Определенно судить о существовании жизни на этой и других похожих на нее планетах, о которых станет известно, можно будет только при непосредственном их наблюдении. Особые надежды возлагают на спектральный анализ планет в других звездных системах, который, как полагают, скоро станет возможным благодаря усовершенствованию спектрографов и установке их на спутниках. Цветовая характеристика и анализ состава атмосферы предоставят необходимые данные для надежных выводов.
Однако обнаружение развитых (технологических) цивилизаций возможно уже теперь (Шкловский, 1976). Проявления деятельности такой цивилизации очевидны. Это, прежде всего, тепловой фон и фон электромагнитных волн, в том числе упорядоченные сигналы. Некоторые из этих сигналов, направленные для связи с космическими кораблями, с колониями на других планетах, а возможно, и с другими звездными системами, должны быть достаточно сильны, чтобы быть зарегистрированными на Земле. Здесь мы отнюдь не отдаем дань фантастике. Проба сил была проведена с помощью аппаратуры, установленной на космическом аппарате Галилей (Galileo). Были исследованы 50 тел, в том числе планеты Венера, Марс, Луна, кометы и, наконец, Земля (Sagan et al., 1993; Geissler et al., 1995). С каждым телом Галилей сближался на расстояние около 100000 км и осуществлял одну и ту же серию измерений. Прежде всего было установлено, что только на Земле атмосфера находится в термодинамически неравновесном состоянии: будучи весьма окислительной благодаря высокому содержанию свободного кислорода, она содержит полностью восстановленное соединение углерода (метан) в количестве, на многие порядки превышающем равновесное. Такая ситуация возможна, когда неравновесные концентрации веществ поддерживаются процессами жизнедеятельности: земные растения выделяют кислород, а некоторые микроорганизмы – метан. Было показано также, что на Земле присутствует цивилизация, достигшая технологической стадии. Главным доводом явился анализ спектра электромагнитного излучения. Оно оказалось разбитым на диапазоны и модулированным по амплитуде, что указывало на использование этого излучения для передачи сигналов. Очевидно, что такие же подходы, но с применением многократно более совершенной аппаратуры, можно будет применить для поиска жизни и цивилизаций в других звездных системах. Многие исследователи полагают, что прямое наблюдение планет, похожих на Землю, в других звездных системах – дело ближайших десятилетий. Тогда же будет создана аппаратура, необходимая для поиска на них признаков жизни и цивилизаций.
Следует напомнить, что наша цивилизация очень молода. Она насчитывает около четырех тысячелетий (если вести отсчет от появления письменности), а научно-техническая революция, запущенная изобретениями Стивенсона, Фарадея, Эдисона, братьев Райт, Попова, Маркони, трудами Максвелла, Лоренца, Эйнштейна, Менделеева, Пьера Кюри, по-настоящему началась не многим более 150 лет тому назад. Земная космонавтика стартовала полетом Гагарина около 50 лет тому назад, а уже обследованы отдаленные области Солнечной системы. Колонии на Луне и Марсе могут быть созданы в течение нескольких десятилетий. Усовершенствование связи позволит направить корабли к целям на окраинах и даже за пределами Солнечной системы. Начало этому уже положено (Fisk, 2005). Запущенный в 1977 г. аппарат "Voyager 1" через 5 лет достиг края Солнечной системы, определяемого как расстояние, на котором стихает солнечный ветер, вступивший в контакт со встречным межзвездным ветром. Это расстояние оказалось равным 94 астрономическим единицам (1 АЕ равна расстоянию от Солнца до Земли). И хотя связь с углубившимися в межзвездное пространство аппаратами прерывается из-за большой их удаленности, сам факт выхода земных аппаратов за пределы Солнечной системы знаменателен.
