Впервые в истории вопрос существования внеземных форм жизни вышел за рамки философии и научной фантастики.
Крис Маккей начал свои поиски внеземной жизни в 1976 году, когда на Марс сели «Викинг-1» и «Викинг-2». Первая посадка на Марс — это, бесспорно, важное событие, но Криса — тогдашнего первокурсника магистратуры — она особенно взволновала, потому что спусковые аппараты нашли то, что можно было принять за признаки жизни на красной планете.
Космические аппараты зафиксировали, что что-то в почве — возможно, микробы — поглощает питательные элементы и производит газы, например, диоксид углерода. Но когда инструменты не обнаружили никаких органических молекул, которые являются строительным материалом любого организма, ученые сделали вывод: нет, пришельцев здесь нет.
Однако некоторые ученые, в частности Крис Маккей, до сих пор сомневаются в толковании данных с «Викингов», которые, однозначно не доказывая существование жизни на Марсе, в то же время очень интригуют. По словам Маккея, сейчас планетолога в Исследовательском центре Эймса — подразделении НАСА, эти данные побудили его углубиться в астробиологию, несмотря на предостережения со стороны других ученых. «Мне не просто этого не советовали, — вспоминает он, — с меня откровенно смеялись из-за увлечения этой отраслью науки».
Сорок лет спустя он может утешиться тем, как изменились мысли в научном сообществе. Космические корабли-роботы продолжают исследовать солнечную систему, посещая планеты, спутники и астероиды — и находят водянистые среды, где могла бы существовать микробная жизнь.
Существование живых пришельцев в Солнечной системе, не только на Марсе — это реальная возможность.
За пределами Солнечной системы астрономы нашли тысячи миров. По их оценке, только в нашей Галактике могут быть сотни миллиардов планет. Многие из них могут быть подобными Земле, с океанами, атмосферой и — да! — жизнью.
В ближайшие десятилетия, с помощью новых роботов и телескопов, ученые планируют продолжать поиски признаков жизни в Солнечной системе и за ее пределами. «Есть немалый шанс, что уже в начале 2030-х годов мы найдем землеподобные планеты и доказательства жизни на них», — утверждает Джим Кастинг, планетолог из Университета штата Пенсильвания, США.
Впервые в истории человечества ученые имеют план и возможность узнать, что мы не одни. «Это прекрасно, что науке в конце концов будет что сказать по этому вопросу, не оставляя его исключительно философии, — говорит астроном Джейсон Райт, тоже с Университета штата Пенсильвания. — Да, это вопрос до сих пор непростой, но он непреодолимо нас манит».
Завоеватели галактик
Несомненно, из всех форм инопланетной жизни нам больше всего хотелось бы найти разумных существ: таких, как в фильме «Инопланетянин» или романе Карла Сагана «Контакт». Несмотря на инцидент в Розуэлле и события фильма «Зона 51», таких близких встреч еще не произошло. Впрочем, ученые стремятся к ним уже много десятилетий, пытаясь поймать радиосигналы из отдаленных цивилизаций. Сегодня, например, институт SETI использует для прослушивания сигналов антенную решетку Аллена.
Недавно г-н Райт возглавил проект поиска высокоразвитых цивилизаций, которые колонизировали целые галактики. В 1960-х годах физик Фримен Дайсон выдвинул идею о том, что иностранцы могут удовлетворять энергетические потребности своей цивилизации через энергию от звезд своих планет. От потребления этой энергии — для питания компьютеров, космических кораблей и т.д. — излучается тепло, подобно тому, как нагревается ваш компьютер при использовании. Если бы такая цивилизация захватила какую галактику, эта галактика излучала бы больше тепла, и по этому признаку ее можно было бы найти.
