Вопрос о том, одни ли мы во Вселенной, является, пожалуй, самым древним и самым волнующим из всех, что когда-либо задавало человечество. Это не просто праздное любопытство. Это поиск ответа на вопрос о нашем собственном месте в мироздании, о смысле существования и о будущем, которое нас ждет. Ответ на него может оказаться пугающим — например, что мы совершенно случайны и уникальны, а вокруг лишь бесконечная и безмолвная пустота. Но он может и подарить нам чувство космического родства, доказав, что жизнь — это не каприз одной-единственной планеты, а фундаментальное свойство Вселенной, неизбежный этап ее эволюции.
На протяжении десятилетий ученые ведут этот поиск, вооружившись самыми современными технологиями. И хотя зеленые человечки пока не выходят на связь, а марсианские каналы оказались оптической иллюзией, наука не стоит на месте. Сегодня мы подошли к рубежу, когда ответ на вопрос о существовании жизни за пределами Земли может быть найден в ближайшие десятилетия. И искать мы ее будем не столько в фантастических мирах далеких звезд (хотя и там тоже), сколько буквально у себя под ногами — на Марсе, на ледяных спутниках планет-гигантов и даже в ядовитых облаках Венеры.
«Где же все?»: Парадокс, который не дает покоя
Любые разговоры о поиске внеземного разума неизбежно упираются в вопрос, сформулированный великим физиком Энрико Ферми за обедом в 1950 году. Выслушав коллег, которые приводили все новые аргументы в пользу многочисленности инопланетных цивилизаций, Ферми задал свой знаменитый вопрос: «Если инопланетные цивилизации существуют, то где же они? Где их космические корабли, зонды и сигналы?». Этот вопрос, известный как парадокс Ферми, стал краеугольным камнем современной астробиологии и философским камнем для всех, кто задумывается о нашем космическом одиночестве.
Логика парадокса убийственна в своей простоте. Возраст нашей галактики, Млечного Пути, составляет около 13 миллиардов лет. Солнечная система сформировалась лишь 4,6 миллиарда лет назад, а человеческая цивилизация существует всего несколько тысяч лет — ничтожно малый промежуток времени по космическим меркам. Если бы какая-то другая цивилизация возникла всего на миллион лет раньше нас (а в масштабах галактики это — мгновение), при нынешних экспоненциальных темпах технологического прогресса она должна была бы уже колонизировать значительную часть галактики или хотя бы оставить заметные следы своего присутствия. За миллион лет можно исследовать, освоить и заселить миллионы звездных систем, даже перемещаясь с досветовыми скоростями.
Где же эти гигантские инженерные сооружения вроде сфер Дайсона, собирающих энергию целых звезд? Где мощные радиосигналы искусственного происхождения? Где, наконец, зонды и корабли, которые должны были бы бороздить просторы Солнечной системы? Мы не видим ничего. Космос молчит. Это молчание пугает и интригует одновременно.
За десятилетия, прошедшие после вопроса Ферми, было предложено множество гипотетических ответов, или «решений» парадокса. Их можно условно разделить на несколько групп.
Первая группа — пессимистичная. Она утверждает, что разумная жизнь, скорее всего, самоуничтожается, едва достигнув технологической зрелости. Ядерная война, экологическая катастрофа, неконтролируемый нанотехнологический апокалипсис или создание искусственного интеллекта, уничтожившего своих создателей — вариантов много. Эта гипотеза тесно связана с понятием «Великого фильтра» — некоего непреодолимого барьера, который должна преодолеть цивилизация на пути к звездам. Если этот фильтр находится в нашем будущем, то наши перспективы как вида весьма безрадостны.
Вторая группа — реалистичная. Возможно, наши методы поиска просто слишком примитивны, а расстояния слишком велики. Мы ищем сигналы, подобные нашим собственным радиопередачам, но инопланетный разум мог перейти на другие, более эффективные и менее заметные способы коммуникации, например, с помощью нейтрино или гравитационных волн. Мы слушаем космос всего лишь несколько десятилетий — ничтожно малый срок. Кроме того, мы можем просто не туда смотреть.
