Тема 11.Людина у Всесвіті. Антропний принцип. Імовірність життя на інших планетах.

Про пошуки життя за межами Землі

Попри недостатність надійної інформації, людство завжди замислювалось над таємницею походження життя і Всесвіту. Кожна цивілізація минулого створила свої міфи про виникнення світу і людини. Сучасна цивілізація також проявляє безмежну зацікавленість у цих питаннях. Як і колись, людство сподівається на можливість існування життя ще де-небудь окрім Землі - на планетах Сонячної системи чи взагалі поза її межами, серед зоряних світів. І сьогодні, коли автоматичні станції досліджують міжпланетний простір, а деякі з них вже летять у напрямку далеких зір, проблема існування та пошуку життя у Всесвіті стала ще більш актуальною і хвилюючою. Та перш ніж обміркувати ці проблеми, потрібно задатись іншими питаннями.

1. Що таке життя ? Даючи відповідь на це питання, зауважимо спочатку, що визначення терміну «життя», як і всі подальші міркування стосовно умов його виникнення, тривалого існування і еволюції, спираються на один-єдиний приклад - знання про життя на Землі. Іншого прикладу у нас поки що немає.

Основні властивості живого такі. Все живе здатне до самовідтворення, тобто до розмноження: клітини діляться, рослини дають насіння, тварини народжують дитинчат тощо; все живе підтримує своє існування за рахунок навколишнього середовища - поглинає енергію (чи то сонячну, чи з інших джерел), дихає, харчується; все живе збирає, зберігає і переробляє інформацію про зовнішнє та внутрішнє середовище з тим, щоб зберегти і підтримати свої власні характеристики; зібрана інформація кодується надзвичайно складними і великими молекулами.

Іншими словами: життя - це високоорганізований стан речовини, здатний до самовідтворення за допомогою певним чиним кодованих молекул і до обміну з навколишнім середовищем речовиною, енергією та інформацією.

Життя на Землі грунтується на сполуках вуглецю, розчинником для яких слугує вода. Керуючись процесами самовідтворення нуклеїнової кислоти - ДНК, які за величезного розмаїття усього живого використовують для програмування індивідуального розвитку організмів однакову "мову" - один і той же генетичний код.

Така біохімічна єдність свідчить про те, що всі прояви життя на Землі виникли значною мірою однаковими шляхами і мають спільних пращурів.

Хоча на питання, як саме відбувається цей еволюційний процес, також як і на питання, як відбувся перехід від «неживого» до «живого», сучасна наука поки що не може дати точної відповіді. З цього приводу дуже гарно висловився англійський біолог Ф. Крік, який ще 1953 р. разом з американцем Д. Уотсоном розкрив таємницю структури ДНК: «Ми не бачимо шляху від первісного бульйону до природного відбору. Можна дійти висновку, що походження життя - чудо, але це свідчить лише про наше незнання».

Отже, твердження про біохімічну єдиність життя на Землі, у свою чергу, приводить до висновку, що життя на інших планетах може дуже сильно відрізнятись від земного, навіть якщо воно використовує ті ж хімічні елементи. Безперечно, скрізь, де існує життя, повинні бути молекули, які забезпечують самовідтворення. Але побудовані вони можуть бути не так, як земна ДНК, і можуть нести в собі інший генетичний код («розмовлятимуть іншою мовою»). В молекулах білка можуть бути використані інші амінокислоти. А в основі розмноження, зберігання та передачі інформації може лежати інша хімічна система.

Земля - колиска життя. Приймімо апріорі, що життя може існувати на холодних небесних тілах - планетах. Подивімося, наскільки закономірним чи випадковим був процес зародження життя на Землі.

В численних лабораторних експериментах вже давно було показано, що для утворення складних органічних молекул, які передують виникненню життя, необхідні наступні умови: наявність у складі небесного тіла всіх хімічних елементів, які входять до складу живого; відповідний температурний режим, що забезпечує перебування води у газоподібному і рідкому стані; відсутність кисню в атмосфері планети, бо за його наявності утворюється озоновий екран, що поглинає сонячний ультрафіолет, який, руйнуючи електронні оболонки атомів, дає їм змогу об'єднуватись у складні пе-редбіологічні молекулярні сполуки. Як тільки ці умови виконано, в силу добре відомих законів фізики та хімії негайно починається утворення складних органічних сполук. Тож напевне, початок життя на планеті Земля був цілком закономірним явищем, бо на ній реалізувалися всі необхідні початкові умови.

А от подальший перехід від переджиття до життя, а також його існування стали можливими за підтримання стабільними впродовж мільярдів років цілком певних характеристик зовнішнього середовища. І ця умова також реалізувалась на Землі.

