Вселенское одиночество

С апреля этого года, когда стало окончательно ясно, что одна из планет в системе звезды Глизе 581 находится в зоне жизни, рисунки штатного художника Европейской организации астрономических исследований в Южном полушарии (ESO), изображающие восход красного карлика Глизе 581 на планете Глизе 581 с, обошли сайты сотен информационных агентств. Иллюстрация: ESO

Есть надежда, что на третьей экзопланете в системе звезды Глизе 581 (Gleise 581) существует жизнь. Конечно, легко предвидеть возражение: есть надежда и на жизнь поближе — например, на Марсе. Но та надежда и эта имеют совершенно разные основания. Про Марс — разговор отдельный. Оснований, что жизнь есть на Глизе 581 с, ровно одно: вода, если она там есть, может находиться в жидком виде. Как выяснилось весной этого года, планета Глизе 581c совершает один оборот по орбите за 13 дней, а расстояние от нее до родительской звезды примерно в 14 раз меньше расстояния от Земли до Солнца. Но так как Глизе 581 — красный карлик, то есть относительно холодная звезда, средняя температура на поверхности планеты должна быть невысокой — от 0° до 40° C, или, как принято говорить в астрономии, планета находится в зоне жизни (Habitable zone) звезды.

Далекая жизнь При всем обилии наших знаний о жизни, кое-в чем они радикально ограничены. Например, мы не знаем, какие ещё формы жизни возможны, за исключением единственной нам известной — земной жизни. Но земная жизнь возможна только при земных условиях и очень чувствительна к колебаниям температуры, давления, уровня солнечной радиации. В Солнечной системе ещё одна планета с такими или даже похожими условиями невозможна даже теоретически. Нужны планеты где-то «в иных мирах».

«„Красные карлики“, такие как Глизе, идеальны для поиска подобных планет: они излучают меньше света, и их зона жизни располагается на более близком к ним расстоянии, чем к Солнцу», — утверждает молодой французский астрофизик Ксавье Бонфис (Xavier Bonfils), работающий сейчас в Центре астрономических и астрофизических исследований Лиссабонского университета (Centro de Astronomia e Astrofisica da Universidade de Lisboa). Планеты, находящиеся в этой зоне, легко могут быть обнаружены с помощью анализа периодических изменений спектров звезд (radial-velocity method) — самым успешным методом детекции экзопланет на сегодняшний день.

Открытие Глизе 581с было сделано с помощью 3,6-метрового телескопа обсерватории Ла-Силья (La Silla) Европейской организации астрономических исследований в Южном полушарии (ESO) и установленного на нем самого точного в мире спектрографа HARPS. HARPS способен уловить изменения скорости с точностью до одного метра в секунду (или 3,6 км/ч) и на сегодняшний день является наиболее успешным инструментом для обнаружения экзопланет, особенно обладающих малой массой.

Есть ещё один косвенное указание на возможность существования жизни на Глизе 581с. Его обнаружили участники проекта MOST, запущенного четыре года назад. В силу необычности этого проекта, о нем стоит сказать отдельно, прежде чем говорить о его результатах.

Планеты в системах далеких звезд невозможно увидеть и в самый сильный телескоп. Они обнаруживаются всегда по косвенным признакам. Один из самых надежных способов — вариации радиальной скорости (radial velocity method). Из-за наличия планеты скорость звезды по отношению к Земле периодически изменяется: когда звезда приближается, излучаемый ею свет синеет, а когда удаляется — краснеет. Иллюстрация: ESO

Спутник MOST (сокращение от Microvariability & Oscillations of STars — что означает, «микровариативность и колебания звезд») был выведен на орбиту с российского космодрома Плисецк в 2005 году и стал единственной канадской космической обсерваторией. Сам спутник создавался совместными усилиями Канадского космического агентства (Canadian Space Agency), производящей аэрокосмическое оборудование компании Dynacon Enterprises Limited, и двух университетов — Торонто и Британской Колумбии в Ванкувере. Однако доступ к установленному на спутнике телескопу имеют не только ученые, но и самые обычные канадцы — студенты-астрономы или просто астрономы-любители.

На протяжении полутора месяцев их непрерывных наблюдений за звездой, её параметры практически не изменялись. Таким образом, этот красный карлик является стабильным источником света и тепла для поверхности планеты, чей климат, следовательно, мало подвержен сильным изменениям, которые были бы губительны для становления и развития жизни.