Третья группа — гипотезы «зоопарка» или «заповедника». Согласно им, высокоразвитые цивилизации уже давно знают о нашем существовании, но сознательно избегают контакта, наблюдая за нами как за интересным, но примитивным видом, подобно тому, как мы наблюдаем за животными в заповеднике. Или, возможно, галактика представляет собой опасное место, полное враждебных сил, и тишина — это способ выжить, стратегия скрытности, которой следуют все разумные расы, чтобы не привлекать внимания хищников.
Какой из этих ответов ближе к истине, мы не знаем. Но все они упираются в одну проблему: у нас нет данных.
Уравнение Дрейка: попытка подсчитать неизвестное
Чтобы придать дискуссии хоть какую-то научную основу, в 1961 году астроном Фрэнк Дрейк предложил знаменитое уравнение, которое позволило структурировать наши знания и, что важнее, наше незнание о вероятности существования внеземных цивилизаций. Уравнение Дрейка выглядит следующим образом:
N = R • fp • ne • fl • fi • fc • L*
Где:
- N — число цивилизаций в галактике, готовых вступить в контакт;
- R* — средняя скорость образования звезд в галактике;
- fp — доля звезд, обладающих планетными системами;
- ne — число планет в системе, пригодных для жизни (например, находящихся в зоне обитаемости);
- fl — доля планет, на которых жизнь действительно возникает;
- fi — доля планет, на которых жизнь развивается до разумной;
- fc — доля цивилизаций, которые обладают технологиями и желанием вступить в контакт;
- L — время жизни такой технологической цивилизации.
За прошедшие десятилетия астрономы достигли колоссального прогресса в оценке первых трех членов уравнения. Запуск специализированных миссий, таких как телескоп «Кеплер» (Kepler) и его преемник TESS, произвел революцию в наших представлениях о распространенности экзопланет. Сегодня мы с уверенностью можем сказать, что планеты есть практически у каждой звезды. По последним данным, подтверждено существование более 5700 экзопланет, и это лишь ничтожная часть от их истинного числа. В нашей галактике — сотни миллиардов планет, и значительная их часть — планеты земного типа, сопоставимые по размеру и, возможно, составу с нашей Землей.
Более того, многие из этих планет вращаются в так называемой зоне обитаемости своих светил. Зона обитаемости, или «зона Златовласки» (не слишком горячо, не слишком холодно, а ровно), — это условный интервал расстояний от звезды, в пределах которого на поверхности планеты может существовать жидкая вода. А вода, как мы полагаем, является необходимым условием для жизни, какой мы ее знаем. Таким образом, R*, fp и ne — это большие числа, исчисляемые миллиардами. Оптимизм первых оценок уравнения Дрейка, казалось бы, оправдался.
Однако дальше начинается самое сложное. Мы по-прежнему понятия не имеем, чему равны fl, fi, fc и L. У нас есть только один пример — Земля. И этот единственный пример не дает ответа на вопрос, является ли возникновение жизни закономерным этапом эволюции планеты или же невероятно редкой, почти чудесной случайностью. Мы не знаем, какова вероятность того, что из неорганических молекул в «первичном бульоне» соберутся первые самовоспроизводящиеся структуры.
Может быть, fl равно 0,1 (жизнь возникает на каждой десятой подходящей планете), а может — 10⁻³⁰ (жизнь — это событие космического масштаба, которое случается раз в несколько вселенных). Во втором случае наша цивилизация может оказаться единственной не только в галактике, но и во всей наблюдаемой Вселенной. Точно так же мы не знаем, как часто жизнь эволюционирует до разумной и технологической, и как долго такая цивилизация может существовать, не уничтожив себя.
Именно поэтому поиск даже самой примитивной, одноклеточной жизни за пределами Земли имеет такое колоссальное, можно сказать, экзистенциальное значение. Обнаружение второй, независимой от нас формы жизни мгновенно превратит fl из неизвестной величины в величину, близкую к единице. Это будет означать, что жизнь — явление распространенное во Вселенной. И тогда парадокс Ферми заиграет новыми, еще более яркими красками, требуя от нас искать объяснения уже для Великого Молчания.
Зона обитаемости и «углеродный шовинизм»
Поиски жизни мы вынуждены начинать, основываясь на единственном известном нам образце — жизни на Земле. Мы — углеродная форма жизни, использующая воду в качестве универсального растворителя. Это накладывает неизбежный отпечаток на все наши поисковые стратегии, что иногда называют «углеродным шовинизмом». Но у этого шовинизма есть веские научные основания.
