107. Как жизнь начиналась?

Определение жизни трудное, но выглядит приблизительно так: жизнь это самоподдерживающаяся химическая система, способная следовать дарвиновской эволюции.

Нет сомнения, что жизнь может возникнуть во Вселенной. Посмотрите в зеркало. В Большом взрыве Вселенная была безжизненной; теперь, по крайней мере, она содержит нас.

Вселенная началась с атомов водорода (самого простого) и гелия (самого некоммуникабельного, чтобы соединяться с другими атомами). Этого недостаточно, чтобы строить сложные биомолекулы.

Ядерный синтез в звездах создал атомы более тяжелых элементов, наиболее существенные — углерод, кислород и азот. Из них возможно образование сложных «углеводородов».

Такие «органические» молекулы, среди которых, возможно, есть аминокислоты, найдены всюду в межзвездном пространстве. Они — стандартные блоки жизни.

В лужицах воды, под защищающим небом, возникли первые самовоспроизводящиеся молекулы на новорожденной Земле. Как это произошло, точно неизвестно.

Первой (вероятно) появилась простая РНК (рибонуклеиновая кислота), и только позднее — комплекс ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Первая репликация «клетки» произошла позже.

Со временем популяции организмов изменились, имеющие оптимальные черты для выживания оставили большее потомство (эволюция путем естественного отбора).

Жизнь на Земле возникла быстро, почти сразу, так как на новорожденной Земле было достаточно прохладно. Подразумевается простой шаг от нежизни к жизни (пока невозможный в лаборатории).

Нужно: молекулярные строительные блоки жизни, энергия для реакций между ними, растворители, такие как вода, в которой реакция может произойти…

Молодая Земля, подвергавшаяся бомбардировке кометами, нагруженными молекулярными строительными блоками жизни, такими как аминокислоты, видимо, была идеальной средой.

Могла бы существовать жизнь без воды? Может быть. Тем не менее вода является наиболее распространенной жидкостью во Вселенной. Уникальные свойства воды делают ее практически незаменимой.

Всегда ли жизнь основана на углероде? Может быть, и нет. Но углерод является 4-м наиболее распространенным элементом, его в 7 раз больше, чем кремния, который также имеет сложную химию.

 

108. Может ли жизнь существовать в другом месте в Солнечной системе?

Космос суров. Вакуум, холод и тепло, смертельное ультрафиолетовое (УФ) излучение и частицы высокой энергии — все это губительно для живых клеток.

Если слишком жарко, сложные молекулы распадаются, а если слишком холодно, химические реакции метаболизма идут слишком медленно. Кроме того, необходимо укрытие от частиц/излучения.

Безвоздушные миры, подобные Луне и Меркурию, почти наверняка безжизненны. То же верно для большинства миров в замороженной внешней части Солнечной системы.

В далеком прошлом Марс был гораздо больше похож на Землю, с толстой атмосферой, более высокими температурами и океанами. На Марсе могла возникнуть жизнь.

Марсианские микроорганизмы по-прежнему могут жить и сегодня в подземных карманах льда или воды, защищенных от суровых условий на поверхности.

Ответ должен прийти от будущей миссии по сбору марсианских образцов (Martiansample). Нахождение второй биологии — биологических структур, жизни на Марсе будет важным открытием.

При определенной толщине атмосферного слоя Венеры и Юпитера бактерии могут выжить. Тем не менее трудно представить, как могла бы здесь возникнуть жизнь.

Спутник (луна) Юпитера Европа имеет покрытый льдом океан, источник энергии (приливы от планеты), биомолекулы от комет. Здесь могла бы существовать даже сложная жизнь.

То же может быть верно для Ганимеда, луны Юпитера, и Энцела да и Титана, лун Сатурна. Сложно и дорого будет установить, истинны ли эти предположения.

Нахождение «экстремофилов» — бактерий в скалах, темноте, перегретой воде и т. д. — подтверждает, что жизнь может процветать во многих местах в Солнечной системе.

Однако до сих пор ничего не найдено. Резонная мысль: во всей Вселенной только Земля — пока единственное место, извести как гавань жизни.