«Кроме все прочего, это означает, что звезда старая и „спокойная“, — приводит слова профессора физики и астрономии университета Британской Колумбии Джейми Мэтьюза (Jaymie Matthews) университетский пресс-релиз. — Планеты вокруг нее имеют возраст нескольких миллиардов лет. Мы знаем, что жизнь на Земле развивалась в течение 3,5 миллиардов лет, прежде чем появился человек, так что можно надеяться на возможность существования сложной жизни на любой из планет вокруг Глизе 581, если она имеет хотя бы такой возраст».

Можно считать, что открытие планеты Глизе 581 с вновь переводит вопрос о существовании жизни за пределами Земли из домыслов в плоскость конкретной научной практики. Один из ведущих мировых специалистов по экзопланетам швейцарский астрофизик Мишель Майор (Michel Mayor) — кстати, ещё совсем недавно научный наставник прославившегося теперь Ксавье Бонфиса — ставит перед собой и более амбициозную цель: найти не косвенные признаки, а прямые доказательства внеземной жизни. Он считает, что передовые исследователи находятся менее чем в двух десятках лет от обнаружения признаков жизни на других планетах — конечно, при условии, что таковая вообще существует.

Ожившие надежды Вопрос о том, существуют ли на других планетах формы жизни, подобные земным, давно волновал умы людей, независимо от их веры. Воодушевленные гуманистическим вольнодумием мыслители эпохи Возрождения, а затем и европейского Просвещения были убеждены в том, что небеса полны жизни. Первая книга Галилео Галилея «Звездный вестник» была моментально раскуплена именно потому, что его современники надеялись: с помощью телескопа Галилей увидел жителей Луны. Сожженный в последний год XVI века Джордано Бруно (Giordano Bruno, 1548–1600) утверждал, что жизнь есть на всех небесных телах. Уже практически наш современник, российский философ-космист Владимир Иванович Вернадский (1863–1945) полагал, что жизнь — это фундаментальное свойство материи, и до самой старости пытался найти её признаки в самых глубоких геологических слоях. Однако — увы. Конец ХХ века принес глубокое разочарование. Жизнь все больше представала перед учеными как феномен уникальный и, видимо, очень ограниченный во времени. Когда писатели фантасты изображали в своих произведениях далекую и нечеловеческую разумную жизнь, все понимали: это их способ обратиться к земным и человеческим проблемам. Мы во Вселенной одиноки, наше присутствие здесь быстротечно и случайно.

Спутник «Галилео» с большой степенью достоверности установил: Европа покрыта слоем льда толщиной от 100 до 200 км. А что под ним? Кто знает: может быть, там теплая вода и неведомые чудовища? Иллюстрация:JPL/NASA

Впрочем, идеи не умирают. Сколь причудливыми ни казались бы некоторые убеждения, всегда находятся чудаки, которые вопреки всякой очевидности и всяким разумным доводам продолжают их разделять. Уже не одно десятилетие продолжаются международные усилия по поискам внеземного разума, проект SETI. Продолжаются, хотя и остаются по-прежнему бесплодными. Систематически гибнут и возрождаются вновь надежды найти следы жизни — пусть даже прошлой — на Марсе.

Среди энтузиастов известный физик-теоретик, один из создателей квантовой электродинамики и весьма эффективной техники визуализации вычислений в теории элементарных частиц, получившей название «диаграммы Фейнмана», Фримен Дайсон (Freeman Dyson). Несколько лет назад, выступая в Институте теоретической и экспериментальной физики, где ему вручали международную премию Померанчука, Дайсон изложил свою теорию внеземной жизни. Если его теория верна, то искать жизнь надо на далеких планетах или даже астероидах Солнечной системы. Их удаленность от Солнца может быть и не так важна: собирая рассеянные лучи далекого светила, своеобразные растения с раскидистыми лепестками смогут удерживать нужное количество воды в жидком состоянии.

Но одним из главных принципов поиска внеземной жизни был и остается принцип «следовать за водой» (’follow the water’ approach). Воду искали и продолжают искать в пределах Солнечной системы: сенсацией стали полученные в 1997 году космическим зондом NASA данные о наличие воды на спутнике Юпитера Европе. С не меньшим воодушевлением была воспринята в прошлом году новость о признаках воды в жидком виде под южным, вулканическим полюсом спутника Сатурна Энцелады.

Вода может оказаться совсем не так редка в космосе, как думали лет сорок назад. Расширение космических тел, где можно рассчитывать на её присутствие, может в этом смысле считаться обнадеживающим. На момент написания данной статьи открыто уже 236 экзопланет. Правда, большинство из них относятся к типу «горячих Юпитеров», но дело вовсе не в том, что планет этого типа больше, просто заметить их легче. Глизе 581c пока уникальна своим сходством с Землей.