Углерод уникален среди всех элементов таблицы Менделеева. Его атомы способны образовывать длинные и стабильные цепочки, создавая практически бесконечное разнообразие сложных молекул — основу для гигантских полимеров, таких как белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Никакой другой элемент не обладает такой способностью к образованию сложных соединений в широком диапазоне температур и давлений. Кремний, который часто рассматривают как альтернативу, образует менее стабильные связи, и его соединения слишком «тяжелы» для биохимических реакций при земных температурах. При очень высоких температурах, в недрах планет, химия может стать иной, но там мы вряд ли встретим разумных существ.
Вода же, благодаря своим аномальным свойствам (высокая теплоемкость, способность растворять огромное количество веществ, расширение при замерзании), является идеальной средой для протекания биохимических реакций. Поэтому поиск жизни в первую очередь — это поиск воды в жидком виде.
Отсюда и берет свое начало понятие «зона обитаемости». В Солнечной системе эта зона, по самым оптимистичным оценкам, простирается от орбиты Венеры до орбиты Марса. Однако попадание в эту зону — необходимое, но далеко не достаточное условие. Луна находится в зоне обитаемости, но это безжизненный каменный шар. Для возникновения и поддержания жизни нужен целый комплекс факторов: достаточная масса, чтобы удержать плотную атмосферу; наличие магнитного поля, защищающего от губительной космической радиации и солнечного ветра; тектоническая активность, обеспечивающая круговорот веществ и поддержание климата; и, конечно, наличие необходимых химических элементов и достаточное количество времени для эволюции.
Тем не менее, наше невежество в этом вопросе столь велико, что мы не можем категорически исключать возможность существования жизни на другой химической основе. В метановых озерах Титана, спутника Сатурна, при температуре минус 180 градусов, теоретически могли бы существовать формы жизни, использующие жидкий метан в качестве растворителя. В недрах планет-гигантов, при чудовищном давлении и температуре, могут существовать формы жизни, основанные на других химических циклах, о которых мы даже не догадываемся. Но обнаружить их и, главное, распознать в качестве жизни и вступить с ними в контакт будет невероятно сложно. Они живут в другом времени и в другом мире, и мы просто пройдем мимо, не заметив их.
Наши ближайшие соседи: Солнечная система как главный полигон
Пока наши телескопы только начинают робко анализировать атмосферы далеких экзопланет в поисках биомаркеров вроде кислорода или метана, гораздо более реалистичным выглядит поиск жизни в пределах Солнечной системы. Здесь она, если и существует, то, скорее всего, примитивная, микробная. Но даже обнаружение микроба, который возник независимо от земной жизни, станет эпохальным событием, перевернувшим все наши представления.
Марс: былое величие и будущие открытия
Красная планета была главным кандидатом на наличие жизни на протяжении столетий — от открытия «каналов» Скиапарелли до наших дней. Сегодня поверхность Марса представляет собой холодную, сухую пустыню с разреженной углекислой атмосферой, непригодной для дыхания. Но геологические данные, собранные марсоходами и орбитальными аппаратами, неумолимо свидетельствуют: миллиарды лет назад все было иначе. На Марсе текли полноводные реки, существовали огромные озера и, возможно, даже океан, покрывавший значительную часть Северного полушария. Атмосфера была плотной, а климат — теплым и влажным.
Если жизнь на Земле зародилась примерно в тот же период — около 3,8-4 миллиардов лет назад, — то почему бы ей не зародиться и на Марсе? Условия были очень похожи. Более того, некоторые астробиологи полагают, что жизнь могла зародиться именно на Марсе и быть занесенной на Землю с метеоритами (теория панспермии), или наоборот.
Проблема в том, что марсианское прошлое закончилось. Планета потеряла свое глобальное магнитное поле, и солнечный ветер, беспрепятственно атакуя атмосферу, «сдул» большую ее часть в космос. Вода на поверхности испарилась или замерзла. Жизнь, если она существовала на поверхности, должна была либо погибнуть, либо уйти в убежища. Сегодня главные надежды связаны с поиском следов жизни под поверхностью, в подпочвенных водах и вечной мерзлоте, куда еще может проникать геотермальное тепло и где есть защита от радиации.
