Scisne?

Астробиология

Дмитрий Вибе

Комментарии: 0

Астроном Дмитрий Вибе о марсианских деревьях, трудностях в определении жизни и органических соединениях в космосе.

Одной из основных проблем, которые всегда считались связанными именно с астрономией, является проблема поиска жизни во Вселенной вообще и поиска братьев по разуму в частности. До определенного момента считалось, что обнаружение жизни и разума во Вселенной ― это вопрос времени, потому что никого особенно не интересовало, как рождается жизнь, каковы физиологические детали этого процесса. Это считалось само собой разумеющимся. Но пришел XX век, и люди начали пытаться подходить к этой проблеме уже с более научной точки зрения.

Известны работы академика Опарина, связанные с первыми мыслями о зарождении жизни на Земле. Известны эксперименты Миллера ― Юри, в которых были произведены попытки объяснить появление органического вещества на молодой Земле. Сегодня вся долгая история исследований рождения жизни и эволюции разума суммировалась в понятии астробиологии. В современной науке это, скажем так, легитимный термин, официально одобренный Международным астрономическим союзом.

Но история его на самом деле достаточно длительная. И вероятно, первым термин «астробиология» использовал советский ученый Гавриил Адрианович Тихов, который в 1953 году выпустил книжку именно с таким названием. Она называлась «Астробиология». Но во времена Тихова в это понятие вкладывался совершенно иной смысл. Это была романтическая эпоха, когда предполагалось, что до установления контакта с марсианами остались какие-то считаные годы, а может быть, даже и месяцы. И для Тихова это был термин, связанный с исследованиями марсианской растительности. Вопрос о том, существует она или нет, перед Тиховым не стоял. Его интересовали ее свойства. Он считал, что сезонные изменения окраски участков марсианской поверхности — это сезонные изменения на марсианских деревьях. Он посвятил этому значительную часть своих исследований, придумал термин «астроботаника», и термин «астробиология» тоже появился в одной из его публикаций.

Однако этот романтический период закончился, когда к Марсу полетели космические аппараты и стало ясно, что ни о какой растительности на Марсе речи не идет. Правда, начало космических полетов по Солнечной системе положило начало некому новому романтическому периоду, когда было убеждение, что растительность ― это вообще неинтересно, потому что мы вот-вот вступим в контакт если не с марсианами, то по крайней мере с какими-то другими представителями внеземных цивилизаций. В космическое пространство отправлялись послания, и казалось, что контакт — это дело самого ближайшего будущего. Возникла концепция CETI (communication with extraterrestrial intelligence). Но они что-то все не летели и не летели, контакт с ними все не устанавливался и не устанавливался.

Коммуникации с внеземными цивилизациями были заменены на термин SETI ― поиск внеземных цивилизаций. Он, в общем, тоже пока ни к каким ощутимым результатам не привел. И в этом отношении современный подъем астробиологии можно считать итогом последовательных разочарований, когда сначала стало ясно, что нет никакой высокоразвитой жизни на ближайших к нам планетах, потом стало ясно, что с внеземными цивилизациями тоже все происходит не очень радужно. И возник вопрос: а что вообще мы можем пытаться узнать с точки зрения жизни на других телах Солнечной системы или где-то еще во Вселенной, на что мы можем надеяться? В попытках ответить на эти вопросы возникла мультидисциплинарная область наук, которая получила совокупное название «астробиология».

