Вопросы о том, существуют ли внеземная жизнь в общем, и разумная жизнь, в частности, являются двумя из самых интригующих в современной науке. Открытие внеземной жизни, несомненно, приведет к революции в науке. Которая будет конкурировать с открытиями Коперника и Дарвина. Так какова же вероятность того, что Земля уникальна в возникновении и поддержании жизни?
Поиск жизни в космосе
Недавние наблюдения, проведенные с использованием космических телескопов Хаббл, Спитцер и Кеплер позволяют произвести хотя бы приблизительную оценку этой вероятности. Астрономы обнаружили, что примерно одна из пяти (22%) звезд в Млечном Пути имеет планету размером с Землю, которая находится в так называемой обитаемой зоне своей звезды.
Обитаемая зона – это область вокруг звезды, в которой не слишком тепло и не слишком холодно. И жидкая вода вполне может существовать на поверхности планеты, которая находится в этой зоне. Это, конечно, не означает, что на этой планете обязательно возникнет жизнь. Просто планета, которая находится в обитаемой зоне, удовлетворяет хотя бы некоторым из необходимых условий для ее появления.
Сколько таких планет существует в Млечном Пути? В нашей Галактике насчитывается около 100 миллиардов солнцеподобных звезд. Это означает, что количество пригодных для жизни планет вокруг этих звезд около 20 миллиардов. Теперь оценим, сколько галактик существует в космосе. Оценки, полученные от Хаббла дали ученым число примерно в 200 миллиардов. Это в наблюдаемой части Вселенной. Нужно учесть, что не все из галактик столь же велики, как Млечный Путь. Однако некоторые из них имеют намного большие размеры.
Если использовать закон больших чисел, и существует только одна планета (Земля) с жизнью на ней, вероятность того, что планета будет поддерживать жизнь – один шанс из четырехсот миллионов триллионов. Более того, любое отклонение от этой вероятности (скажем, в 1000 раз, что возможно) привело бы к тому, что вообще не было бы планет с жизнью на них. Это делает маловероятным то, что мы – единственные во Вселенной.
Жизнь рядом
Результаты исследований говорят о том, что ближайшая из обитаемых планет, возможно, находится примерно в 12 световых годах от нас. Это делает такие планеты первоочередными мишенями для планирующегося к запуску космического телескопа «Джеймс Уэбб». А также для будущих оптико-ультрафиолетовых телескопов. Они будут искать биомаркеры – признаки жизни в атмосферах экзопланет.
Тем не менее разумные цивилизации могут быть достаточно редким явлением. И это сделает среднее расстояние между такими цивилизациями в Млечном Пути довольно большим. Что же думает современная наука о характеристиках внеземной жизни?
Астробиология – это быстро развивающаяся междисциплинарная область исследований. Ее цель – исследовать происхождение, частоту появления и эволюцию жизни во Вселенной. До сих пор мы знаем только один пример жизни – на Земле. Поэтому астробиология, как правило, исходит из предположения, что с точки зрения основных требований внеземная жизнь должна напоминать земной «шаблон».
Ингредиенты, которые, как представляется ученым, имели решающее значение для возникновения жизни на Земле, таковы: определенный уровень экологической стабильности (например, не слишком много упавших астероидов); наличие жидкой воды; температуры и уровни излучения должны быть не слишком экстремальны; надежный источник энергии (Солнце); и наличие определенных элементов, таких как кислород, углерод и фосфор.
Альтернативная биохимия
Разумно предположить, что многие или, возможно, даже все эти ингредиенты необходимы для возникновения жизни в любом месте. В конце концов, углерод, например, совершенно уникален по своей способности образовывать сложные молекулы. Но пока мы не нашли инопланетную жизнь. И не знаем наверняка, какие из перечисленных составляющих абсолютно необходимы для ее появления.
Вся жизнь на Земле зависит от ДНК и РНК. Они необходимы для поддержания воспроизводства, выдачи инструкций на молекулярном уровне и обеспечения наследственности. Означает ли это, что ДНК универсальна во всем космосе? На самом деле это трудно поверить. Но исследования показывают, что наша ДНК могла бы продолжать функционировать даже после введения искусственно созданных оснований в ее молекулярную структуру. Аналогичным образом, различные генетические коды могут быть использованы для создания аминокислот, которые являются строительными блоками белков. Кроме того, одним из столпов теории эволюции Дарвина посредством естественного отбора является концепция общего предка. По его словам, «все органические существа, которые когда-либо жили на Земле, произошли из какой-то изначальной молекулы». Это означает вот что: тот факт, что вся жизнь на Земле использует одну и ту же ДНК, не удивителен. И это означает, что ДНК может быть не уникальным явлением. И не единственным механизмом, используемым для существования и развития жизни.
Биохимия, обеспечивающая возникновение жизни, также может быть не единственно возможной. Мы обычно обсуждаем процессы, основанные на углероде и кислороде. Однако некоторые исследователи предположили, что сера и железо могут быть потенциальными альтернативами. Например, в средах вокруг гидротермальных отверстий океанского дна. Существование форм жизни, которые выживают и даже размножаются в условиях, которые для нас кажутся экстремальными (например, очень холодные или очень жаркие температуры, высокая степень засоления), также предполагает, что жизнь очень многообразна. Все это означает, что единственная известная нам форма жизни может сделать наши представления о других возможных ее формах слишком предвзятыми.
Биомаркеры
Какие шаги предпринимают астробиологи, чтобы обнаружить биомаркеры на далеких экзопланетах? Хотя трудно представить, что внеземная жизнь не существует в нашей галактике Млечный Путь, даже ближайшая планета, имеющая жизнь, может быть удалена от нас на десятки световых лет. Это означает, что наш лучший выбор для обнаружения такой жизни – это дистанционные наблюдения с помощью больших телескопов. В частности, будущие телескопы будут изучать атмосферы экзопланет для поиска характерных биомаркеров, которые производятся только жизненными процессами.
Интересно, а как другая цивилизация могла бы понять об обитаемости Земли? Если бы эта цивилизация наблюдала Землю с расстояния десятков световых лет? Одним из маркеров существования на Земле жизни может быть относительно высокое содержание в ее атмосфере кислорода. А так же наличие озона. Эта молекула состоит из трех атомов кислорода. Да, небольшое количество этого кислорода попадает в атмосферу Земли после разложения молекул воды излучением Солнца. Однако подавляющее большинство молекул кислорода попадает в атмосферу в результате фотосинтеза, производимого растениями и бактериями.
Озоновый слой играет решающую роль в блокировании ультрафиолетового излучения Солнца. И эта защита позволяет образовываться сложным молекулам. Водяной пар в атмосфере Земли (и связанный с ним выход жидкой воды на поверхность) может быть еще одним положительным индикатором потенциального существования жизни на Земле для удаленного наблюдателя. Самое главное, однако, для биорегуляции жизни – это атмосфера, которая выходит за пределы термохимического равновесия.
Астробиологи, наблюдая за атмосферой экзопланет, будут искать газы, обилие которых не соответствует ожидаемым при равновесных химических процессах.