 

109. Может быть, жизнь пришла из космоса?

Не невозможно. Взять ближайший Марс. Меньше, чем Земля. Так, после его рождения, он остыл из расплавленного состояния быстрее нас.

Доказательства на марсианской поверхности — высохшие океаны и реки. В свои первые 500 млн лет Марс был раем. Жизнь там могла возникнуть.

Добавьте к этому тот факт, что мы находим метеориты с Марса на Земле, выбитые из красной планеты в результате сильных ударов и позже перехваченные Землей.

Поэтому есть вероятность, что «зародыши» микроорганизмов принесены на Землю внутри марсианских метеоритов. Мы все можем быть марсианами!

Идея транспортировки жизни между мирами — «планетарная панспермия» — это мейнстрим. Но идея транспорта между звездами является спорной.

Чандра Викрамасингх и позднее Фред Хойл заметили, что свет далеких звезд поглощается облаками. Зарегистрированная картина поглощения подобна спектру поглощения бактерий.

Викрамасингх и Хойл утверждали, что, как ни странно, газовые облака, плавающие между звездами, — кладбища бесчисленных мертвых бактерий.

Когда звезды и планеты сконденсировались из таких облаков, бактерии выжили во временно расплавленных ядрах комет. Некоторые ожили и размножились.

Когда комета ускоряется Солнцем, она может переносить бактерии на поверхность планет, таких как Земля. Забудьте марсиан мы могли бы быть детьми звезд!

«Межзвездной панспермией» можно объяснить, как жизнь так быстро началась на Земле, хотя пока ее невозможно создать из неживого в лаборатории.

Если Викрамасингх и Хойл правы, жизнь — космическое явление. Повсюду в галактике мы найдем жизнь на основе ДНК, подобную нашей.

Еще более экстремальный поворот: в 1970-е Френсис Крик и Лесли Оргел предположили, что жизнь на Земле (и в окружающей галактике) намеренно «посеяна» инопланетянами.

 

110. Уникальна ли наша Солнечная система?

Солнечная система имеет упорядоченную структуру: движение по орбитам всех планет происходит в одном направлении и, более или менее, в одной плоскости. Вероятно, это связано с происхождением системы.

Это привело философа Иммануила Канта (1724–1804) и астронома Пьера Симона Лапласа (1749–1827) к предложению «небулярной» гипотезы.

Идея: планеты конденсируются из плоского диска материи, закрученной вокруг новорожденного Солнца. Большой вопрос: вокруг других звезд произошло то же самое?

В 1980-х германо-американский инфракрасный спутник IRAS обнаружил звезды с избыточным количеством тепла (инфракрасного излучения), вероятно, от окружающих дисков пыли.

Для звезды Бета Живописца, в 63 световых годах от Земли, с телескопа на Земле было получено изображение диска. Вероятно, он содержит пыль/гальку.

В начале 1990-х Космический телескоп Хаббла обнаружил протопланетарные диски, окружающие зарождающиеся звезды в туманности Ориона. Диски оказываются распространенной историей.

Пыльные протопланетарные диски обнаружить легче, чем полностью сформировавшиеся планеты: они рассеивают свет звезды и также имеют инфракрасное свечение (тепловое излучение).

Очень молодые звезды могут быть окружены реальными протопланетарными дисками. У более старых звезд могут быть диски осколков от столкновений между большими телами.

Некоторые диски усеченные либо имеют пустые центры или щели вероятно, вызванные гравитацией больших тел, как промежутки (щели) в кольцах Сатурна.

Компьютерное моделирование предполагает, что газ и пыль в плоских вращающихся дисках, вероятно, соберутся в большие тела, формируя, в конечном счете, планеты.

Таким образом, все доказательства указывают в одном направлении: наша Солнечная система не уникальна, хотя другие планетарные системы могут быть менее упорядоченными, чем наша.

 

111. Что такое экзопланета?

«Экзо» означает «вне», т. е. вне нашей Солнечной системы. Планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца, тогда как экзопланеты — по орбитам других звезд.

Число планет в нашей собственной Солнечной системе: 8. Число известных и подтвержденных экзопланет (к весне 2011): более чем 500.