На самом деле нет какого-то единого мнения, чем именно занимается астробиология. И если посмотреть один из популярных современных научных журналов, который так и называется ― Astrobiology, то они принимают статьи, посвященные и рождению жизни, и каким-то особенным проявлениям жизни на Земле, и планетарной защите, что к биологии вообще имеет мало отношения, и терраформированию, то есть приспособлению других тел Солнечной системы для более комфортного обитания человека. Но если все-таки говорить о каких-то магистральных проблемах, то астробиология пытается ответить, наверное, на три основных вопроса. Один из этих вопросов — какие условия привели к появлению жизни на Земле? Второй вопрос — возможно ли появление жизни при каких-то других условиях? И третий вопрос — насколько часто такие условия встречаются во Вселенной? Являемся ли мы каким-то уникальным образованием во Вселенной или же все-таки у нас есть надежда, может быть, не братьев по разуму встретить, но по крайней мере найти какую-то простую жизнь, желательно, конечно, в Солнечной системе, потому что перспективы межзвездных полетов — это пока достаточно туманная вещь. И конечно, необходимо ответить на вопрос «А что мы должны искать?».

Здесь есть одна очень большая проблема, связанная с тем, что в наших поисках жизни во Вселенной нам довольно сложно очертить круг поисков, потому что мы не знаем, точнее, не умеем толком сформулировать, что такое жизнь. То есть понятно, что на Земле обитают живые существа: мы, разнообразные животные, микроорганизмы. Но везде ли и всегда ли мы сможем наблюдать именно такие проявления жизни или нам нужно искать еще какие-то признаки? На этот вопрос тоже нужно искать ответ.

Что мы на сегодняшний день можем сказать? Земная жизнь основана на углероде. Земная жизнь ― это химия углерода. Земные живые организмы состоят из углерода, водорода, кислорода, азота, что совершенно неудивительно: это самые распространенные элементы во Вселенной. То есть жизнь на Земле не стала умничать, она сформировалась из того, чего было больше всего. Из этих соображений представляется, что, наверное, и на других телах и в Солнечной системе, и за ее пределами мы должны искать главным образом углеродную жизнь. Хотя имеются некоторые соображения по поводу того, что жизнь может быть основана и на какой-то другой химии. Но нужно понимать, что во Вселенной других элементов, например кремния или фтора, просто существенно меньше, чем этой четверки (водород, кислород, углерод, азот).

В последнее время нам стало ясно из многочисленных наблюдений, что те органические соединения, которые составляют основу земной жизни и для объяснения происхождения которых как раз в 1950-е годы проводились эксперименты Миллера ― Юри, во Вселенной присутствуют в очень большом количестве. Сейчас мы знаем, что и в Солнечной системе очень большое количество органических соединений, и они наблюдаются на других телах Солнечной системы, они падают на Землю вместе с метеоритами.

Наблюдения межзвездной среды позволили нам выяснить, что органических соединений очень много и в межзвездном пространстве. То, что раньше казалось обязательным атрибутом химии, происходившей на поверхности Земли под какими-нибудь внешними воздействиями, например грозы, солнечного света, лунных приливов, — эти процессы происходят и в межзвездном пространстве. То есть достаточно сложная органика могла попадать на Землю в готовом виде. Она не должна была синтезироваться на поверхности Земли. Сейчас мы, можно сказать, вплотную приблизились к тому, чтобы в межзвездном пространстве обнаружить простейшую аминокислоту глицин. И понятно, что то, что мы ее до сих пор не обнаружили, ― это проблема техническая, связанная со сложностью ее отождествления. Никаких препятствий к ее образованию в межзвездной среде нет.

Следующий важный вопрос, помимо, скажем так, сырья, исходного материала, — это источник энергии. Понятия о возможных источниках энергии у нас тоже в последнее время существенно расширились. Мы теперь знаем, что даже на Земле этим источником энергии необязательно должно быть Солнце. На Земле есть организмы, которые в Солнце не нуждаются, для того чтобы осуществлять свой жизненный цикл. И даже внутри Солнечной системы мы знаем тела, на которых возможно существование другого источника энергии. Самые популярные из этих тел — это спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад. Мы знаем теперь, что приливное воздействие Юпитера и Сатурна способно разогревать недра этих тел до достаточно высокой температуры, чтобы на их поверхности существовала жидкая вода. Я уже говорил о том, что органики в Солнечной системе очень много. Даже в Солнечной системе есть тела, на которых присутствует вода, источник энергии и соединения углерода. То есть это три ингредиента, которые, как нам кажется, необходимы для зарождения жизни.

