а не из камня, как нарисовано здесь, была открыта в 2011 году и находится примерно в 200 световых годах от нас. (Джоби Харрис, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Титан
Промчись на приливной волне через глотку Кракена

Похожие на планеты спутники иногда предлагают нам многообещающие параллели с Землёй. Титан, самый крупный спутник Сатурна, обладает азотной атмосферой наподобие земной, которая содержит органические, то есть, богатые углеродом соединения. Может ли жизнь когда-нибудь зародиться и здесь? (Джоби Харрис, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Kepler-186f
Где за забором трава всегда краснее

Первая экзопланета размером с Землю, обнаруженная в пригодной для жизни зоне звезды, Kepler-186f, на расстоянии 582 световых лет от нас, может нести жидкую воду на своей поверхности. Но её солнце старше и краснее нашего, поэтому какие-то растения на этой планете должны быть способны к фотосинтезу с использованием фотонов, длина волны которых соответствует красному цвету. (Джоби Харрис, НАСА/JPL-Калифорнийский технологический институт)

51 Pegasi b
С поздравлениями с вашей первой экзопланеты

Среди первых экзопланет, открытых людьми, 51 Pegasi b, вероятно, слишком жаркое место, чтобы подписывать там открытки – она вращается настолько близко к своей звезде, что её «год» длится всего 4,2 земных дня. Её открытие в 1995 году стало поводом для выделения нового класса экзопланет под названием «горячие юпитеры»: это массивные планеты, которые вращаются близко к своим звёздам. (НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Церера
Королева пояса астероидов
Последний шанс запастись водой по дороге до Юпитера

Церера – самый большой объект в поясе астероидов, лежащем между Марсом и Юпитером, и, следовательно, является ближайшей к нашему Солнцу карликовой планетой. Ещё в этом маленьком каменистом мире много подземного водяного льда, и в 2015 году космический аппарат НАСА «Dawn» обнаружил там сложные органические молекулы – возможные «кирпичики» жизни. (Лиз Барриос де ла Торре, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Прыжок по планетам с TRAPPIST-1e
Лидер голосования в номинации "Лучший отпуск в обитаемой зоне" в пределах 12 парсеков от Земли

Любой, кто находится на поверхности планеты TRAPPIST-1e, примерно в 40 световых годах от нашего земного дома, смог бы увидеть шесть планет, висящих в её небе. Эти семь планет вращаются все вместе вокруг тусклой красной звезды, известной как красный карлик. Орбиты трёх планет лежат внутри границ жизнепригодной зоны звезды, где вода может существовать в жидком виде. TRAPPIST-1е – одна из таких планет Златовласки. Она находится в приливном захвате, поэтому всегда обращена к своей звезде одной и той же стороной, так что какая-либо жизнь, существующая там, должна эволюционировать в продуваемых ветрами пограничных землях между обжигающе-холодной дневной стороной и раскалённой ночной стороной*. (НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Европа
Открой жизнь подо льдом
Все виды - на океан

Может ли жизнь эволюционировать под ледяной коркой на богатой водой луне? Европа, одна из лун Юпитера, предлагает нам способ ответить на этот интересный вопрос. Её обширный океан, покрытый трещиноватой ледяной коркой, содержит больше воды, чем все моря Земли вместе взятые. Вода остаётся жидкой благодаря постоянным приливным деформациям, которые вызывают на Европе соседствующие с ней луны и Юпитер. (Лиз Барриос де ла Торре и Лоис Ким, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Посетите прекрасный южный
Энцелад
Более 100 дух захватывающих гейзеров. Дом "Старого верующего". Бронирование туров уже сейчас

Как и на Европе, на Энцеладе, шестом по величине спутнике Сатурна, есть жидкая вода. В 2005 году зонд НАСА «Кассини» пролетел сквозь извергающиеся из недр этой луны столбы ледяной воды, которые являются убедительным доказательством наличия всемирного океана под её ледяным покровом. (Студия Invisible Creature, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Земля. Ваш оазис в космосе
Там, где воздух бесплатный и дышится легко

В большинстве своём наши прогнозы относительно типов жизни, которые могут существовать на экзопланетах, основаны на нашем понимании разнообразия жизни на Земле – единственном (пока) месте, о котором известно, что жизнь там есть. (Джоби Харрис, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Открой для себя великие полярные сияния Юпитера

На газовом гиганте Юпитере воды не так много. Здесь сухо, как в Сахаре. Но насколько необходима вода для развития жизни на основе углерода? В атмосфере Юпитера определённо существуют сложные органические молекулы (а также изображённые здесь интенсивные полярные сияния), которые являются результатом бомбардировки атмосферы ультрафиолетовым излучением и частицами солнечного ветра от Солнца. Могут ли такие бурные процессы привести к образованию аминокислот и в итоге к появлению жизни? (Стефан Бухер и Рон Миллер, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Венера
Увидимся на 9-й облачной обсерватории
Победитель голосования в номинации "Лучшее место в Солнечной системе для наблюдения прохождения Меркурия"

Если на поверхности Венеры когда-то и были океаны, то они давно выкипели: на второй планете от Солнца отсутствует глубинный углеродный цикл, как на Земле, поэтому она пережила накопление углекислого газа, вызвавшее неконтролируемый парниковый эффект. Такие изменения в атмосфере планеты могут коренным образом повлиять на её способность служить пристанищем жизни. (Джесси Кавата и Лоис Ким, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

Марс
В наличии разнообразные путешествия
Роботы-первопроходцы / Искусство и культура / Архитектура и агрикультура

Найти однозначно трактуемые доказательства существования жизни оказалось чрезвычайно сложно даже на Марсе – на планете, куда люди в настоящее время могут отправлять спускаемые аппараты и зонды для проведения измерений непосредственно на месте. Представьте себе, насколько трудно было бы выяснить эволюционную историю жизни на далёкой экзопланете. (Студия Invisible Creature, НАСА/ЛРД-Калифорнийский технологический институт)

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