Следующие 500 лет: Как подготовить человека к жизни на других планетах - Кристофер Мэйсон

К 2016 г. «Кеплер» позволил каталогизировать более 1200 экзопланет, 40 % из которых схожи по составу с Землей. Многие из этих планет находятся в зоне Златовласки. Есть даже планетная система, которая находится всего в 40 световых годах от нас и является воплощением наших самых смелых научно-фантастических фантазий. В ней семь планет размером примерно с Землю, на большинстве из них может быть вода в жидком состоянии. Эта система называется TRAPPIST-1. Еще одна условно пригодная для обитания экзопланета находится в системе нашей ближайшей соседней звезды, Проксимы Центавра. Она удалена от нас всего на 4,2 светового года, и на нее можно отправить зонды. Там человек может найти воду в жидком состоянии прямо на поверхности.

Учитывая эти открытия, в 2018 г. NASA запустило аппарат для исследования транзитных экзопланет (TESS). Его цель – поиск планет, от скалистых малышек до огромных газовых гигантов. Если все пойдет по плану, TESS за время работы может обнаружить порядка 20 000 экзопланет, в том числе 17 000 экзопланет крупнее Нептуна, около 500 планет размером с Землю. В Лаборатории реактивного движения NASA ведется учет найденных экзопланет, а также подсчет планет, находящихся в зоне обитаемости. К XXI в. архив экзопланет Калифорнийского технологического института содержал данные о более чем 4200 объектах[28], 360 из которых находились в зоне обитаемости. Это подводит нас к новым вопросам: сколько всего существует планет? есть ли на какой-нибудь из них жизнь?

Дрейк, Ферми и великий фильтр

Одно из первых уравнений для оценки вероятности существования жизни во Вселенной предложил Фрэнк Дрейк в 1961 г., и теперь его называют уравнением Дрейка. Оно позволяет прикинуть количество внеземных цивилизаций, способных к коммуникации, и строится на идее о том, что если разумная жизнь существует, то она может обладать теми же технологиями, что и мы, и мы сможем установить контакт с ее представителями:

N = R* × fр × ne × fl × fi × fc × L.

Из этого математического выражения следует, что число разумных цивилизаций, готовых к вступлению в контакт (N), равно количеству звезд, образующихся за год в нашей галактике (R*), умноженному на долю солнцеподобных звезд с планетами (fp), количество планет в каждой звездной системе с подходящими для жизни условиями (ne), долю планет, на которых действительно появляется жизнь (fl), вероятность возникновения разумных форм жизни на планете, где есть жизнь (fi), долю планет, где жители способны на контакт и ищут его (fc), и время, в течение которого разумная жизнь отправляет обнаружимые сигналы в пространство (L).

Многие из первых оценок были откровенно спекулятивными, особенно если учесть, что уравнение было составлено до обнаружения экзопланет. Однако новые исследования и уточнения уравнения Дрейка в XXI в. привели некоторых ученых к мысли, что где-то во Вселенной практически наверняка существует жизнь. Согласно текущим оценкам, в год появляется 1,5–3 звезды, около которых может возникнуть жизнь, причем у каждой из них есть не менее одной планеты, и многие из этих планет пригодны для жизни, т. е. находятся либо в зоне Златовласки, либо близко к ней. Если исходить из таких цифр и того, что доля планет, на которых может возникнуть жизнь составляет 1/10 000, доля планет с разумной жизнью – 1/1 000 000, на контакт способны пойти 5 % разумных форм жизни, а жизнь существует по меньшей мере миллиард лет, то во Вселенной должно насчитываться 3,9 млн цивилизаций, от которых мы могли бы получить сигнал.

Но где же они? Этот вопрос заставил в 1950 г. физика Энрико Ферми назвать данную ситуацию парадоксом. Если подобные оптимистические оценки вероятности существования внеземной жизни истинны, то они прямо противоречат полному отсутствию следов ее существования. Возможно, разумные гуманоидные формы жизни чрезвычайно редки, либо же цивилизации других планет недолговечны из-за войн или ограниченности ресурсов (так называемый Великий фильтр), либо они коммуницируют в каком-то другом спектре, который мы пока не можем постичь. Помимо прочего, эти цифры могут быть попросту сильно завышенными. После корректировки лишь некоторых из них в консервативном ключе (уменьшения в 10 или 1000 раз) вероятность встретить инопланетян, с которыми мы когда-либо смогли бы связаться, резко снижается до 0,000001 %.