Благоприятная близость Делая предположения о зарождающейся, молодой жизни на экзопланетах, ученые неизбежно сравнивают её с жизнью на древней Земле. Как правило, молодые планеты — трудное место для выживания, поэтому молекулы, из которых развиваются живые организмы, должны быть очень устойчивы к суровым условиям.

С помощью космического телескопа NASA Спитцер (Spitzer) удалось выяснить, что органические молекулы — полициклические ароматические углеводороды, предположительно являющиеся «кирпичиками жизни», могут пережить даже взрыв сверхновой звезды. Так например, значительное количество полициклических ароматических углеводородов было найдено у поверхности остатков сверхновой N132D, находящихся на расстоянии в 163 000 световых лет в соседней галактике Большое Магелланово Облако. Эти молекулы были обнаружены внутри комет, вокруг областей формирования звезд и протопланетных дисков. Так как вся жизнь на Земле основывается на углероде, астрономы предполагают, что изначально углерод попал на Землю в составе этих молекул — вероятно, из комет, упавших на молодую тогда планету.

Ученые утверждают, что неподалеку от Солнечной системы почти пять миллиардов лет назад взорвалась крупная звезда. Если это так, то полициклические ароматические углеводороды, пережившие этот взрыв, могли стать «семенами» жизни на нашей планете. Есть основания ожидать, что и не только на нашей. Только чтобы их распознать, надо знать хотя бы приблизительно, на что они могут быть похожи.

Иные миры, если рассматривать их в телескоп, могут оказаться совсем не похожи на Землю. Растения на других планетах, по свидетельству астробиолога из Института космических исследований имени Годдарда (GISS) Нэнси Цзян (Nancy Kiang), могут быть любого цвета, кроме, пожалуй, синего. Цвет растительности зависит от многих параметров: разного спектра солнц, различиях в атмосфере, химия которой зависит от состава и параметров родительских звёзд.

А излучение на поверхности планеты по спектру будет сильно отличаться у планет, живущих у звёзд разных спектральных типов (от горячих F2, через G2, K2 к очень тусклым M5), а ещё оно будет зависеть от концентрации в атмосфере кислорода, озона, водяных паров и углекислого газа. Не менее важно и то, что для усвоения солнечного света растения могут использовать не только хлорофилл; в зависимости от эволюции для обеспечения процесса фотосинтеза может быть взято другое соединение, которое возьмет от света звезды максимум доступной энергии. Растения стремятся к поглощению наиболее энергетически насыщенной части спектра, а цвет их листьев зависит от частоты света, которую растение поглощает меньше всего. Так, хлорофилл поглощает в основном синий и красный цвет, ведь красный свет несет наибольшее число фотонов, а синий обладает наибольшей энергией на каждый фотон. Зеленый же свет растения в основном отражают.

Группа ученых под руководством Виктории Медоуз (Victoria Meadows) из Виртуальной планетной лаборатории (VPL) Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) разработала компьютерные модели, имитирующие планеты, близкие по параметрам к Земле, и их световые спектры — в том виде, в каком их можно увидеть в космические телескопы. Растения на планетах около более ярких звезд (например, спектрального класса F) будут отражать красно-жёлто-оранжевую часть спектра, то есть иметь «осенний вид» — ведь в свете этих звезд преобладают синие и ультрафиолетовые лучи.

Растения же на планете, вращающейся вокруг красного карлика (звезды спектрального класса М, масса которых составляют от 10–50% массы Солнца), могут выглядеть чёрными! Такие звезды тусклее Солнца и излучают в основном свет в инфракрасном, невидимом человеческому глазу, диапазоне, а местные растения должны будут стараться усвоить весь спектр падающего на них излучения. Черный же цвет, как известно, почти не отражает попадающие на него лучи.

Наименее вероятно, по словам Виктории Медоуз, то, что растительность на других планетах будет синей. Синий — свет большей частоты, следовательно, он несет и больше энергии, поэтому растения будут «стараться» как можно больше использовать его. Помимо этих цветов, планеты земного типа могут быть и пурпурными, если на них развиваются микроорганизмы, синтезирующие пигменты фиолетового или пурпурного цвета (ретинол), как это происходило на древней Земле. Организмы такого цвета существуют и сейчас — это так называемые галобактерии, в мембране которых ретинол поглощает зелёный свет и отражает красный и фиолетовый, комбинация которых и кажется нам фиолетовой.

Рассматривая модели ученых, можно предположить, какие «спектральные подписи» и цвета, свидетельствующие о наличии жизни, можно искать на планетах: фиолетовые, зеленые, желтые или черные. Однако не стоит забывать, что и компьютерные модели, и теоретические выкладки были сделаны на основании знаний о жизни земной, и предстоит ещё выяснить, насколько они справедливы для экзопланет.