Однако эти, безусловно, грандиозные успехи не означают, что они позволят вскоре решить проблему существования внеземных цивилизаций. Еще античные философы, основываясь на постулате "ничто не бывает в единственном числе", полагали, что где-то в безднах космоса существуют другие миры, населенные людьми или подобными им существами. Против этой логики и сейчас трудно возразить. Однако пространство и время могут так разделить цивилизации, что общение между ними окажется неосуществимым. Действительно, о каком общении может идти речь, если на обмен посланиями понадобились бы тысячи или даже миллионы лет. Неодолимой проблемой могла оказаться и очень высокая мощность сигнала, необходимая для преодоления чудовищных расстояний, разделяющих цивилизации. Поэтому, рассуждая о единственности или множественности цивилизаций, мы должны иметь в виду ограниченную часть Космоса, которая по мере развития нашей цивилизации, а возможно, и других цивилизаций, будет расширяться, но распространение общения на межгалактические расстояния представляется фантастикой. Действительно, если отложить, как неконкретную, идею "временного туннеля", современная наука не допускает передачу сигнала со скоростью, превышающей скорость света, а для путешествий возможны только скорости ниже скорости света.
Исходя из вышесказанного, можно ограничить область ближайшего к нам космоса, в пределах которой вопрос о множественности или уникальности жизни (в том числе, разумной) реально исследовать экспериментально. Если ограничить эту доступную для коммуникаций область сферой радиусом 500 световых лет (на сигнал, посланный с Земли, немедленный ответный сигнал поступит не позже, чем через 1000 лет), то в ней окажутся 100 миллионов звезд (около 0,1 % всех звезд нашей Галактики).
Существенно представлять, что если бы в доступной наблюдениям части космоса существовали другие цивилизации, то наша цивилизация практически наверняка оказалась бы самой молодой. Точно так же новорожденный в течение нескольких мгновений остается самым молодым жителем планеты. Однако космические "мгновения" таковы, что другие цивилизации, рожденные до нашей, были бы старше даже не на тысячи, а на миллионы и сотни миллионов лет. Нам трудно представить масштабы их деятельности и достижений, но очевидно, что технологический, в частности энергетический, фон "зрелой" цивилизации должен быть очень высоким и излучать не из какой-то точки (планеты), а от значительно более обширной области или даже многих областей в системе данной звезды и даже группы звезд. Попытки прощупать космос с помощью доступных нам средств (оптических и радиотелескопов, спектральных приборов) позитивного результата пока не принесли. Следует полагать также, что более развитые и не менее любознательные цивилизации давно обратили бы внимание на Солнечную систему, обнаружили и исследовали бы ее планеты. Уже 2,5 миллиарда лет состав атмосферы Земли (в частности, высокое содержание свободного кислорода, присутствие, одновременно, значительного количества метана, свидетельствующее о неравновесном состоянии атмосферы) указывает на присутствие на ней жизни. Уже в течение 500 миллионов лет Земля покрыта растительностью, которая могла быть зарегистрирована колориметрической и спектральной аппаратурой. Такой заповедник жизни не остался бы незамеченным. Снаряжение на Землю экспедиции должно было состояться, по крайней мере, если следовать нашему представлению о любознательности как главном двигателе научного и технического прогресса. С появлением на Земле людей высокоразвитые пришельцы вступили бы с ними в контакт точно так же, как вступали в контакт с туземцами цивилизованные миссионеры и ученые. Однако науке такие, как, впрочем, и иные контакты с пришельцами не известны. Предварительный вывод таков: вне Земли разумной жизни нет. Естественно, речь идет о той области космоса, а точнее, нашей Галактики, которая доступна для коммуникаций (см. выше). Объективности ради следует заметить, что путешествие на расстояние, исчисляемое сотнями световых лет, может оказаться нереальным даже для высокоразвитой цивилизации. Значительно проще для нее было бы попытаться начать переписку. Однако если такая цивилизация и обнаружила признаки жизни на Земле, вступать в радиообмен у нее пока нет оснований. Действительно, наша цивилизация совсем недавно, лет двадцать тому назад, приобрела внешние признаки, свидетельствующие о ее вступлении в технологическую стадию. В частности, она стала источником достаточно высокого фона излучений в диапазонах радиоволн. Однако информация об этом находится на полпути до ближайших звезд и, следовательно, еще не достигла потенциального наблюдателя. До получения ответного сигнала, или иной надежной информации (на что могут уйти столетия), следует, исходя из принципа принятия наиболее простой гипотезы, считать нашу цивилизацию уникальной или, по крайней мере, очень редким явлением. К такому же выводу пришел И.С. Шкловский в 1976 г., и за последующие 30 лет, несмотря на существенный прогресс в конструировании чувствительных измерительных приборов, в первую очередь спектрометров для разных диапазонов волн, принципиально новые результаты не получены.