Конечно, главный вопрос — есть ли жизнь на Марсе? Марс очень долгое время считался чуть ли не двойником Земли, на котором тоже существует высокоорганизованная жизнь. Но, к сожалению, Марс оказался в этом отношении разочарованием, потому что никаких признаков жизни, хоть сколько-нибудь незначительной, на его поверхности обнаружить не удалось. Но здесь тоже есть некоторая надежда, потому что мы пока не можем проникнуть в недра Марса. То есть мы знаем, что жизни нет на его поверхности, но что происходит на некоторой глубине ― мы сказать не можем. На Марсе очень холодно, но опять же на Земле нам известны организмы, которые в состоянии если не активно существовать, то хотя бы сохраняться при очень низких температурах.

Это тоже стало открытием последнего времени, что те условия, которые нам на Земле кажутся комфортными, далеко не всем земным организмам необходимы. У нас есть организмы, которые способны существовать в намного более кислой среде, в более щелочной среде, при очень высоких температурах. Все они в совокупности называются экстремофилами. В общем, условия обитания этих микроорганизмов не то чтобы совпадают с условиями на других телах Солнечной системы, но где-то становятся более близкими к ним.

Конечно, это оставляет открытым вопрос о возможности существования высокоорганизованной жизни, потому что микроорганизмы ― это хорошо, но конечная цель ― чтобы все-таки можно было поговорить. В этом отношении Солнечная система кажется бесперспективным местом, и мы поневоле обращаем свой взор на другие планетные системы. Благо, их сейчас известно уже очень большое количество. Что очень важно, мы начинаем открывать тела, которые по своим размерам близки к Земле. То есть мы можем надеяться на близость физических свойств. Одно из необходимых условий появления жизни, как нам сейчас кажется, ― это наличие твердой поверхности. Мы знаем планеты, которые должны обладать твердой поверхностью. И многие из этих планет попадают в так называемую зону обитаемости (это интервал расстояний от родительской звезды, в пределах которого на поверхности планеты возможно существование жидкой воды). Мы начинаем находить тела, на которых есть источник энергии, на которых может существовать жидкая вода. Опять же, во Вселенной нет недостатка в органике, ее везде очень много.

Допустим, на какой-то из этих планет возникла жизнь, допустим, она развилась до достаточно высокой степени ― что мы должны видеть? Какая у нас есть надежда обнаружить какие-то признаки этой жизни? И ответ на этот вопрос — это тоже тема астробиологии. Существует некоторое количество так называемых биомаркеров, то есть веществ, которые, как мы сейчас считаем, присутствуют в атмосфере при условии, что на поверхности планеты существует жизнь. Это молекулярный кислород, это метан. Молекулярный кислород ― это химически активное вещество. Метан очень хорошо разлагается излучением. И для того, чтобы они присутствовали в атмосфере, необходим постоянный источник. На Земле этим источником являются живые организмы. У нас возникает искушение сказать, что если мы где-то, например на Марсе, обнаружили метан, то это тоже очень существенный признак того, что на Марсе или на каком-то другом теле существует жизнь.

Но одна из задач астробиологии состоит в том, чтобы не только возбуждать такие надежды, но и при необходимости их развенчивать. И существует значительное количество публикаций, связанных с тем, что на самом деле и молекулярный кислород может возникать в атмосфере небиологическим путем, и источником метана необязательно являются живые существа. То есть работы в этом отношении еще очень много. Но есть надежда, что когда-нибудь мы сможем применять астробиологические познания на практике к какой-нибудь другой планете, на которой нами тоже будет обнаружена жизнь.

Дмитрий Вибе, доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН.

ПостНаука
Комментарии: 0