Джон Уиллис
Все эти миры — ваши
Научные поиски внеземной жизни
Редактор А. Никольский
Переводчик Т. Китаина
Научный редактор Д. Вибе, д-р физ. — мат. наук
Корректоры М. Ведюшкина, М. Миловидова, М. Савина
Руководитель проекта И. Серёгина
Компьютерная верстка А. Фоминов
Дизайн обложки Ю. Буга
Фото на обложке NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
© Jon Willis, 2016
Originally published by Yale University Press
© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2018
© Электронное издание. ООО «Альпина Диджитал», 2018
Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает серию «Библиотека „Династия“». Дмитрий Борисович Зимин — основатель компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» и фонда «Московское время».
Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо знакомые читательской аудитории: издание научно-популярных переводных книг «Библиотека „Династия“», издательское направление фонда «Московское время» и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель».
Подробную информацию о «Книжных проектах Дмитрия Зимина» вы найдете на сайте ziminbookprojects.ru.
Розе и Саре.
Спасибо небу за этих девочек
Предисловие
Все эти миры — ваши, кроме Европы. Не пытайтесь высадиться на нее. Используйте их сообща. Используйте их мирно.
Все эти миры — ваши. Назвав так книгу, я хотел показать, что поиски жизни во Вселенной как в практическом плане, так и в плане научных выводов доступны каждому, кто интересуется естествознанием. Цитата взята из романа Артура Кларка «2010: Одиссея Два»[1], и выбор научно-фантастического романа был абсолютно осознанным.
Многие наши предубеждения относительно внеземной жизни сформировались под влиянием книг и кинофильмов. Подобные произведения часто оставляют сильное впечатление, но они куда больше говорят нам о создавших их людях, чем о неведомых инопланетянах. Однако в итоге у нас возникают определенные представления о том, какие формы может принимать инопланетная жизнь и будут ли пришельцы пытаться войти с нами в контакт, начнут нас поедать сразу или же сначала войдут в контакт, а затем начнут поедать.
Возможно, кому-то эти представления покажутся антропоцентричными, но всякий раз, когда я читаю студентам университетов курс, посвященный поиску жизни во Вселенной, меня поражает, как легко они выходят за рамки общеизвестных штампов и с каким воодушевлением узнают, что ученые давно превзошли писателей-фантастов в плане выдвижения новых и смелых идей.
В результате этих размышлений родилась книга, которую вы держите в руках.
Глава 1. Чужие вокруг нас
Существуют ли инопланетяне? Есть ли жизнь за пределами нашей планеты? Думаю, да. И скорее всего, населенных миров великое множество. Откуда у меня такая уверенность? Почему я в этом убежден настолько, что даже решился написать целую книгу для ответа на этот вопрос? Моя уверенность в значительной степени основана на математических выкладках. Вселенная, как мы знаем, огромна, возможно даже бесконечна. Не надо быть знатоком математики, чтобы понять, что бесконечность — это очень много. Настолько много, что, даже если вероятность какого-то события, например возникновение жизни, ничтожно мала, все равно оно когда-нибудь произойдет. Пусть шанс, что выигрыш выпадет на задуманное вами число, мал, но все-таки он не равен нулю, и если вам позволено ставить на него бесконечное количество раз, то рано или поздно вам обязательно повезет. В бесконечной Вселенной возможно все. Однако такая логика в каком-то смысле обескураживает: в соответствии с подобными рассуждениями внеземная жизнь разбросана всюду, даже по самым удаленным уголкам мироздания. Гораздо интереснее размышлять о том, где можно найти инопланетную жизнь, какие формы она принимает, какой у нее обмен веществ и как мы могли бы с ней взаимодействовать. Но, как мы увидим в последующих главах, найти ответы на эти вопросы гораздо трудней, чем уверенно заявить о существовании иной жизни в космосе.
А что, если немного изменить вопрос? Есть ли у нас какие-либо научные доказательства существования жизни во Вселенной за пределами Земли? В настоящий момент ответ на этот вопрос, несомненно, будет отрицательным‹‹1››. Возможно, это объясняется тем, что никакой другой жизни, кроме земной, в космосе действительно не существует. Однако, если вспомнить, что говорилось выше, жизнь во Вселенной определенно есть, просто пока нам не удалось ее обнаружить. Мы недостаточно вглядывались и вслушивались в дальний космос, чтобы различить в нем признаки жизни. Более того, вполне возможно, что у нас уже имеются научные свидетельства существования внеземной жизни, только до сих пор они не признаны в качестве неопровержимых доказательств — мы еще затронем эту тему.