Уникальность нашей цивилизации не имеет однозначного объяснения. Предварительно можно предложить несколько версий.
Первая версия – удачное расположение Солнечной системы вдали от ядра Галактики, уникальные свойства Солнца, в частности, высокая стабильность и оптимальный спектр излучения, а также и самой Земли – ее химический состав, размеры, параметры орбиты, обеспечивающие условия, необходимые для развития жизни вплоть до ее высших форм. Придается значение также тому факту, что Солнце возникло как одиночная звезда. Многие звезды рождаются и затем продолжают существовать группами. В таких скоплениях планетные системы отдельных звезд нестабильны, т. к. орбиты планет подвергаются возмущениям со стороны других звезд, существенно увеличивающих вероятность искажения орбиты и столкновений. Возникновение жизни и, главное, длительная эволюция в таких условиях маловероятны. Однако, даже если значительная часть звезд находится в скоплениях, в доступном космосе присутствует еще много одиночных звезд. По последним данным почти все они обзавелись планетами. Планеты, похожие на Землю, обращающиеся вокруг самой звезды или являющиеся спутниками более крупных планет, также не должны быть редкостью (Lissauer, 1999). Поэтому первая версия не кажется убедительной.
Вторая версия – чрезвычайно низкая вероятность возникновения жизни (т. е. образования способной к воспроизведению клетки) даже при благоприятных для того условиях. Но коль скоро жизнь возникла, велика вероятность, что ее эволюция приведет к разумной жизни. По этой версии нам просто повезло, что очень редкое событие – зарождение жизни – произошло на Земле.
Третья версия – при достаточно высокой вероятности возникновения жизни и даже образования сложных форм, в том числе многоклеточных, включая растения и животных, крайне мала вероятность реализации варианта эволюции, который, в итоге, приводит к появлению разумных существ. По этой версии вероятность появления разумных существ в результате неизбежно длительной эволюции (на Земле почти 4 млрд лет непрерывного развития) зависит от множества случайных событий как внутриклеточных (мутации по Дарвину), так и внешних, включая мощные природные катаклизмы. Все эти события, происходя в должные моменты, направляют эволюцию в определенное русло. Любое отступление уведет эволюцию в сторону от перспективного до того момента направления либо вообще ликвидирует это направление. Согласно обсуждаемой версии, как и предыдущей, Земля вытащила счастливый билет. Однако между этими версиями существует принципиальное различие. Согласно одной – лимитирующим этапом предполагается появление жизнеспособной клетки. Дальнейшая эволюция может с достаточно высокой вероятностью привести к появлению мыслящих существ. Согласно же другой версии, вероятность появления жизни велика везде, где есть благоприятные условия, а особая судьба Земли в том, что из многих планет, обретших жизнь, только здесь эволюция привела к крайне маловероятному событию – появлению разумного существа, человека. Среди главных признаков, отличающих разумные существа от остальных, в том числе высокоразвитых существ, обычно отмечают способность к ассоциативному и абстрактному мышлению, склонность к обобщениям и творчеству. Имея в виду обсуждаемые нами проблемы, добавим, что разумному существу свойственно проявлять интерес к прошлому и задумываться о будущем.
В последующих главах мы обсудим предложенные выше версии. Для этого придется рассмотреть широкий спектр вопросов, начиная от процессов, протекавших в период возникновения Солнечной системы. Будут рассмотрены современные концепции химической, предклеточной и раннеклеточной эволюции. Мы обсудим, правда на чисто интуитивном уровне, могли ли все эти этапы становления жизни быть выполнены в сроки, отведенные для них на Земле. Будет прослежено воздействие на ход эволюции многократно имевших место на Земле глобальных катастроф и обращено внимание на опасность для человечества грядущих катастроф, как локальных (касающихся только Земли), так и космического масштаба. Имея в виду необходимость противостояния этим последним (пусть и в отдаленном будущем), будут обсуждены пути повышения интеллектуальных возможностей людей.
Книга вполне доступна читателю, имеющему современное среднее образование, т. е. знакомому с основами физики, астрономии, химии, а также клеточной и молекулярной биологии. Автор надеется также, что книга привлечет внимание интересующихся обсуждаемыми проблемами специалистов. В расчете на квалифицированного читателя приведен подробный список использованной литературы.