Тщательно изучив снимки 100 тысяч галактик, сделанные орбитальным телескопом WISE, команда Райта ничего не нашла. Но такой метод обнаружил бы только передовую чужую цивилизацию — завоевателя галактик. Возможно, иностранцы ограничиваются своими планетами? Чтобы это выяснить, говорит Райт, надо детальнее исследовать каждую галактику в поисках внутри регионов, которые производят больше тепла. «Это было бы очень странно, — говорит он. — Не думаю, что этому можно было бы найти естественное объяснение».
Тем не менее, мечта найти разумных пришельцев кажется невыполнимой. В конце концов, жизнь на земле существует около 3,5 млрд лет, а разумная жизнь (конечно, если считать людей разумными) — лишь последние 200 тысяч лет. Большую часть земной истории, нашу планету населяли лишь примитивные микроорганизмы. Если мы и найдем где-то жизнь, скорее всего она будет микробной. Не исключено, что это произойдет прямо в нашем «космическом дворе».
Инопланетные соседи
Одно из мест интересных потенциальных исследований — Титан, самый большой спутник Сатурна. Он имеет плотную атмосферу и единственный из тел солнечной системы покрыт морями и озерами — правда, заполнены они не водой, а жидким метаном. Ученые убеждены, что жидкость важна для жизни, но это может только означать, что существа на Титане существенно отличаются от землян.
Это не значит, что жизнь там невозможна — разве что менее вероятно. Живым существам на Титане также пришлось бы выносить чрезвычайно холодную температуру — около −180 градусов по Цельсию.
Для жизни в известном нам смысле этого слова, самый важный ингредиент — это жидкая вода. А космические корабли неоднократно убеждаются, что Солнечная система достаточно мокрая. В марте наблюдения телескопа «Хаббл» позволили предположить, что под поверхностью Ганимеды, крупнейшего спутника Юпитера, находится океан. Прямо сейчас, космический аппарат Dawn находится на орбите Цереры, карликовой планеты в поясе астероидов, которая на 40% состоит из воды (по объему) и тоже, возможно, содержит почвенный океан.
Среди других возможных убежищ жизни — Марс, спутник Сатурна Энцелад и спутник Юпитера Европа. Что касается Марса, то скорее всего, что жизнь существовала на нем в прошлом, когда эта планета была теплой и полной рек и озер. Сегодня Марс пустынный и негостеприимный для живых существ.
Впрочем, микроорганизмам, возможно, удается как-то существовать под его поверхностью. «По моему мнению, шансы существования жизни на Марсе — где-то 50/50», — говорит г-н Кастинг. Но если она и существует, то вероятно, не менее чем на километре глубины, где достаточно тепло, чтобы вода принимала жидкую форму. Однако, чтобы точно это подтвердить, необходимо, чтобы туда прибыли астронавты и пробурили скважину.
Для обнаружения жизни на Европе также необходимы скважины. Потенциально заселенный там океан покрыт толстым слоем льда — возможно, в несколько километров толщиной. Ученые уже много лет хотят посетить Европу и, возможно, скоро будет такой шанс. Проект бюджета на 2016 год, представленный Белым домом, включает 30 млн долларов на эту космическую миссию. И высадиться и пробурить скважину сложно и дорого, поэтому, даже если миссию и утвердят, наверное, она будет заключаться только в исследованиях из космоса.
Вот почему г-н Маккей считает, что лучше направить усилия на Энцелад, который тоже, вероятно, имеет подземный океан. «С осознанием того, какая трудная Европа и насколько недоступен ее океан, людей больше привлечет Энцелад», — говорит он. Недавно он принимал участие в разработке предложения миссии НАСА на Энцелад.
Этот ледяной спутник стал первоочередной приманкой для исследователей в 2009 году, когда космический аппарат Cassini заметил струи воды, которые били на сотни километров в космос. Эти струи, выходящие прямо из почвенного океана, могут содержать прямые доказательства жизни. «Остается только пролететь сквозь струи воды с Энцелада, — говорит г-н Маккей. — Это лучший шанс обнаружить, есть ли там жизнь». И бурить ничего не нужно.