‹‹2›› Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.
‹‹3›› Строительные материалы, научная и общественная жизнь, теплая постель.
‹‹4›› Скиапарелли использовал 22-см телескоп, Лоуэлл имел в своем распоряжении 30- и 40-см телескопы.
‹‹5›› Но, разумеется, не для Майкла Брауна и Международного астрономического союза. Советую почитать «Как я убил Плутон и почему это было неизбежно» (How I Killed Pluto and Why It Had It Coming) — прекрасно изложенную историю «падения» планеты.
‹‹6›› Ага! Новая единица измерения! Минимальная температура, которой может обладать физическое тело, равна –273 °C. При этой температуре тело не обладает тепловой энергией. Первоначально это значение назвали «градус Кельвина». Поскольку изменение на одну единицу одинаково для шкал Цельсия и Кельвина, 0 °C эквивалентно 273 °K.
‹‹7›› Что я имею в виду? Ну, 0,1 отличается от единицы на один порядок или на одну десятую. Возьмите число 1×10–10. Оно отличается от 1 на 10 порядков. Это действительно малое число по сравнению с единицей.
‹‹8›› Бактерии и археи представляют две ветви нашей современной трехдоменной классификации клеточных форм жизни. Бактерии и археи — одноклеточные прокариоты (клетки, лишенные выраженных ядер). Третья ветвь, эукариоты, включает одноклеточные и многоклеточные организмы, клетки которых имеют ядра. Вы являетесь представителем домена эукариотов. Хотя трехдоменная система может показаться менее наглядной, чем классификация, основанная на внешних признаках (например, наличие позвоночника, глаз, противопоставленного большого пальца), она проще и более эффективна, поскольку основана на биохимии живых организмов.
‹‹9›› Докажите, что я не прав.
‹‹10›› Ну, например, можно каждый день с утра пораньше ронять на землю яблоко, но было бы странно ожидать, что закон всемирного притяжения вдруг на него не подействует.
‹‹1›› Вытяните руку перед собой и посмотрите на свой мизинец. Он образует угол примерно в один градус. Угловой размер Солнца (и полной Луны, на которую можно смотреть без вреда для зрения), если смотреть на него с Земли, составляет половину этой величины.
‹‹2›› Я не буду здесь говорить обо всех достижениях Эйнштейна. Достаточно сказать, что появившаяся в 1915 г. общая теория относительности дала объяснение гравитации в терминах взаимосвязи между материей, энергией и геометрией пространства-времени.
‹‹3›› Это утверждение справедливо для нашего времени, но что случится в отдаленном будущем? Современные наблюдения показывают, что скорость расширения Вселенной увеличивается. Если это правда, то расширение космологического горизонта замедлится и в конце концов остановится на каком-то фиксированном уровне. Со временем все галактики во Вселенной, гравитационно не связанные с галактикой Млечный Путь, удалятся за этот горизонт. Если учесть, что звезды, сияющие сегодня на нашем ночном небе, превратятся к тому времени в звездные останки (черные дыры и холодные нейтронные звезды или белые карлики), каким темным и пустынным будет наш небосклон!
‹‹4›› Я буду придерживаться качественного подхода к описанию истории ранней Вселенной.
‹‹5›› А что, если бы уничтоживший динозавров астероид не столкнулся с Землей? Это большой и интересный вопрос, которого я не коснусь в этой книге даже поверхностно.
‹‹6›› Это также название очень хорошей книги, написанной Примо Леви.
‹‹7›› Одна десятимиллионная.
‹‹8›› Строго говоря, для того, чтобы два ядра слились в одно, нужна лишь высокая температура. Но без высокой плотности таких ядер будет очень мало.
‹‹9›› Если масса звезды выше, то даже давления вырожденного нейтронного газа будет недостаточно. После определенного предела формируется черная дыра.
‹‹10›› Тяжелее гелия.
‹‹11›› Да, и Плутон среди них.
‹‹1›› Удивительно, что в 1948 г. математик и создатель первых ЭВМ Джон фон Нейман использовал очень похожее определение жизни (в данном случае искусственной) во время одной из лекций, посвященных общей теории автоматов. Его идеи предвосхитили наши сегодняшние представления о молекулярной генетике.