Є три особливості, які роблять Землю унікальною серед інших планет: віддаль від Сонця, розміри і (що, можливо, менш істотно) відносно велика маса природного супутника Місяця. Всі три характеристики виявились важливими для існування і розвитку життя.

Земля знаходиться від Сонця на дуже зручній віддалі -149 600 000 км. Саме на цій відстані середня температура на поверхні така, що дозволяє воді, яка входить до складу тіл живих істот, знаходитись у рідкому стані, а не у вигляді льоду чи водяної пари.

Якби Земля знаходилась на місці Венери, то велика кількість радіації від Сонця врешті-решт зробила б її схожою на Венеру з потужною атмосферою з вуглекислого газу і занадто високою для існування життя температурою.

Якби Земля перемістилась на орбіту Марса, то зменшення кількості сонячного тепла викликало б охолодження океанів і збільшення площі полярних шапок, що зрештою перетворило б її на неконтрольований холодильник з занадто низькою для існування життя температурою.

Відносно розмірів також зрозуміло. За більших розмірів Земля мала б більшу масу, і більшу силу тяжіння. Тоді її атмосфера нагадувала б атмосферу планет-гігантів - Юпітера чи Сатурна - і для життя була б непридатною. За менших розмірів і маси, як у Меркурія, Земля взагалі не могла б утримати атмосферу.

Таким чином, розміри і відстань від центрального світила - це два вирішальних фактори з точки зору умов для існування життя (в кожному разі, схожого на земне).

Щодо Місяця з його відносно великою масою, то, по-перше, високі припливи і відпливи на морському узбережжі, які він викликає, могли зіграти вирішальну роль в утворенні мікросередовищ, придатних для існування життя; по-друге, Місяць стабілізує орієнтацію осі обертання Землі, що надзвичайно важливо для підтримання більш-менш постійного клімату.

До цього треба додати важливість планет-гігантів, особливо Юпітера, у Сонячній системі. їхня наявність сприяє стабілізації орбіти Землі, без чого вона могла б бути викинутою за межі планетної сім'ї або впала б на Сонце. До того ж Юпітер як наймасивніша планета в Сонячній системі притягає до себе основну масу метеоритів, які могли б повністю зруйнувати поверхню Землі.

3. Про імовірність існування життя на інших планетах. З усього сказаного вище можна зробити дуже важливий висновок: формування переджиття - процес, властивий не тільки Землі.

Оскільки закони фізики і хімії універсальні для усього видимого Всесвіту, на будь-якій планеті, знаходиться вона у Сонячній системі чи в якійсь іншій зоряній системі, за наявності відповідних умов повинні йти схожі процеси. Неорганічне утворення органічних, нехай і простих, сполук з подальшим їхнім ускладненням - це повсюдний космічний процес.

У Всесвіті є всі передумови для того, щоб ми не вважали існування життя та розуму на Землі чимось винятковим. Інша справа -наскільки ймовірно знайти у Всесвіті планети, де б реалізувались умови, подібні до земних. В даному випадку не будемо розглядати можливі екзотичні форми життя, такі як життя на нейтронних зорях, організація галактики в живу систему, життя у величезних міжзоряних хмарах тощо.

4. Де у Всесвіті шукати планети, придатні для життя? Дослідження показують, що більшість зір у нашій Галактиці входять до складу кратних систем. Це свідчить про те, що у більшості випадків протозоряна хмара, в якій іде формування зорі, розбивається на фрагменти так, що утворюється одразу кілька об'єктів. Досить часто розподіл мас між ними буває дуже нерівномірним.

Іноді поряд з масивним тілом утворюється одна чи дві невеликі зорі, що мають вигляд червоних карликів. Прикладом слугує вже згадувана потрійна система а Кентавра. А іноді у залишків речовини, яка не пішла на утворення основної зорі, маса така маленька, що з них можуть утворитися тільки планети - одна чи декілька.

Ясна річ, що не кожна зоря варта уваги з точки зору пошуків біля неї планет, на яких могло б виникнути життя. Знаючи, що для еволюції життя від найпростіших до найвищих форм потрібні величезні проміжки часу, принаймні 3-4 млрд років, відкиньмо у пошуках гарячі білі та блакитні зорі, які не здатні прожити більше 4 млрд років. Адже навіть якщо у них є планетні системи, через короткий строк життя зорі майбутнього для них не існує.

Зорі набагато меншої маси, ніж Сонце, також погані кандидати для пошуків. Щоб отримати потрібну кількість тепла від такої зорі, планета повинна знаходитись до неї набагато ближче, ніж Земля до Сонця. Наприклад, від зорі Барнарда, другої за віддаленістю від Сонячної системи (6 св. p.), планета мусить знаходитись на віддалі 1 млн 300 тис. км. Це лише втричі далі, ніж Місяць від Землі!