Марсоходы NASA Perseverance и Curiosity активно исследуют древние дельты рек и озер, собирая образцы пород, которые будут доставлены на Землю в рамках амбициозной совместной миссии NASA и ESA (Mars Sample Return) в начале 2030-х годов. Именно анализ этих бесценных образцов в земных лабораториях, с помощью самой совершенной техники, сможет дать окончательный ответ на вопрос, была ли когда-либо жизнь на Марсе.
И здесь возникает серьезная этическая и методологическая проблема: «Теперь есть жизнь на Марсе». Дело в том, что с самого начала космической эры мы активно заселяем другие планеты земными микроорганизмами. Несмотря на все усилия по стерилизации космических аппаратов в так называемых «чистых комнатах», полностью избавиться от них невозможно. Бактерии невероятно живучи и могут выживать в самых экстремальных условиях. Когда мы наконец найдем на Марсе микроба, нам нужно будет с абсолютной уверенностью доказать, что он не является «зайцем», прилетевшим с Земли, и не контаминировал образец уже после его прибытия на нашу планету. Это потребует разработки сложнейших протоколов и методов анализа.
Европа и Энцелад: океанические миры — главная надежда
Гораздо более перспективными на сегодняшний день считаются не планеты, а ледяные спутники планет-гигантов. Когда зонды «Вояджер» и «Галилео» передали первые детальные снимки Европы, спутника Юпитера, ученые были поражены: ее поверхность была почти лишена ударных кратеров, испещрена сетью хаотических трещин и выглядела пугающе молодой. Это могло означать только одно: под ледяной корой, толщиной, возможно, в десятки километров, существует глобальный океан жидкой соленой воды, который постоянно взаимодействует с поверхностью, подтапливая лед и затягивая метеоритные раны.
Откуда берется тепло для поддержания океана в жидком состоянии вдали от Солнца? Источник энергии — гравитация. Мощнейшее приливное воздействие гигантского Юпитера (и в меньшей степени других галилеевых спутников) постоянно сжимает и разжимает недра Европы, разогревая их подобно тому, как разогревается многократно сгибаемая проволока. Этот процесс называется приливным нагревом. Он обеспечивает достаточный поток тепла для существования жидкой воды. У нас есть вода, есть источник энергии, а метеориты и кометы, падавшие на поверхность на протяжении миллиардов лет, должны были доставить на Европу и органические молекулы — «кирпичики жизни».
Аналогичная ситуация и с Энцеладом, небольшим спутником Сатурна. Но здесь у нас есть поистине уникальное преимущество. На южном полюсе Энцелада, в области так называемых «тигровых полос», бьют мощные гейзеры (криовулканы), выбрасывающие в открытый космос струи водяного пара, смешанного со льдом и другими веществами. Пролетая сквозь эти выбросы, зонд «Кассини» совершил величайшее открытие начала XXI века. Он обнаружил в составе гейзеров сложные органические молекулы и, что самое важное, микроскопические частицы кремнезема. На Земле такие частицы образуются только там, где горячая (гидротермальная) вода взаимодействует с горными породами — в знаменитых «черных курильщиках» на дне океана. Эти источники кишат жизнью, которая не зависит от солнечного света, а получает энергию из недр планеты.
Для исследования этих океанических миров готовятся амбициозные миссии. Европейский зонд JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) уже находится в пути и прибудет в систему Юпитера в начале 2030-х годов, чтобы детально изучить Европу, Ганимед и Каллисто. NASA отправило миссию Europa Clipper, которая совершит множество пролетов мимо Европы, чтобы составить карту ее ледяной коры и подтвердить наличие подповерхностного океана. А для Энцелада ученые разрабатывают проекты специализированных аппаратов — «нанокораблей» или зондов, которые смогут пролететь сквозь гейзеры, взять пробы вещества и проанализировать их на наличие аминокислот или даже целых клеток. Это — наш самый прямой, быстрый и дешевый (в относительном смысле) путь к обнаружению внеземной жизни в ближайшие 20-30 лет. Не нужно бурить километры льда — океан сам выбрасывает свое содержимое в космос, словно приглашая нас заглянуть внутрь.
