К слову, самый распространенный тип экзопланет среди тех 4000, которые были обнаружены первыми (3/4 из них открыты с помощью метода транзитов), оказался совершенно непохожим на планеты Солнечной системы! Астрофизики называют планеты этого типа «суперземлями», тем самым подчеркивая, что они значительно больше Земли, но меньше Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Суперземлям, большинство из которых примерно в два раза больше нашей планеты, обычно требуется всего несколько месяцев, чтобы совершить оборот вокруг своей звезды. Фактически примерно половина всех звезд имеет хотя бы одну планету с периодом обращения не более 100 дней (и Солнце не является исключением из этого правила, потому что Меркурию требуется 88 дней на каждый оборот). Существование суперземель, о которых мало кто подозревал до эпохи открытия экзопланет, служит отличным напоминанием, насколько сомнительными могут быть поспешные выводы, если делать их на основе ограниченного набора данных – в данном случае на примере восьми планет Солнечной системы. Более крупные суперземли могут оказаться газовыми планетами, и в таком случае Земля имеет все шансы быть признанной одной из крупнейших каменистых планет, когда-либо созданных в процессе планетообразования.
Еще одно обобщение касается природы звезд, вокруг которых вращаются экзопланеты, и заставляет нас иначе отнестись к возможности существования во Вселенной других обитаемых миров, кроме нашего. Размышляя о жизни в планетных системах, мы опираемся на представление о том, что многие из звезд в них относятся к тому же типу, что и Солнце. Но еще большее число звезд, о которых известно, что вокруг них вращаются планеты (возможно, потому, что их малая масса облегчает обнаружение их планет), являются красными карликами с малой светимостью. Они обычно излучают в десятки раз меньше энергии, чем Солнце, имеют около четверти его массы, трети его диаметра и температуру поверхности в два раза ниже. Красные карлики – самый распространенный тип звезд в нашей галактике, но из-за низкой светимости их трудно обнаруживать за пределами ближайшего окружения. Небольшое количество излучаемой энергии, даже с учетом их небольшой массы, дает им важное преимущество – красные карлики имеют самый большой срок жизни, измеряемый триллионами лет, в отличие от звезд типа Солнца, которые живут какой-то десяток миллиардов лет. Неудивительно, что планеты вокруг красных карликов вращаются на сравнительно небольших расстояниях. У многих из них период обращения измеряется часами, а диаметры орбит намного меньше диаметра орбиты Меркурия. Но самая важная особенность многих из этих планет, имеющая решающее значение для перспектив существования жизни, – температура на их поверхности сравнима с земной. Вращаясь вокруг тусклой красной звезды по орбите с очень малым диаметром, планета может получать столько же тепла, сколько получает планета, вращающаяся по орбите с бо́льшим диаметром вокруг гораздо более яркой звезды.
Нам, жителям XXI века, доступна роскошь знания основных фактов о планетах Млечного Пути. Мы знаем, каковы их размеры, массы, температуры на поверхности, а также формы, размеры и периоды их орбит, и можем быть уверенными в данных. Многие из этих планет можно назвать планетами земного типа, которые находятся на орбитах, близких к земным, и обращаются вокруг звезд, подобных Солнцу. Почти все они расположены в пределах нескольких сотен световых лет от Солнечной системы, на расстояниях менее одной сотой расстояния до основной массы звезд нашей галактики.
Что могут сказать нам эти знания? Возможно ли, чтобы на обнаруженных нами экзопланетах однажды появилась и эволюционировала жизнь? И, что не менее важно, можем ли мы делать выводы о вероятности более широкого ее (и даже развитых цивилизаций) распространения, например, в более обширных пределах Млечного Пути и за его пределами?
С другой стороны, открытие большого числа экзопланет позволило избавиться от мнения, бытовавшего всего одно поколение назад, – что если где-то еще в нашей галактике и зародилась жизнь, то таких мест не может быть много и они сильно удалены друг от друга. Как оказалось, Млечный Путь и, предположительно, другие галактики тоже изобилуют множеством разнообразных космических «лабораторий», и молодых, и очень старых, в которых могла зародиться и достичь небывалого расцвета жизнь. Но огромные расстояния даже до ближайших к нам космических соседей уничтожают всякую надежду посетить какие-либо из этих мест, поэтому мы вынуждены продолжать следовать проторенным астрофизиками путем и расширять свои знания, получая дополнительную информацию благодаря более точным наблюдениям.
Наиболее яркие признаки обитаемости других миров должны находиться в их атмосферах. В последующих главах мы обсудим, опираясь на наше нынешнее понимание процессов зарождения жизни, какими должны быть планеты, чтобы на них могли появиться живые организмы. Например, на них должна иметься жидкость, в которой могут плавать и взаимодействовать молекулы. А для существования жидкости на поверхности твердого объекта, в свою очередь, должна образоваться атмосфера, состав которой будет меняться с появлением форм жизни. На Земле, например, живые организмы обогатили атмосферу кислородом. Цивилизация тоже внесла свои изменения, и не самые лучшие, учитывая, насколько наша планета загрязнена, но мы героически боремся, чтобы это изменить, хоть пока и проигрываем в этой битве.
