Дмитрий Вибе : Солнечная система как прототип обитаемой планетной системы

Конспект

В XV веке кардинал Николай Кузанский написал трактат «Учёное невежество», где рассуждал так: если мы считаем себя единственными во Вселенной, мы тем самым ограничиваем всемогущество Творца. Раз Бог создал бесконечную Вселенную, значит, в ней непременно живёт кто-то ещё. Спустя пять с половиной столетий телескопы, лазеры и радиоантенны так и не нашли этих «кого-то». А вопрос — одиноки ли мы в бескрайнем космосе — остаётся, пожалуй, самым будоражащим из всех, что задаёт себе человечество. И чтобы хоть как-то на него ответить, нам приходится всматриваться в единственный доступный образец обитаемого мира — нашу собственную Солнечную систему.

Почему наука спотыкается на единственном экземпляре

Солнечная система устроена на удивление логично. Почти вся её масса заперта в Солнце, а всё вращение отдано планетам. Ближе к светилу — каменные миры из тугоплавких веществ, дальше — газово-ледяные гиганты, а между ними и за ними два пояса астероидов. Существует эта конструкция больше 4,5 миллиарда лет, и первые сотни миллионов из них были совсем неспокойными. То состояние, которое мы видим сейчас, — причудливая смесь неизбежных закономерностей и чистой случайности. И главное её свойство: она оказалась пригодной для жизни.

Вот тут и кроется научная ловушка. Наука отвратительно работает с тем, что существует в единственном экземпляре. Представьте график: по горизонтали — время, по вертикали — некое условное благополучие, и на нём всего одна точка — мы сами. Куда двигаться дальше? Вверх, вниз? Одна-единственная точка не подскажет ничего. А будь на графике хотя бы вторая обитаемая система, нам стало бы куда легче заглядывать и в своё прошлое, и в своё будущее. Есть и более простой мотив — страх. Вселенная невообразимо велика, и находиться в ней в полном одиночестве немного жутковато. Хочется верить, что есть кто-то ещё, кто, если что, придёт на помощь.

Три века уверенности, что во Вселенной тесно от соседей

Забавно, но большую часть своей истории человечество отвечало на вопрос о братьях по разуму бодрым «да». Ещё в первом веке до нашей эры Тит Лукреций Кар в «Поэме о природе вещей» приводил элегантный аргумент: вокруг нас нет ничего, что существовало бы в единственном экземпляре, — значит, и людей племена, и разных зверей во Вселенной должно быть множество.

В XVII веке Фонтенель в «Разговорах о множественности миров» — одной из первых научно-популярных книг — преспокойно рассуждал о жителях планет. Иммануил Кант обсуждал даже не наличие инопланетян, а особенности их характера. Логика была прелестной: раз Меркурий бешено носится вокруг Солнца, то и обитатели его должны быть чрезмерно вспыльчивы. В переводе Антиоха Кантемира это звучит так, что на Меркурии «учреждены дурацкие богадельни со всего мира» — то есть сумасшедшие дома для всей Солнечной системы.

Даже суровые учёные не отставали. Ломоносов, наблюдая прохождение Венеры по диску Солнца, отшучивался от вопросов, крещены ли венериане: хотите знать — отправляйтесь туда и выясняйте. А Вильям Гершель в научной статье 1795 года всерьёз доказывал, что обитаемо само Солнце: тёмные пятна — это, мол, прогалы в раскалённых облаках, под которыми скрыта прохладная поверхность, где кто-то непременно живёт.

Как мочевина без собаки убила витализм

Отрезвление пришло в XIX веке. Учёные начали понимать, что жизнь — это не мистика, а химия. Причём химия совершенно конкретного элемента: сожгите древесину — останутся угли, само слово «углерод» намекает на его способность порождать уголь. Но долго держалась идея витализма — будто химия живого пронизана какой-то особой жизненной силой, недоступной колбам.

Всё изменил Фридрих Вёлер. В 1820-е годы он взял неорганические молекулы и превратил их в органическое вещество — мочевину. Берцелиусу он гордо написал, что получил мочевину «без участия человека или собаки». Вывод был революционным: химия живого ничем принципиально не отличается от химии неживого, а значит, жизнь может рождаться из безжизненной материи. Но за это открытие пришлось заплатить свободой фантазии — ведь химические реакции требуют определённых физических условий. Жизнь на раскалённом Солнце или Меркурии стала выглядеть невозможной.

Марсианские каналы и венерианские дожди

Надежды сосредоточились на двух планетах. Марс с его земным наклоном оси, почти земными сутками и атмосферой казался идеальным кандидатом. А когда Скиапарелли и Ловелл заговорили о марсианских каналах, воображение разыгралось окончательно: там не просто есть жизнь, там развитая цивилизация, строящая ирригационные системы для переброски воды с полюсов к экватору. Ловелл даже публиковал в газетах сводки о появлении новых каналов, будто отчёты о марсианской стройке. Тогда же родился зуд не просто найти соседей, а обязательно сообщить о себе — предлагали, например, выложить в Сахаре гигантские зеркала, отражающие солнечный свет.

