«Есть ли жизнь на Земле?»
Волнующий вопрос о жизни на
других планетах занимает умы астрономов (и не только астрономов) вот уже
несколько столетий. Существование планетных систем у других звезд уже является
доказанным фактом. Раньше же вопрос о жизни на других планетах был областью
чисто умозрительных заключений. Между тем Марс, Венера и другие планеты
Солнечной системы уже давно были известны как несамосветящиеся твердые небесные
тела, окруженные атмосферами. Давно стало ясно, что в общих чертах они
напоминают Землю, а если так, почему бы на них не быть жизни, даже
высокоорганизованной и, кто знает, разумной?
Однако существует большая
дистанция между догадками и реальным знанием. Нет сейчас смысла останавливаться
на огромном количестве гипотез и литературных произведений, посвященных этой
увлекательной проблеме. Наша задача — попытаться кратко изложить ее современное
состояние.
Вполне естественно считать,
что физические условия, господствовавшие на «только что» образовавшихся из
первоначальной газопылевой среды планетах земной группы (в эту группу, как
известно, входят Меркурий, Венера, Земля и Марс), были очень сходными, в
частности их первоначальные атмосферы были одинаковы. Поэтому, вообще говоря,
можно ожидать, что условия для возникновения живой материи на этих планетах
были если не одинаковыми, то похожими.
В предыдущей главе мы
определили живую материю как сложный молекулярный агрегат, способный к
«печатанию» себе подобных систем и подверженный мутациям. Безусловно, такой
агрегат мог возникнуть на основе определенных химических реакций, протекающих в
определенных условиях. Поэтому проблема возникновения жизни есть в значительной
степени проблема химическая.
Основными атомами, входящими
в состав тех молекулярных комплексов, из которых образовалось живое вещество,
являются водород, кислород, азот и углерод. Роль последнего особенно важна.
Углерод — четырехвалентный элемент, способный образовывать с другими атомами
кратные связи и соединяться одинаково легко с водородом и кислородом. Поэтому
только углеродистые соединения приводят к образованию длинных молекулярных
цепей с богатыми и изменчивыми боковыми ответвлениями. Именно к такому типу
принадлежат различные белковые молекулы.
В популярной литературе
часто приходится читать, что на других планетах жизнь может возникнуть не
обязательно на углеродной основе. «Заменителем» углерода обычно называют
кремний. Кремний довольно обилен в космосе. В атмосферах звезд и туманностях
его содержание (по числу атомов) всего лишь в 5—6 раз меньше, чем углерода, т.
е. достаточно велико. Вряд ли, однако, кремний может играть роль «краеугольного
камня» жизни. По некоторым причинам его соединения не могут обеспечить такой
богатый «ассортимент» боковых ответвлений в сложных молекулярных цепочках, как
у углеродных соединений. Между тем богатство и сложность таких боковых
ответвлений именно и обеспечивают огромное разнообразие свойств белковых
соединений, а также исключительную «информативность» ДНК, что совершенно
необходимо для возникновения и развития жизни.
Как мы видели в предыдущей
главе, важнейшим условием для возникновения и развития жизни на планете
является наличие на ее поверхности достаточно большого количества жидкой среды.
В такой среде находятся в растворенном состоянии органические соединения и
могут создаваться благоприятные условия для синтеза на их основе сложных
молекулярных комплексов. Кроме того, жидкая среда необходима только что возникшим
примитивным живым организмам для защиты от губительных ультрафиолетовых лучей,
которые в те времена могли свободно проникать до поверхности недавно
сформировавшейся планеты.
Из самых общих соображений
следует ожидать, что такой жидкой оболочкой может быть только вода и жидкий
аммиак. Образование последнего требует сравнительно низкой температуры
поверхности планеты. Вообще значение температуры первоначальной планеты для
возникновения на ней жизни весьма велико. Если температура достаточно высока,
например выше 100 °С, а давление атмосферы не очень велико, на ее поверхности
не может образоваться водная оболочка, не говоря уже об аммиачной. В таких
условиях говорить о возможности возникновения жизни на планете, конечно, не
приходится.