Венера: возвращение в «ад»
Казалось бы, Венера — самое неподходящее место для жизни в Солнечной системе. Температура у ее поверхности достигает 460°C, давление — как в земном океане на километровой глубине, а облака, окутывающие планету, состоят из капель концентрированной серной кислоты. Но, как это часто бывает в науке, дьявол кроется в деталях.
Еще в XX веке ученые, изучая Венеру в ультрафиолетовом диапазоне, заметили странность: в облачном слое видны темные пятна — неизвестное вещество активно поглощает ультрафиолетовое излучение. Свойства этого поглотителя удивительно напоминали поведение некоторых земных микроорганизмов, содержащих пигменты. Это породило гипотезы о возможной жизни в верхних слоях атмосферы Венеры.
Сенсацией стало объявление в 2020 году международной группы ученых об обнаружении в атмосфере Венеры фосфина (PH₃) — газа, который на Земле связывают исключительно с жизнедеятельностью анаэробных микроорганизмов, живущих в бескислородной среде (например, в болотах или кишечнике животных). Хотя эти данные позже были поставлены под сомнение другими исследованиями и вызвали ожесточенную научную дискуссию, они всколыхнули научный мир и заставили кардинально пересмотреть взгляды на потенциальную обитаемость нашей соседки.
На высоте 50-60 километров давление и температура в облачном слое Венеры приближаются к земным: около +20°C и 1 атмосфера. Правда, «комнатная температура» там сочетается с едкой кислотой. Но, как показывают лабораторные исследования, некоторые экстремофильные земные бактерии могут выживать и даже размножаться в очень кислой среде. Существуют гипотезы о том, что жизнь могла зародиться на Венере в далеком прошлом, когда на ней, согласно некоторым моделям, были умеренный климат и океаны. Затем, в ходе катастрофического парникового эффекта, превратившего планету в ад, жизнь могла погибнуть на поверхности, но переселиться в единственную оставшуюся пригодной нишу — облака.
Проверить эту захватывающую гипотезу невероятно сложно технически. Атмосфера Венеры агрессивна, и любой спускаемый аппарат будет быстро разрушен или выведен из строя. Тем не менее, проекты будущих миссий, включая аэростатные станции (дирижабли), которые могли бы парить в облачном слое и напрямую брать пробы атмосферы и аэрозолей, уже активно прорабатываются в NASA и других космических агентствах.
Телескопы как машины времени и инструмент новых открытий
Поиск жизни в Солнечной системе — это только одна сторона медали. Параллельно астрономы изучают далекие миры, чтобы понять, насколько распространены условия для жизни во Вселенной, и как эволюционируют галактики и звезды. И здесь главные надежды сегодня возлагаются на космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) — самую сложную и дорогую научную обсерваторию, когда-либо созданную человечеством.
Запущенный в конце 2021 года, JWST работает в инфракрасном диапазоне. Это позволяет ему заглянуть сквозь облака космической пыли, которые непрозрачны для видимого света, и увидеть самые первые звезды и галактики, сформировавшиеся спустя всего несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Его изображения, подобные знаменитому «Космическому утесу» из туманности Киля или глубоким полям с тысячами далеких галактик, поражают воображение своей детализацией и красотой. Они позволяют ученым буквально заглянуть в прошлое и увидеть, как выглядела Вселенная в младенчестве.
Но для астробиологов и планетологов главная возможность JWST — это его способность анализировать атмосферы экзопланет. Когда планета проходит по диску своей звезды (транзит), часть света звезды фильтруется через ее атмосферу. Проводя спектральный анализ этого прошедшего света, можно определить химический состав атмосферы — выявить в ней молекулы воды, метана, углекислого газа, угарного газа и других веществ. JWST обладает беспрецедентной чувствительностью, позволяющей проводить такие измерения для планет земного типа, вращающихся вокруг относительно близких и тусклых звезд (красных карликов).
В 2023 году JWST обнаружил метан и углекислый газ в атмосфере планеты K2-18 b, которая в 8 раз массивнее Земли и находится в зоне обитаемости своего светила. А в 2024 году появились сообщения о возможном обнаружении диметилсульфида — на Земле этот газ производят только живые организмы, в основном фитопланктон. Эти данные, требующие многократной проверки и подтверждения, тем не менее, демонстрируют, что мы вступаем в эру, когда сможем не просто обнаруживать далекие планеты, но и изучать их химию, искать в ней аномалии, которые могут указывать на присутствие жизни.