Молекулы жизни
Такая миссия, направленная на выявление пришельцев, обращала бы внимание на два типа молекул: липиды и аминокислоты. Липиды включают жиры и масла; они важны для структуры и функционирования клеток. Аминокислоты же — это строительный материал для белков.
Интересно, что аминокислоты существуют в двух вариантах, являющихся зеркальным отражением друг друга, как левая рука и правая. Из 20 аминокислот, образующих жизнь на земле, 19 являются левосторонними. Аминокислоты биологического происхождения, вероятно, имеют преимущественно ту же ориентацию, рассуждают ученые. Обретение таких молекул было бы явным намеком на существование жизни. «Это был бы джекпот!» — мечтает г-н Маккей.
Впрочем, он признает, что этот сценарий граничит с фантастикой. Микроорганизмы могут не даться так легко в руки, или их может вообще там не быть. Космические миссии требуют времени и финансирования, поэтому, если один корабль ничего не найдет, следующей попытки придется ждать много лет.
Возможно, более высокие шансы на успех лежат за пределами нашей Солнечной системы, среди миллиардов других планет в Галактике. Миссия Солнечной системы может посетить только одно место за один раз, тогда как космический телескоп легко может постигать десятки или даже сотни потенциально обитаемых миров. Вместо липидов или аминокислот, такие телескопы искать другие молекулы кислород и другие газы, свидетельствующие о присутствии живых пришельцев.
Вынюхивание пришельцев
После бесспорного успеха космического телескопа «Кеплер», который открыл тысячи планет, в 2017 году НАСА запланировало запустить телескоп TESS (англ. Transiting Exoplanet Survey Satellite). Как и «Кеплер», TESS будет искать планеты, которые обходят свои звезды, проявляясь как точки тени на свете от звезды. Но, в отличие от «Кеплера», TESS сосредоточит поиски на планетах, близких к Земле, которые, соответственно, будет легче исследовать, в частности с целью обнаружения жизни.
Ученые, «охотятся» на чужих, которые особенно обрадовались новости о TESS, поскольку согласно планам он будет осуществлять предварительный отбор планет для исследования телескопом Джеймса Уэбба, который после запуска в 2018 году будет исследовать эти планеты на предмет наличия атмосферных газов, которые могут свидетельствовать о жизни.
Идея заключается в следующем: когда планета находится в позиции перед звездой, часть света от звезды проникает в атмосферу планеты, которую видно как тонкий контур вокруг диска планеты. В зависимости от ее химического состава, атмосфера поглощает световые волны определенной длины. Измерив, какие волны через нее проходят, астрономы могут идентифицировать газы, из которых состоит атмосфера.
Астрономы уже исследовали атмосферы различных планет с помощью «Хаббла», и действенность их методов была подтверждена. Однако мощный телескоп Джеймса Уэбба позволит еще подробнее анализировать состав атмосфер.
Один из газов, который они надеются найти, — это кислород, который недолго задерживается в одиночестве, стремясь вступить в реакции с другими веществами. Итак, чтобы поддерживать в атмосфере значительное количество кислорода, планете необходимо что-то для восстановления его запасов — что-то живое. На Земле эта задача решается растениями и бактериями.
По сравнению с исследованиями Марса или даже Энцелада, это кажется вероятным способом найти жизнь. «Если бы я сегодня делал ставки, я бы поставил на нахождение кислорода на какой-то из экзопланет», — говорит г-н Маккей.
Но кислород — это лишь один газ. Земляне, например, производят тысячи различных газов (вспомните только все запахи от людей, животных и растений). Впрочем, только некоторые из них продуцируются в достаточном количестве, чтобы их можно было обнаружить из космоса, поэтому астрономы пытаются выяснить, какие газы можно считать надежным показателем существования жизни. Среди номинантов — метан и диметилсульфид, которые на Земле производятся фитопланктоном.