‹‹2›› В основном благодаря наличию углекислого газа, метана и водяного пара в небольших, но значимых количествах.
‹‹3›› Плюс небольшое количество тепла, выделяемого при распаде радиоактивных элементов внутри Земли.
‹‹4›› Этот абзац можно считать коротким вступлением к теории эволюции. Если вы хотите глубже понять теорию Дарвина, я бы посоветовал вам следующий подход, состоящий из двух этапов: первый — прочтите книгу Ричарда Докинза «Слепой часовщик», второй этап — вернитесь в начало и повторяйте первый этап до тех пор, пока не достигнете понимания (Докинз Р. Слепой часовщик. — М.: Corpus, 2015).
‹‹5›› Для сравнения хочу напомнить, что самые старые метеориты имеют возраст 4,57 млрд лет, что считается верхним пределом возможного возраста Солнечной системы.
‹‹6›› Возможно, вы также знакомы с углеродом-14 (6 протонов и 8 нейтронов). В отличие от обычного углерода, 14C неустойчив и превращается в азот с периодом полураспада приблизительно 5000 лет — в геологическом масштабе почти мгновенно.
‹‹7›› Геохимическая летопись не позволяет нам определить, как эта ранняя жизнь преобразовывала углерод — как правило, в форме CO2 — в энергию. Мы не знаем, происходило это в результате реакции фотосинтеза (с выделением кислорода или без) или посредством биосинтеза метана (метаногенеза). Сведения не сохранились. Приходите в следующем эоне, может, ситуация прояснится.
‹‹8›› Формула такова: 6CO2 + 6H2O + энергия → C6H12O6 + 6O2.
‹‹9›› Правила приличия не позволяют мне назвать это событие величайшим отравлением в истории планеты.
‹‹10›› Его также находили в ядерных реакторах. Это живое воплощение утверждения Ницше: «То, что нас не убивает, — делает сильнее».
‹‹11›› Вы можете заменить эксперимент Миллера — Юри с маленьким теплым водоемом на другой, в котором будут воспроизводиться, например, условия в гидротермальных источниках срединных океанических хребтов. Постановка эксперимента изменится, но идеи, которые за ним стоят, останутся, в сущности, такими же.
‹‹12›› Вы можете спланировать собственный вариант эксперимента Миллера — Юри, но для этого потребуется воспроизвести условия космического вакуума и запастись изрядным терпением.
‹‹13›› Я часто задумывался над этим вопросом, когда играл в настольную игру «Первичный бульон».
‹‹1›› Если бы это был вопрос на миллион долларов! Тогда для ответа на него хватило бы одного исследовательского гранта.
‹‹2›› Представьте себе мускулистого Зевса (Юпитера) в обтягивающей футболке с надписью SUN (Солнце), и вы никогда больше не забудете порядок следования внешних планет — Сатурн, Уран и Нептун.
‹‹3›› Ватт — это единица мощности, или количества энергии, которое получает система за единицу времени. Для сравнения: чайник использует приблизительно 2000 Вт мощности, когда кипятит вам воду для чая. Общее количество энергии, потребовавшееся на кипячение воды, — это мощность чайника, умноженная на время, затраченное на кипячение. Если мощность измерять в ваттах, время в секундах, то тогда энергия будет выражаться в джоулях. Единицы измерения — великая вещь!
‹‹4›› Также известная как температура абсолютно черного тела в соответствии с традицией физиков XIX в., которые разработали математические основы теории.
‹‹5›› Подзаголовок объясняется тем, что студенческая аудитория реагировала на слово, содержащее приставку «пан», еле сдерживаемым хихиканьем.
‹‹6›› А как же, возразите вы, ALH84001 — марсианский метеорит, в котором, как утверждалось, были обнаружены микрофоссилии примитивных микроорганизмов? Вам придется потерпеть до главы, посвященной Марсу, в которой я собираюсь приоткрыть эту банку с микрочервями.
‹‹7›› Прошу прощения, но тут я снова заставлю вас подождать до главы, посвященной Марсу.
‹‹8›› Класс метеоритов SNC, включающий шерготтиты, наклиты и шассиньиты.
‹‹9›› Миссия «Кассини» завершилась 15 сентября 2017 г., когда космический аппарат прошел вблизи внутреннего кольца Сатурна (кольца D), после чего погрузился в атмосферу планеты и разрушился.