Как делается наука сегодня: от романтики к программированию
Современная астрономия разительно отличается от романтических представлений об ученом, сидящем ночью в обсерватории и смотрящем в окуляр телескопа. Эта эпоха давно прошла. Сегодняшний астроном — это прежде всего программист, аналитик и теоретик.
Ученый не едет за тысячи километров в горную обсерваторию, чтобы сделать уникальный снимок. Он получает данные, не выходя из дома. Огромные массивы наблюдений с наземных и космических телескопов хранятся в открытых цифровых архивах. Любой исследователь (а часто и любой желающий) может зайти в архив телескопа «Хаббл», «Спитцер» или JWST, найти нужный участок неба и скачать сырые данные. Это называется принципом открытой науки, и он произвел революцию в астрономии, сделав ее по-настоящему доступной.
Но скачать данные — лишь первый шаг. Эти данные представляют собой многомерные массивы чисел в специфических форматах. Чтобы превратить их в красивое изображение или в научный результат, необходимо написать программы на Python или других языках для калибровки, очистки от шумов и анализа. Далее начинается самое главное: теоретическая интерпретация. Астроном строит компьютерную модель физического процесса, который, как он полагает, происходит в наблюдаемом объекте — например, в протопланетном диске или в атмосфере экзопланеты. Он рассчитывает, какое излучение должна порождать его модель, а затем сравнивает этот синтетический спектр с реальными наблюдениями. Совпало? Значит, он на верном пути. Не совпало? Значит, модель нужно менять или отбрасывать.
Это кропотливый труд, который лишь изредка вознаграждается громкими открытиями. Но именно так, шаг за шагом, строится современная наука. И именно благодаря этому методу мы сегодня знаем о существовании тысяч экзопланет, о подповерхностных океанах на ледяных лунах и о сложной химии в облаках Венеры.
В поисках самих себя
Почему же поиск внеземной жизни так важен для нас? Неужели мы просто хотим найти соседей по бескрайней Вселенной? Дело гораздо глубже и сложнее. Исследуя космос и пытаясь понять, как могла бы выглядеть иная жизнь, мы неизбежно лучше понимаем самих себя. Мы задаем фундаментальные вопросы, на которые иначе бы никогда не обратили внимания: что есть жизнь? В чем ее сущность? Какова вероятность нашего собственного появления? Насколько мы уникальны?
Когда мы видим антропоморфных пришельцев в фантастических фильмах — с двумя руками, двумя ногами и головой, — это отражает не скудость фантазии сценаристов, а наше глубинное стремление к контакту. Нам нужен кто-то, кому мы можем пожать руку (или щупальце), с кем можем поговорить, разделить опыт существования. Но реальность, если она когда-либо откроется нам, может оказаться гораздо более странной и чуждой. Жизнь может существовать в формах, которые мы не способны распознать, в других временных масштабах (где наша секунда — их эпоха), на другой физической основе. И это заставляет нас задуматься о границах нашего собственного восприятия и познания.
Одиноки ли мы в этой огромной темной комнате? Страшно остаться без ответа. Но еще страшнее — не пытаться его найти. Каждый новый марсоход, каждый новый анализ спектра далекой планеты, каждый запуск зонда к ледяным спутникам — это шаг к разгадке величайшей тайны. И даже если мы никогда не встретим братьев по разуму, сам процесс поиска уже изменил нас, сделал наше понимание Вселенной и своего места в ней чуточку глубже, сложнее и, возможно, мудрее.
Наука, как ничто другое, учит нас смирению перед неизведанным и одновременно дает силы и инструменты это неизведанное исследовать. И кто знает, быть может, ответ на вопрос «Есть ли жизнь на Марсе?» мы получим совсем скоро. А пока мы можем лишь продолжать задавать вопросы и искать на них ответы, вооружившись терпением, строгой логикой и неуемным любопытством — главными инструментами, которые и сделали нас людьми. Возможно, именно в этом и заключается наше предназначение: быть глазами и умами Вселенной, пытающейся познать саму себя.