Экзопланеты трудно увидеть. Они маленькие, темные и находятся близко к родительской звезде. Они отражают только очень небольшую часть света звезды.

Таким образом, их прямое обнаружение практически невозможно. Поэтому большинство экзопланет найдено через их косвенное влияние на родительские звезды.

Орбитальная гравитация экзопланеты заставляет звезду колебаться. Трудно увидеть на небе (астрометрия), но довольно легко оценить в свете, идущем от звезды.

Звезда попеременно движется к нам и удаляется от нас. Результат: небольшое периодическое изменение в длине волны испускаемого звездой света (эффект Доплера).

Это позволяет рассчитать период обращения на орбите и удлинение орбиты, а также (если масса звезды известна), нижний предел для массы планеты.

В 1995 таким способом была найдена первая экзопланета, вращающаяся вокруг подобной Солнцу звезды: 51 Пегаса Ь, обнаруженная швейцарской командой во главе с Мишелем Майором.

Другой метод: если мы видим край орбиты — планета регулярно появляется у поверхности родительской звезды. Во время этих «появлений» звезда немного затемнена.

Если размер звезды известен, падение яркости позволяет рассчитать размер планеты. Зная массу (получена методом Доплера), можно найти плотность.

Чтобы видеть край орбиты, необходимо контролировать много звезд. Это делается космическим телескопом NASA Кеплер. К настоящему моменту обнаружено более 1200 кандидатов.

Святой Грааль: подобная Земле экзопланета, на подобной Земной орбите, вокруг подобной Солнцу звезды. Может содержать жизнь. Кеплер может обнаружить это в течение нескольких лет.

 

112. Какие самые странные экзопланеты обнаружены?

Почти все экзопланеты, найденные до настоящего времени, странны так или иначе. Экзопланеты демонстрируют изумительное разнообразие свойств.

Первые обнаруженные экзопланеты (1992) вращались вокруг пульсара (звездный труп, мертвая звезда). У них неясное происхождение. Никакая жизнь там невозможна из-за сильного рентгеновского излучения пульсара.

Первыми планетами, найденными вокруг подобных Солнцу звезд, были «горячие Юпитеры» — более массивные, чем Юпитер, но расположенные ближе к своим звездам, чем Меркурий к Солнцу.

Конечно, горячий Юпитер легче разыскать: массивные планеты на малых орбитах производят большие звездные колебания. Но теперь сотни из них известны.

Самая горячая экзопланета: WASP-12b, 2240 °C. Может медленно испаряться, как гигантская комета. Испарение наблюдается и с другой планеты, HD 209 458b.

Самая маленькая орбита: GJ 1214b (2,1 млн км). Самый короткий период: 55 Cancri е (17 ч 40 мин). Некоторые планеты имеют чрезвычайно сильно наклоненные или очень удлиненные орбиты.

У многих звезд есть системы двух или более планет. У 55 Cancri есть пять планет; Gliese 581 и Kepler-11 имеют по шесть.

Космический телескоп Кеплер даже нашел в качестве возможного кандидата систему с двумя планетами, находящимися на одной орбите, одна из которых движется на 60° позади другой.

Некоторые скалистые планеты так горячи, что у них должна быть расплавленная поверхность. Другие могут быть полностью покрыты океаном и горячей, парной атмосферой.

CoRoT-7b и Kepler-10b — скалистые планеты, немного более крупные и объемные, чем Земля. Орбиты обеих близки к их звезде, таким образом, они лава-планеты.

Gliese 581g наиболее крупная. Она также имеет маленькую орбиту, но ее родительская звезда — спокойный красный карлик, поэтому на ее поверхности могут быть озера или моря.

Теоретики думают, что некоторые экзопланеты могут состоять в основном из соединений углерода или железа/никеля, в то время как другие могут быть скалистыми без металлического ядра.

Эти экстра-солнечные системы очень отличаются от Солнечной системы. Планета, подобная Земле, с океанами и жизнью, движущаяся вокруг подобной Солнцу звезде, может быть редкостью.

 

113. Существует ли какой-нибудь способ, которым мы можем общаться с инопланетными цивилизациями?