Глава II. Ранняя Земля
2.1. Образование Солнечной системы
Около 4.6 млрд лет тому назад газопылевая туманность, из которой затем сформировалась наша Солнечная система, вступила в фазу сжатия. Участившиеся столкновения пылевых частиц вызывали разогрев материи особенно в более плотных центральных областях. Поначалу тепло свободно излучалась в пространство. Однако по достижении достаточно высокой плотности отток тепла оказался затрудненным, а затем почти прекратился. Вследствие этого плотное ядро туманности, в котором из газов преобладал водород, стало разогреваться. Когда температура достигла нескольких миллионов градусов, началась реакция слияния ядер водорода, протекающая с выделением большого количества энергии. Хотя с повышением давления газов в центральной области туманности сжатие прекратилось, запущенная термоядерная реакция поддерживала высокую температуру плотного ядра – молодого Солнца.
Параллельно изменялась структура периферии туманности. Вследствие сжатия скорость ее вращения возрастала (при сохранении общего момента количества движения), и она трансформировалась в быстро вращающийся диск. При этом резко участились столкновения пылевых частиц, сорбировавших на себе газы и вещества, синтезированные в разогретой туманности. Сталкивавшиеся частицы слипались (происходила аккреция). Процесс аккреции шел крайне неравномерно, вследствие чего стали образовываться тела разного размера. Немногие тела достигли крупных размеров. На завершающих этапах формирования этих тел – будущих планет – решающую роль сыграли силы гравитации: на протопланеты сплошным потоком падали более мелкие образования. При столкновениях выделялось тепло. Образовавшиеся в горниле термоядерного котла молодого Солнца и периодически выбрасываемые в окружающее пространство короткоживущие радиоактивные элементы сорбировались на пылинках и увеличивали разогрев укрупнявшихся тел.
На завершающих стадиях формирования планет их поверхность, в том числе поверхность прото-Земли, оказалась расплавленной. Когда материал для аккреции был в значительной степени исчерпан, начался процесс остывания планет. Анализ изотопного состава радиоактивных семейств в сохранившихся с тех пор минералах, занесенных на Землю как метеориты, позволил оценить минимальный возраст Солнечной системы в 4.5695 млрд лет (Baker et al., 2005). Реальность описанного выше процесса формирования Солнечной системы подтверждается современными астрономическими наблюдениями. Обнаружено много космических объектов, которые представляют собою звездные системы на разных стадиях формирования: от только приступивших к сжатию туманностей до быстро вращающихся дисков с молодой звездой в центре (Habing et al., 1999).
Медленное вращение многих зрелых звезд, в том числе нашего Солнца, связывают с присутствием планет, которые берут на себя часть момента количества движения системы. Именно эти наблюдения позволили с достаточной степенью уверенности описать поэтапно процесс формирования из газовой туманности нашего Солнца и обращающихся вокруг него тел. С другой стороны, исследование Солнечной системы изнутри позволяет представить структуру других планетных систем, т. к. основные принципы их формирования должны быть общими. А это означает, что внутренние (ближайшие к звезде) планеты – небольшие и плотные (как Земля), а внешние – большие и рыхлые (как Юпитер и Сатурн). Крупные планеты уже обнаружены около многих звезд. При этом использованы такие методы как фотометрия (определялось периодическое снижение яркости звезды при прохождении планеты перед диском звезды), допплеровская техника, позволяющая определять изменения скорости приближения или удаления звезды при ее движении по орбите, вызванные взаимодействием звезды с крупной планетой (или планетами). В разных звездных системах уже обнаружено около двадцати планет, подобных Юпитеру, и даже более крупных. До настоящего времени не удалось выявить планеты, по размерам близкие Земле, обращающиеся вокруг других звезд или вокруг крупных планет, хотя существует полная уверенность, что они присутствуют во многих звездных системах (Lissauer, 1999). Для обнаружения этих планет необходимо существенно повысить чувствительность аппаратуры, в том числе оптических и радиотелескопов. Усовершенствование спектральных методов позволит не только обнаружить подобные Земле планеты, но и непосредственно их исследовать, в частности провести анализ поверхности планет и их атмосферы. По мнению многих специалистов, новых открытий следует ожидать уже в течение ближайших десяти-двадцати лет. Однако в настоящее время могут быть исследованы только объекты Солнечной системы и, в первую очередь, сама Земля.