Исходя из сказанного, мы
можем ожидать, что условия для возникновения в отдаленном прошлом жизни на
Марсе и Венере могли быть, вообще говоря, благоприятными. Вряд ли они были
благоприятными на Меркурии, так как его температура относительно высока, а
масса мала, что способствует быстрой диссипации газов, и прежде всего водорода,
необходимых для возникновения на его поверхности водной оболочки. Американская
АМС «Маринер-10» впервые провела фотосъемку Меркурия с относительно близкого
расстояния (200 000 км). Поражает сходство рельефа поверхности Меркурия и Луны.
Жидкой оболочкой на Венере и Марсе могла быть только вода, а не аммиак, что
следует из анализа физических условий на этих планетах в эпоху их формирования.
Но возможность еще не означает действительность. Вопрос о том, есть ли (или
была) жизнь на Марсе и Венере, должен быть, прежде всего, решен
астрономическими наблюдениями и исследованиями при помощи космических
аппаратов.
Чтобы положение, в котором
находятся астрономы, стало более понятным, вообразим себе оснащенную самыми
лучшими современными астрономическими инструментами большую обсерваторию,
расположенную на Марсе. Могут ли воображаемые марсианские астрономы, работающие
на этой первоклассной обсерватории, доказать наличие жизни на Земле? С
марсианского небосклона Земля казалась бы им очень яркой звездой, лишь немного
уступающей по блеску Венере, наблюдаемой с Земли. Подобно Венере, она
наблюдалась бы в разных фазах. Так как Земля более удалена от Солнца, чем
Венера, условия ее наблюдений с Марса были бы более благоприятны, чем условия
наблюдений Венеры с Земли. И все же воображаемым марсианским астрономам было бы
очень трудно установить факт наличия на Земле жизни.
Несомненно, они наблюдали бы
сезонные изменения цветов отдельных больших пространств на Земле, например
массивов наших пахотных земель и лесистых стран умеренного пояса. Марсианские
теоретики, однако, наверняка, придумали бы ряд гипотез, объясняющих такие
изменения, и среди них была бы гипотеза о возможности жизни на Земле... Вряд ли
они пришли бы на основе только таких наблюдений к выводу о наличии жизни на
нашей планете, тем более — разумной жизни.
Регулярно наблюдая Землю в
течение нескольких десятилетий, они несомненно заметили бы большие изменения на
ее поверхности. Например, систематическое истребление лесов вряд ли осталось бы
незамеченным. Однако определенных выводов они не смогли бы сделать. Ведь и на
Марсе мы наблюдаем систематические и довольно большие изменения. Например, с
поверхности этой планеты почти совсем исчезло известное образование, называемое
Озером Солнца. Знаменитый Скиапарелли, открывший пресловутые «каналы Марса»,
наблюдал Озеро Солнца как резкое пятно почти круглой формы, однако через 3—4
десятилетия вместо резкого пятна можно было наблюдать довольно вытянутую группу
темных пятен. Имеются и многочисленные свидетельства других изменений на
поверхности красной планеты. Сами по себе такие изменения весьма интересны, но
служить неопровержимыми доказательствами наличия жизни на планете они, конечно,
не могут. Заметим, кстати, что на поверхности Луны, почти наверняка лишенной
жизни, наблюдался ряд изменений, впрочем, значительно меньшего масштаба.
Можно ли с нашей
воображаемой марсианской обсерватории наблюдать следы человеческой
деятельности, например всякого рода искусственные сооружения — города, водоемы,
плотины? Вряд ли, если учесть, что разрешающая способность телескопов такова,
что деталей размерами меньше 100 км обнаружить нельзя. Ведь размеры
искусственных сооружений меньше. Ночное освещение земных городов-гигантов:
Нью-Йорка, Москвы, Токио, Парижа, Лондона, Чикаго — на пределе чувствительности
аппаратуры, по-видимому, можно было бы обнаружить. Представим себе, что
городская освещенность в 10 раз больше, чем от полной Луны, причем такая
освещенность имеет место в области размером в 10 км. Тогда марсианские
астрономы на темной стороне Земли (напомним еще раз, что Земля с Марса, подобно
Луне с Земли, наблюдалась бы в разных фазах) могли бы наблюдать звездочку 16-й
величины. Однако вследствие рассеяния света от освещенной Солнцем части Земли
вряд ли они смогли бы ее обнаружить.