В XIX в. ученые предложили общаться с марсианами, сажая деревья так, чтобы они образовывали геометрические фигуры, или разжигая большие огни в Сахаре.

В 1959 Джузеппе Коккони и Филип Моррисон в статье для Nature предположили, что 21-см радиоволны — лучший выбор для межзвездной коммуникации.

Год спустя Фрэнк Дрейк начал проект Озма (Ozma) Он настроился на звезды Эпсилон Эридана (Epsilon Eridani) и Тау Кита (Таи Ceti), чтобы искать искусственные радиосигналы.

С 1960 поиск внеземного разума, или проект SETI, становится более значимым. Но до сих пор сигнал от внеземных цивилизаций не обнаружен.

Мы послали также сообщения на космических кораблях — пластинку-послание на Пионере и Межзвездный Отчет на Вояджере — закодированные радиопослания к другим звездам.

Кроме того, радио- и телетрансляции превратили Землю в «естественный» излучатель сильных искусственных радиоволн. Они могут быть приняты инопланетянами.

Через проект SETI@Home Вы можете участвовать в поиске. Астрономы также производили поиск в области видимых длин волн (оптический SETI).

Непосредственная коммуникация, насколько нам известно, невозможна: даже для ближайшей звезды будет 8-летняя задержка между вопросом и ответом.

Язык тоже представляет проблему. Математики создали «универсальные языки», которые могли бы быть понятны инопланетянам, если они захотят приложить усилия.

Шансы на успех SETI зависят от числа подобных Земле планет; частоты существования на них жизни/разума; и т. д. Это все факторы, входящие в «уравнение Дрейка».

«Жуткая тишина» (термин, использованный Полом Дэвисом) может означать, что инопланетные цивилизации редки или даже не существуют. Мы могли быть отклонением.

Однако ученые, поддерживающие SETI, упорствуют — если вы не будете искать, то вы, конечно, ничего не найдете. И 50 лет это только миг для космического глаза.

 

114. Посещали ли нас инопланетяне?

В «2001: Космическая одиссея»: инопланетяне оставили «монолит», спрятанный на Луне, который доложен подать им сигнал, что человеческий род существует и может преодолевать космическое пространство.

Если космические сообщества инопланетян когда-либо возникали где-нибудь в нашем Млечном Пути, есть веский довод, что они должны были посетить нашу Солнечную систему.

Аргумент Энрико Ферми, итало-американского физика, который в 1942 построил первый ядерный реактор на заброшенной площадке для сквоша в Чикагском университете.

Ферми предложил самый легкий способ исследовать галактику — с помощью «самовоспроизводящихся зондов». Каждый летит к ближайшей звезде. Использует ресурсы для построения двух копий…

Такие космические зонды могут «инфицировать» галактику, подобно вирусу. Потребовалось бы всего несколько десятков миллионов лет, чтобы посетить все звезды в Млечном Пути.

Посещение всех планетарных систем Млечного Пути потребовало бы только приблизительно 0,1 % от этих 10 млрд лет, которые существует наша галактика.

«Парадокс Ферми»: если инопланетяне существуют в нашем Млечном Пути, они должны были встретиться на нашем пути. Бессмертные слова Энрико: «Где они?»

Некоторые говорят, что инопланетян нет, потому что мы — первая цивилизация, которая возникла. Мы обречены на космическое одиночество, и нам никогда не найти кого-либо для общения.

Существует другая возможность: убийца инопланетян уничтожает зарождающиеся цивилизации, подобные нашей, ИЛИ мы находимся в «детской зоне», недосягаемой для инопланетян.

Но отсутствие доказательств — не всегда доказательство отсутствия. Если инопланетяне посетили Землю, доказательства могли быть уничтожены погодой/геологией.

Наиболее вероятное место для инопланетных артефактов находится в мертвом мире Луны, где это может храниться целую вечность, — точно так же, как «монолит» в «2001».

Но 200 млрд млрд миллиардов км3 пространства в пределах орбиты наиболее удаленной планеты еще недостаточно исследованы, чтобы заявить, что инопланетян здесь не было.