Венера манила иначе. Ломоносов, открывший её плотную атмосферу, подтолкнул к образу влажного, окутанного облаками мира. Раз облака — значит дожди. Отсюда рассказ Брэдбери «Нескончаемый дождь» и азимовское «Место, где много воды». Даже когда стало ясно, что на Венере жарковато для ливней, режиссёр Павел Клушанцев в фильме 1962 года «Планета бурь» спрятал под облаками пышную биосферу. Реальность оказалась жёстче: Марс — сухая безводная пустыня, а Венера — «филиал ада или, может быть, даже его главный офис». Так возник парадокс Ферми: если цивилизации развиваются как мы и некоторые стартовали раньше, их корабли должны кишеть в Солнечной системе. Но их нет.

Что именно мы ищем: рецепт жизни из трёх ингредиентов

Чтобы искать, надо знать, что искать. Астробиология дала рабочее определение: жизнь — это самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции. Размножаться умеет и огонь, расти с дефектами — кристаллы, но всеми признаками сразу не обладает ничто, кроме живого. И поскольку нам хочется именно поговорить, мы ищем жизнь на наших временных и пространственных масштабах — а значит, углеродно-водную, существующую примерно в наших физических условиях.

Для такой жизни нужны три вещи. Во-первых, подходящая звезда. Массивные светила горят ярко, но живут всего миллионы лет — а на появление разума ушло целых четыре миллиарда. Крошечные красные карлики живут триллионы лет, но бушуют такими вспышками, что способны стерилизовать любую планету. Золотая середина — звёзды вроде Солнца с временем жизни около десяти миллиардов лет. Во-вторых, поверхность: каменные планеты выдают себя плотностью в 4–5 г/см³ против 1–1,5 у газовых гигантов. Из более чем 6000 открытых экзопланет немало именно каменных. В-третьих, нужные атомы — и тут природа не мелочилась. Тело упитанного мужчины состоит в основном из кислорода, водорода и углерода, а это три самых распространённых химически активных элемента во Вселенной.

Причём углерод не так уж случаен. На поверхности Земли кремния куда больше, но кремний входит в состав камня — на камне биологию не построишь. А углерод и вода дают всё что нужно. Углерод рождается в звёздных недрах в тройном альфа-процессе, кислород — следом за ним, и накопились они во Вселенной очень рано. Соединения углерода нашлись даже там, где их не ждали, — в ледяных молекулярных облаках при температуре около 10 кельвинов уверенно идентифицированы молекулы из 37 атомов. Органика в изобилии обнаружена в комете Чурюмова-Герасименко, в веществе астероида Бенну, привезённом зондом OSIRIS, — вплоть до аминокислот. Вода тоже вездесуща: она есть в тенистых кратерах Меркурия, в горах Плутона, в океане Европы, в кольцах Сатурна.

Зона обитаемости — простая идея с большими дырами

Но нам нужна не вода вообще, а вода жидкая. Отсюда понятие зоны обитаемости — диапазона расстояний от звезды, где вода может оставаться жидкой. Идея, введённая ещё в 1913 году Маундером, соблазнительно проста, и в этом её сила и слабость. Если считать буквально, в зону обитаемости Солнца попадает одна Земля. Но стоит вспомнить про атмосферу — и границы плывут: подправив её химический состав, туда можно втиснуть и Венеру, и Марс. Из известных экзопланет примерно десятки каменных попадают в зоны обитаемости своих звёзд — около 1%, что при десятках миллиардов планет в Галактике очень много. У красного карлика TRAPPIST-1 целых четыре из семи планет земного типа сидят в зоне обитаемости — правда, вся эта система умещается внутри орбиты Меркурия.

Дыр у концепции хватает. Луна на все сто попадает в зону обитаемости, но без атмосферы мертва. Даже на обитаемой Земле есть эфиопская пустыня Данакиль с озёрами концентрированной серной кислоты, где жизни нет. Земной климат держится на тектонике плит, которая через карбонатно-силикатный цикл регулирует углекислый газ, — не будь его, мы мало отличались бы от Венеры. А планеты у красных карликов рискуют попасть в приливный захват, вечно повёрнутые к звезде одной стороной, и остаться без спасительного магнитного поля. Зато есть и обнадёживающая обратная сторона: тело вне зоны обитаемости не обязательно мертво. У спутников Европы и Энцелада под ледяной корой прячутся жидкие океаны, есть органика и энергия приливов — все три ингредиента налицо. А Энцелад даже удобен: его гейзеры сами выбрасывают подлёдное вещество наружу, бурить ничего не надо.