За таких близьких відстаней виникають значні труднощі, бо планета, як і Місяць, завжди буде обернена до свого Сонця одним боком. За розрахунками, це повинно значно уповільнити утворення складних хімічних сполук. Та, врахувавши величезний строк життя карликових зір - 100-150 млрд років, погодьмось: у такому далекому майбутньому все можливе. Тільки зараз шукати там життя не має сенсу.

Отже, варто шукати планети тільки біля зір, схожих на Сонце. А їх серед 400 млрд зоряного населення нашої Галактики за підрахунками налічується до 28 млрд. Навіть якщо ми відкинемо ті з них, які знаходяться в центральних районах зоряної системи, оскільки смертоносний рівень радіації, який там панує, знищить життя в самому зародку - все одно на околицях їх залишиться кілька мільярдів. То ж ми начебто маємо надії!

5. Оптимістичні прогнози. Побачити планети біля інших зір дуже важко, бо їхня яскравість набагато менша, ніж яскравість основного світила. Та все ж є кілька методів, які дозволяють виявити наявність планет, навіть не бачачи їх. Основним серед них є метод проме невих швидкостей, який за сучасних методик дозволяє реєструвати коливання променевої швидкості зорі навіть у 3 м/с за рахунок наявності невидимого компонента.

Використовуючи цей метод, 1995 р. два швейцарських дослідники М. Майор і Д. Квелоц оголосили про відкриття першої позасонячної планети. Планета масою 0,47 маси Юпітера знаходиться біля непримітної зорі 51 Пегаса і обертається навколо неї з періодом лише 4,2 земних доби. Відтоді до кінця XX ст. було відкрито близько п'яти десятків планет біля зір у радіусі до двохсот світлових років від Сонця. Для пошуків використовуються найпотужніші сучасні наземні оптичні телескопи, такі як 10-метрові «Кек-І» і «Кек-ІІ» та інші.

До пошуків планет підключаються все нові й нові групи дослідників, їм виділяється час на найпотужніших телескопах Землі. Так що немає сумніву - цей список найближчими роками збільшиться в кілька разів. Цей факт свідчить про те, що планетні системи в космосі вельми поширені. На жаль, поки що всі нововідкриті планети подібні до пла-нет-гігантів Сонячної системи, але, напевно, серед них повинні бути і подібні до Землі. Для їхнього пошуку потрібні нові підходи, нове обладнання; роботи в цьому напрямку вже проводяться. Ідуть експерименти в області оптичної інтерферометри, розглядаються проекти потужних космічних інтерферометрів.

Разом з тим продовжують плануватися роботи за програмою SETI (від англ. - «пошук позаземного розуму»), започатковані ще 1960 р. Ф. Дрейком під більш претензійною назвою СЕТІ - «зв'язок з позаземним розумом». І якщо спочатку пошуки велися в основному в радіо- і оптичному діапазоні, то тепер щораз більша увага приділяється рентгенівському і гамма-діапазо-нам, як таким, що мають високу здатність передавати велику кількість інформації за одиницю часу. Винесення за межі атмосфери рентгенівських та гамма-приймачів вирішує проблему прийому та передачі сигналів на цих частотах. Окрім цього, можливо, у XXI ст. будуть використовуватися й інші канали зв'язку, такі як нейтрино і гравітаційні хвилі. Обидва канали відзначаються великою проникною здатністю: інформація майже не розсіюється в просторі, а отже, без значних втрат може доносити послання до адресата через колосальні відстані міжзоряного, і навіть міжгалактичного простору.

6. Песимістична точка зору. Але серед дослідників є й такі, хто досить скептично оцінює імовірність знайти життя і розум у Всесвіті. Адже мало того, що всі відомі позасонячні планети мають занадто великі маси, вони ще і рухаються по занадто витягнутих орбітах, що призводить до коливань температур, які виходять за межі припустимого для збереження життя. І скоріше за все Сонце з його планетною системою, де колові орбіти акуратно вкладені одна в одну, і сама Земля -це екстраординарна рідкість у Всесвіті.

У своїх доказах, окрім багатьох інших аргументів, вони спираються також на дані спектральних досліджень околиць нашої Галактики. Ці дослідження вказують на бідність вмісту в зорях їхнього зоряного населення таких необхідних для виникнення життя елементів, як залізо, магній і кремній. Ці елементи, утворюючись в ході термоядерних реакцій, розсіюються із надр зір під час їхніх вибухів. Але такі вибухи є величезною рідкістю на межі нашої зоряної системи.

Таким чином, Земля, на якій є не просто життя, а життя розумне, уявляється унікальним витвором природи і чи не єдиним носієм того дивовижного збігу космічних обставин, що забезпечили появу життя і розуму. І якщо Молочний Шлях справді позбавлений присутності інших представників розумного життя, то важливо робити все, щоб зберегти його бодай на Землі.