Сигер, биосигнатуры и спектр

Другим решением этого вопроса является уточнение уравнения с учетом того, что мы знаем о жизни. В 2013 г. доктор Сара Сигер, ведущий физик-планетолог Массачусетского технологического института, предложила новый подход и уравнение, аналогичное исходному уравнению Дрейка. Уравнение Сигер ориентировано на оценку вероятности обнаружения признаков жизни на экзопланетах по характерным газам-биосигнатурам. Согласно ему, количество планет с определяемыми биосигнатурами (N) равно:

N = N* × fQ × fHZ × fO × fL × fS,

где N* – количество звезд в выборке, FQ – доля спокойных звезд, FHZ – доля каменистых планет в зоне обитаемости, FO – доля наблюдаемых планетных систем, FL – доля обитаемых планет, FS – доля планет с обнаружимыми спектроскопическими биосигнатурами. Это уравнение добавляет в поиск жизни обнаружение продуктов жизнедеятельности.

Хотя некоторые из этих членов выведены из смежных планетологических работ и из уравнения Дрейка, есть и совсем новые. Например, доля планет с биосигнатурами и степень «спокойствия» звезды. Активные звезды часто характеризуются сильным ультрафиолетовым излучением, что приводит к быстрому разложению биосигнатур и затрудняет поиск жизни. Первая проверка уравнения в 2013 г. показала, что пока пригодных для жизни планет всего две (включая Землю) – прямо скажем, совсем немного. Тем не менее поиск новых экзопланет продолжается, а вместе с ним повышается точность оценок и надежность измерений. Кроме того, наши знания об экзопланетах ограничены данными по крошечному, уже исследованному фрагменту галактики. Поэтому в XXI в. сложно добиться достоверности оценок.

Космические телескопы TESS и «Джеймс Уэбб», несомненно, обнаружат еще больше экзопланет, многие из которых будут находиться в зоне обитаемости, а некоторые окажутся достаточно пригодными для жизни. Кроме того, мы можем открыть новые биосигнатуры. Например, если бы инопланетная раса наблюдала за Землей, то кислород стал бы одним из явных маркеров биохимического или биологического процесса. Дело в том, что кислород в свободном состоянии во Вселенной редок. Он обладает высокой химической активностью и в большинстве экосистем надолго не задерживается. В земной атмосфере на кислород приходится 21 %, а значит, он должен вырабатываться на постоянной основе в результате химического или биологического процесса.

Ключевым фактором является не только наличие определенных газов, но и их количество и связанные с ними закономерности. На Земле уровень углекислого газа регулярно понижается и повышается, поскольку в течение одного полугодия Северное полушарие и «зеленые легкие» (особенно в Азии и Северной Америке) поглощают больше CO2, а в течение другого меньше. Подобная динамика на экзопланетах должна быть поводом для их более пристального изучения. Поколенческие корабли полетят в первую очередь туда, где будут обнаружены биосигнатуры. Именно там мы можем обнаружить совершенно новый разумный вид с иной, чем у нас, историей. Единственный способ узнать, правда это или нет, – покинуть родной дом и отправиться на разведку.

Казус Титана

Сейчас вопрос заключается уже не в том, сможем ли мы найти экзопланеты или могут ли найтись во Вселенной обитаемые планеты кроме нашей, а в том, какие из них следует выбрать в качестве целей для заселения. Точно так же и в генетике речь идет уже не о возможности модификации генов для лечения болезней (это уже делается), а о том, какие гены нужно модифицировать или синтезировать. С 2000 по 2300 г. многие разработки будут направлены на создание самодостаточных баз на Марсе с полным жизнеобеспечением. Но это всего лишь этап в истории человечества, сравнимый со студенческой скамьей, когда вы покидаете родной дом, уезжаете далеко, где не приходится рассчитывать на мгновенную помощь родителей,