Как же отличить атмосферу с естественным содержимым от атмосферы с компонентами, созданными жизнью? Один из очевидных способов – сравнить измерения, полученные в разное время. Если обнаружатся две или более составляющие, которые не должны существовать одновременно, то мы можем сделать вывод, что что-то постоянно их привносит. Это «что-то» может быть живым. Если использовать в качестве примера нашу собственную планету, то наиболее вероятными компонентами атмосферы, которые могли бы подсказать инопланетному уму, что у нас есть жизнь, были бы молекулы кислорода и метана. Без постоянного пополнения запасов молекулы метана вскоре вступят в химическую реакцию с кислородом (которого примерно в сто тысяч раз больше) и исчезнут. Тот факт, что в нашей атмосфере сохраняется небольшое, но обнаружимое количество метана, свидетельствует о присутствии на поверхности Земли живых организмов, в первую очередь коров и других жвачных животных, которые постоянно выделяют этот газ. (Поскольку метан задерживает тепло гораздо эффективнее, чем углекислый газ, даже небольшое, но растущее его количество способствует глобальному потеплению, угрожающему нашей окружающей среде.)
Благодаря запуску космического телескопа Уэбба мы можем лучше изучить экзопланеты – например, его спектроскопические возможности способны раскрыть дополнительные подробности о составе их атмосфер. К сожалению, даже с его помощью невозможно обнаружить одновременное существование кислорода и метана. Конечно, другие формы жизни могут иметь совершенно другой метаболизм, настолько отличный от присущего жизни на Земле, что мы не сможем обнаружить их по этому признаку. Тем не менее астрофизики нацелены именно на поиски двух этих составляющих. На данный момент мечта остается несбыточной, требуя возможностей, превосходящих те, которые имеются у телескопа Уэбба, и ждет появления нового поколения космических аппаратов для более углубленного исследования атмосфер или получения детальных изображений экзопланет, которые могли бы напрямую доказать существование жизни. Если когда-либо астрофизики смогут достичь в этом успеха, их достижение будет названо великим, а их самих возведут в ранг героев.
Часть IV. Возникновение жизни
Глава 13. Жизнь во Вселенной
Наши исследования Вселенной привели нас, как и следовало ожидать, к самой заповедной и, пожалуй, самой великой тайне на свете – возникновению жизни и в особенности тех ее форм, с которыми нам когда-нибудь, возможно, доведется наладить общение. Веками человек задумывался о том, каким образом он мог бы отыскать в космосе других разумных существ и, если повезет, вступить с ними в диалог – хотя бы ненадолго, прежде чем кануть в историю. Возможно, ключевые подсказки, которые помогут нам разрешить эту загадку, кроются в космических следах наших собственных истоков, содержащих в себе некоторую информацию о происхождении планеты Земля как одной из планет Солнечной системы, о происхождении звезд, дающих для жизни энергию, и о происхождении и эволюции самой Вселенной как таковой.
Если бы мы могли досконально изучить эти следы до мельчайших подробностей, они показали бы нам, как пройти путь от глобального космического контекста к самому малому, от бескрайнего космоса до отдельных его участков, в которых расцветает и развивается жизнь в самых разных своих проявлениях. Если бы мы могли сравнить между собой разные формы жизни, сформировавшиеся в разных обстоятельствах, то смогли бы лучше понять правила, по которым зарождается жизнь, как в самом широком смысле, так и в конкретных космических ситуациях. Сегодня нам известна лишь одна форма жизни – земная, и все ее виды имеют общие истоки и задействуют молекулы ДНК в качестве фундаментального механизма воспроизводства. Это лишает нас огромного количества альтернативных примеров, отодвигая в неопределенное будущее возможность провести масштабные исследования форм жизни во Вселенной, ведь такого исследования не начать, пока мы не обнаружим жизнь где-либо за пределами своей планеты.
Конечно, все могло быть и хуже. Мы очень многое знаем об истории жизни на нашей планете и должны опираться на эти знания, чтобы вывести некие базовые принципы, касающиеся жизни во Вселенной в целом. Ровно в той степени, в которой на эти принципы можно положиться, они рассказывают нам, когда и где Вселенная обеспечивает или обеспечивала базовые условия для возникновения жизни. При всех своих попытках представить себе жизнь в других мирах мы должны удерживаться от соблазна попасть в ловушку так называемого антропоморфного образа мышления – нашей естественной склонности искренне считать, что внеземные формы жизни должны быть похожи на нашу. Это весьма характерное для человека отношение к данному вопросу, обусловленное нашим эволюционным и личным опытом здесь, на Земле, ограничивает наше воображение, когда мы пытаемся представить себе, какие формы может принимать внеземная жизнь в других мирах. Только биологи, хорошо знакомые с изумительным по структуре и внешним признакам разнообразием многочисленных форм земной жизни, могут с уверенностью строить теории о том, как могли бы выглядеть инопланетные существа. Их странность с точки зрения нашего восприятия почти наверняка окажется за пределами воображения обывателя.