Конечно, обнаружение газов еще не равно выявлению жизни. Неодушевленные вещи, например, термальные источники и вулканы, могут выдавать на-гора многие из тех же веществ. Чтобы определить, имеет ли определенный газ биологическое происхождение, астрономы должны исследовать химические и другие свойства планеты.
Даже при положительном результате, при отсутствии сообщений от инопланетян, астрономы смогут утверждать лишь о большей или меньшей вероятности инопланетной жизни. «Мы не будем точно уверены, что жизнь там существует, но сможем проработать все возможные сценарии и определить вероятность этого», — говорит Сара Сигер, астроном из Массачусетского технологического института.
Другая проблема — никто не знает, какие формы может иметь инопланетная жизнь, поэтому все гипотезы так или иначе оперируют земными биологическим признакам. «Нельзя мыслить слишком узко и искать только что-то вроде земных форм, — говорит г-н Райт. — В то же время нельзя опираться на слишком размытые обобщения, когда ты сам не знаешь, чего ищешь».
Чтобы выйти за ограничения земных представлений, г-жа Сигер хочет идентифицировать все газы, которые могут стабильно существовать в атмосфере в достаточном количестве независимо от того, производятся ли такие газы на Земле. Чтобы выявить, можно ли считать их надежными признаками жизни, они должны работать в обратном порядке, реконструируя биологические процессы, через которые эти газы образовались, и таким образом устанавливая их источник.
Время действовать
Если телескоп Джеймса Уэбба обнаружит жизнб, это будет большая удача. Его разрабатывали за много лет до того, как астрономы узнали, что в Галактике существуют миллиарды планет; соответственно, он не предназначен для поисков планет и пришельцев.
TESS найдет тысячи планет, но только некоторые из них будут пригодны для исследования телескопом Джеймса Уэбба. Для этого планета не должна быть слишком малой по сравнению со своей звездой. Иначе мощный свет от звезды ослепит тень от планеты, и видимость атмосферы будет ничтожно малой. Как сравнивает г-жа Сигер, исследование планеты на фоне звезды похоже на исследование светлячка в световом потоке прожектора, с расстояния в 1,5 тысячи км.
«Это будет непросто, — говорит она. — Мы будем иметь разве что горстку планет, пригодных для поисков жизни».
Телескопы Джеймса Уэбба и TESS ограничены уже самой необходимостью дождаться, пока планета пройдет перед звездой — а такое совпадение циклов не всегда возможно. Если телескоп Джеймса Уэбба ничего не обнаружит, придется ждать специально разработанного телескопа, который не будет зависеть от орбитальных движений.
Такой телескоп сможет рассматривать планету непосредственно, но для этого необходимо как-то заблокировать свет от звезды этой планеты. Г-жа Сигер как раз работает над разработкой, которая постепенно сделает это возможным. Это отдельный корабль, получивший название Starshade («Звездная тень»). Он разворачивается, как зонт, блокируя свет от звезды и позволяя отдельному космическому телескопу рассматривать планету.
При успехе этого проекта телескоп сможет исследовать планету размером примерно как Земля, которая движется по орбите звезды размером с Солнце. TESS на это не способен, потому что яркость такой звезды ослепляет и не позволяет видеть планету. Ученые получат доступ к большему количеству потенциально обитаемых планет, к тому же сопоставимых с Землей, и шансы на нахождение жизни возрастут. «Если мы будем иметь такой телескоп, думаю, у нас будут хорошие шансы на успех», — соглашается г-н Кастинг.
В конце концов, огромное количество и разнообразие планет — это уже хорошее основание для оптимизма в поисках инопланетной жизни. «Мы знаем, что у планет есть атмосферы, мы уже многие из них обнаружили, поэтому впервые в истории мы имеем уникальные возможности, — заключает г-жа Сигер. — И упустить их будет неразумно».
Маркус Ву / BBC Earth
02.11.2015