Великое молчание: наука и философия парадокса Ферми - Милан М. Чиркович

в том, что Млечный Путь мог время от времени вести себя подобно сейфертовским галактикам, в ядерных областях которых происходят драматические взрывные процессы, сопровождающиеся мощным выделением энергии в виде как электромагнитного излучения, так и космических лучей. При некоторых дополнительных допущениях такие вспышки галактического ядра могли бы стерилизовать все зарождающиеся биосферы на планетах земного типа, заставляя тем самым биологическую эволюцию там начинаться с чистого листа. Поскольку время прохождения этого стерилизующего излучения было бы равно — или, по крайней мере, сопоставимо — с временем прохождения света через Галактику, стерилизации были бы тесно коррелированы на протяжении всей истории Галактики. Хотя физический причинно-следственный механизм, как мы теперь знаем, не работает, сама идея о том, что конкретное событие может коррелировать астробиологическую эволюцию во всей материнской галактике, осталась сутью астробиологического фазового перехода.23)

Последующие исследования показали, что ситуация гораздо сложнее. Если говорить кратко, существует три типа воздействия галактических гамма-всплесков на биосферы: (1) прямое воздействие ионизирующих фотонов; (2) прямое воздействие космических лучей, ускоренных в гамма-всплеске; и (3) долгосрочное воздействие гамма-всплесков на химию атмосферы и климат. Кроме того, если гамма-всплеск происходит очень близко, может иметь место, как и в случае близких сверхновых, непосредственное выпадение вещества; поскольку подмножество потенциальных биосфер, расположенных так близко к гамма-всплеску, безусловно, очень мало, я пренебрегу здесь этой возможностью. Что касается первого класса эффектов гамма-всплесков, все они будут сильно ослаблены планетными атмосферами и в еще большей степени — океаническими водами. Хотя УФ-составляющая поступающих фотонов, проходящая сквозь атмосферу, подобную земной, несомненно, нанесла бы экологический ущерб и даже привела бы к разрушению пищевых цепочек во всей пострадавшей биосфере, кажется маловероятным, что таким образом можно было бы достичь сильного астробиологического «сброса». Более подходящим кандидатом был бы второй класс эффектов гамма-всплесков, поскольку высокоэнергетические космические лучи и их вторичные продукты, особенно атмосферные мюоны, проникают в воду и даже в горные породы на глубину в несколько километров.24 Однако флюенс космических лучей, создаваемый гамма-всплесками, по сей день остается весьма неопределенным, как и степень анизотропии их ускорения. Биосферы, сталкивающиеся с узкоколлимированными джетами космических лучей, скорее всего, переживут биотический катаклизм, но нам нужны как более подробные модели экологических последствий, так и лучшее астрофизическое понимание, чтобы установить, насколько часто это происходит в типичной галактике L*.

Важность третьего класса эффектов ГВ представляется бесспорной — лабораторные эксперименты, атмосферные ядерные испытания и все исследования озонового слоя подтверждают, что мощные ионизирующие потоки приводят к образованию оксидов азота (в общем виде обозначаемых как NOx), которые эффективно разрушают озоновый слой и ведут к длительному воздействию на поверхность планеты звездного УФ-излучения с пагубными последствиями для многих живых видов.25

По-видимому, этот вопрос можно было бы решить, обратившись к прошлому Земли — подобно тому, как оценивают риск столкновения на основе истории импактных событий на Земле. Однако в случае космических взрывов мы сталкиваемся с непреодолимыми трудностями. Именно отчаяние, вызванное отсутствием следов причинно-следственного механизма, изначально побудило Отто Шиндевольфа предположить, что близкий взрыв сверхновой стал причиной массового вымирания в конце пермского периода.27 В течение довольно долгого времени эта идея недооценивалась в биологическом и геолого-географическом сообществах,28 и возродилась лишь совсем недавно, после того как были установлены масштабы и астрофизическое значение космических взрывов. Как подчеркивается в недавней статье,29

Существует очень высокая вероятность (но не уверенность) того, что за последние 5 гигалет по крайней мере один смертоносный гамма-всплеск произошел достаточно близко к Земле, чтобы нанести значительный ущерб жизни. Существует 50%-я вероятность того, что такой смертоносный гамма-всплеск произошел за последние 500 × 10⁶ лет, вызвав одно из крупнейших массовых вымираний.

Эдриан Мелотт и его коллеги выдвинули гипотезу о том, что позднеордовикское массовое вымирание (один из эпизодов «Великой пятерки») было вызвано гамма-всплеском.30 Хотя это привлекло большое внимание и стимулировало дальнейшие исследования, пока еще слишком рано утверждать, что эта связь действительно существует. Конечно, в докембрийском суперэоне исчезают даже те скудные эмпирические свидетельства, на основании которых мы могли бы судить о событиях и их причинах. Поскольку докембрий охватывает примерно шесть седьмых истории жизни на Земле, неизбежно, что большая часть даже потенциально различимых доказательств утеряна; это усугубляется ключевым допущением гипотезы астробиологического фазового перехода о том, что потенциально смертоносные события в прошлом происходили чаще. Даже в случае гораздо более поздних событий однозначное выявление следов космического взрыва на Земле было бы дьявольски трудной задачей. В конце концов, ведутся серьезные споры о том, взрывалась ли сверхновая вблизи Земли в пределах тысяч лет;31 хотя это, вероятно, останется активной областью исследований на долгие годы, трудно представить, что реконструкция древних космических взрывов и их локального биотического воздействия когда-либо станет легкой задачей.

Предстоит проделать еще огромный объем работы, чтобы детально описать точные последствия космических взрывов для типичной биосферы в Галактике. Тем не менее представляется неизбежным, что по крайней мере некоторые из них время от времени подвергаются экстремальному экологическому стрессу из-за подобных взрывов в их астрономических окрестностях. Это составляет одно из слагаемых в общей функции риска, определяющей исход в Гигагоде опасной жизни; предлагаемое решение предполагает, что этот член фактически является доминирующим и что его эволюция определяет плотность биосфер со сложными формами жизни во всей Галактике — а в конечном счете определяет и плотность разумных наблюдателей. По мере того как частота катастроф снижается с космическим временем, окно возможностей для возникновения сложных форм жизни и разумных наблюдателей становится шире. В конечном итоге это приводит к появлению тех биосфер, в которых развиваются разумные наблюдатели и их технологические цивилизации, способные защитить себя от будущих «сбросов».

Таким образом, астробиологический фазовый переход приводит к ситуации, схематично изображенной на рисунке 6.1, где мы находимся внутри временного окна «фазового перехода» — из практически мертвого места Галактика заполнится разумной жизнью на временной шкале порядка tFH. Итак, главная проблема заключается в том, можно ли гарантировать, что этот переход будет достаточно резким. Возможно, для объяснения наблюдаемого Великого молчания в Млечном Пути требуется некоторая тонкая настройка.32 Еще предстоит выяснить, лучше это или хуже, чем степень тонкой настройки, необходимой в других объяснительных гипотезах для StrongFP (сильный парадокс Ферми).

В целом время перехода должно быть порядка шкалы времени Ферми — Харта. При малых значениях tFH (тех, что получаются при использовании самовоспроизводящихся зондов) трудно получить достаточно резкий переход. Если зона летальности меньше всей ГЗО, это потребует синхронизации сбросов, что

Рисунок 6.1. Очень упрощенная схема гипотез фазового перехода: соответствующим образом