Биопризнаки, технопризнаки и мобильники, выдающие нас

Для далёких экзопланет остаётся ловить биопризнаки — вещества в атмосфере, намекающие на жизнь. Главный кандидат — кислород и его брат озон: на Земле кислород почти целиком биогенный. Но есть подвох: первые полтора миллиарда лет жизнь на Земле была, а кислорода в атмосфере не было. Метан тоже подозрителен, но его умеет производить и безжизненная серпентинизация горных пород. Есть «красный край» — резкий скачок отражения у зелёной растительности около 700 нанометров, но так же отражают серу вулканы. Хуже того, работа 2025 года «Земля видит Землю» показала: поверхностные признаки зависят от того, какой стороной планета повёрнута к наблюдателю — Тихим океаном, Африкой или Антарктидой.

Раз хочется именно собеседника, почему бы не искать технопризнаки? Та же работа выяснила неожиданное: ни огни городов, ни тепличные хозяйства под Нижним Новгородом за пределы Солнечной системы не пробьются. А выдаёт нас мобильная связь — правда, лишь на четыре световых года, до ближайшей звезды. Зато инопланетяне со звезды Барнарда могли бы по колебаниям этого излучения понять, как человечество расползлось по поверхности планеты. Намеренные сигналы ищут в «водопое» — радиодиапазоне вокруг линий водорода на 21 см и гидроксила на 18 см, где H и OH складываются в воду, к которой, как звери на водопой, должны стекаться все цивилизации. Проекты вроде Breakthrough Listen и оптический поиск лазерных вспышек по инициативе Александра Панова работают годами — молчание.

Нашли ли мы кого-нибудь? Пока нет — но с оговорками

Короткий ответ — нет. Но нюансы есть. Марс когда-то был другим: конусы выноса рек, осадочные породы, окаменевшая рябь на дне древних озёр — точь-в-точь как на берегу Камы. Метеорит ALH84001 в 1990-е поднял шум «окаменевшими марсианскими микробами», но убедить науку не удалось. В 2020 году громко объявили о фосфине в атмосфере Венеры — а фосфин на Земле сугубо биологичен. На высоте около 50 км там даже есть слой с земной температурой и давлением, пусть и в облаках серной кислоты. Но потом данные перекалибровали, фосфина стало меньше, а кто-то и вовсе счёл линию диоксидом серы. Планета K2-18 b в 2025-м «блеснула» диметилсульфидом, но в тот же спектр вписались и небиологические молекулы.

С технопризнаками ещё печальнее. Знаменитый сигнал Wow 1977 года — просто разовая яркая вспышка на 21 см, больше никогда не повторившаяся. Звезда Табби с её необъяснимыми провалами яркости до 20% породила разговоры о сфере Дайсона — но это объяснение ничего не объясняет. А самая поучительная история — «сигналы цивилизации» на телескопе Parkes, которые упрямо случались во время ланча. Расследование выявило виновника: микроволновки. Мы действительно поймали сигнал технологичной цивилизации — своей собственной.

Уравнение Дрейка и право быть одинокими

А есть ли вообще шанс? Часто вспоминают уравнение Дрейка 1960 года — произведение вероятностей, дающее число цивилизаций для связи. Первые множители сегодня выглядят оптимистично: звёзд с планетами полно, планет в зонах обитаемости около процента. Но дальше стоят два коварных сомножителя — доля планет, где жизнь действительно возникла, и доля, где возник разум. Про эти вероятности мы не знаем ровным счётом ничего. Излюбленный аргумент «не может быть, чтобы при ста миллиардах звёзд в Галактике и ста миллиардах галактик мы были одни» рушится об эту неопределённость: если вероятность зарождения жизни ничтожно мала — а быть большой ей ничто не обязывает, — мы вполне можем оказаться единственными, и никакие миллиарды звёзд этому не противоречат.

Есть и укол самолюбию: возможно, Солнце — не лучшая звезда, а Земля — не лучшая планета. Жизнь существует уже половину солнечного века, и конец Земли, связанный с эволюцией Солнца, уже маячит вдали. Оранжевая звезда чуть холоднее Солнца жила бы гораздо дольше, оставаясь пригодной. А будь суши побольше и раскидай её равномернее океаном с архипелагами, добавь чуть-чуть тяготения — глядишь, мы бы предпочли летать. Но это уже фантазии.

Итог трезв и честен. Внятных доказательств внеземной жизни у нас нет. Но отсутствие доказательств — не доказательство отсутствия. Найди мы хоть засохшего вымершего микроба на Марсе, это стало бы величайшим открытием в истории человечества — ведь вторая точка на нашем одиноком графике наконец подсказала бы, случайность мы или закономерность. А пока, вглядываясь в чужие миры в поисках соседей, мы прежде всего учимся лучше понимать самих себя.