Карл Саган подверг более
подробному рассмотрению вопрос о возможности наблюдать из космоса следы
человеческой деятельности на Земле. Земля многократно фотографировалась из
ближнего космического пространства с помощью фотографических камер,
установленных на американских и советских спутниках. Например, специальная
программа такого рода была выполнена на серии американских метеорологических
спутников «Тирос» и «Нимбус». Для своего анализа американский ученый
использовал результаты этих исследований. Иногда на таких фотографиях
причудливые сочетания облаков (которыми покрыта большая часть Земли) создают иллюзию
искусственных сооружений. Через разрывы облаков иногда удается наблюдать
значительные участки суши. Шкловский в книге «Вселенная, жизнь, разум» приводил
фотографии со спутников восточного угла США и южной оконечности Индостана и острова Цейлон. Куски суши,
полученные на этих фотографиях, принадлежат к числу наиболее густо населенных
областей земного шара. И все же никаких следов деятельности человека, даже при
самом тщательном анализе таких фотографий, обнаружить не удается. Заметим, что
на этих фотографиях разрешаются детали в несколько километров.
Из сотен тысяч таких
фотографий, полученных на спутниках серии «Тирос» с разрешением около 1 км,
только одна выдает присутствие жизни на Земле. На этой фотографии виден кусок
Канадской территории в штате Онтарио. В нижнем левом углу снимка отчетливо
видна система широких параллельных полос. Это следы лесозаготовок, запорошенные
снегом, что увеличило контраст фотографии. Но разве эта совершенно уникальная
(одна из сотен тысяч!) фотография могла дать повод для радикального вывода о
жизни на Земле! Ведь марсианские астрономы легко могли бы придумать куда более
естественные причины для объяснения регулярных деталей, видимых на этой
фотографии (например, геологические причины).
Анализируя фотографии,
полученные на этих спутниках, с еще более высоким разрешением (например,
несколько сотен метров). Саган смог обнаружить несколько деталей, имеющих вид
прямых линий. Хорошо, что он заранее знал, что одна такая деталь — это
автострада в штате Теннесси. Ведь точно такая же деталь на другом снимке была
получена от вполне естественного образования — узкой, прямой песчаной косы в
Марокко... Итак, даже такое разрешение недостаточно для бесспорного обнаружения
следов разумной деятельности человека на Земле.
Саган обращает также
внимание на важный фактор, делающий наши гигантские города невидимыми из
космоса: это грязная, непрозрачная атмосфера над такими городами — увы, продукт
высокоразвитой цивилизации... Например, американские космонавты ни разу не
могли наблюдать из космоса город-гигант Лос-Анджелес! Как говорится, тут
комментарии излишни...
Заметим, однако, что
существуют спутники специального назначения, позволяющие различать на
поверхности Земли детали в несколько метров! Конечно, от таких спутников скрыть
следы разумной жизни на Земле уже невозможно.
Такие явления, как ядерные
взрывы в нижней атмосфере, которые — увы! — иногда происходят на Земле,
безусловно были бы видны с Марса, как кратковременные очень яркие вспышки
света. Все же, учитывая относительную редкость ядерных испытаний и быстроту
протекания процесса взрыва, вероятность их обнаружения была бы крайне малой.
Впрочем, создание специальной весьма оперативной «службы Земли» (подобно
существующей у нас «службы Солнца») могло бы привести к успеху. Однако и в этом
случае цивилизованные марсианские астрономы вряд ли сочли бы эти
кратковременные вспышки света признаками жизни, тем более разумной. Даже мы,
живя на Земле, никак не можем такие варварские эксперименты, имеющие конечной
целью уничтожение всего живого на нашей прекрасной планете, считать проявлением
какого бы то ни было разума...
Итак, очень непросто
обнаружить прямые и явные признаки жизни даже на самой ближайшей планете.
Впрочем, мы сейчас укажем на один способ такого обнаружения, логически
бесспорный. Представим, что наша воображаемая марсианская обсерватория оснащена
современными радиотелескопами — устройствами, позволяющими обнаружить и
измерить радиоизлучение различных небесных тел.
Марсианские астрономы,
подобно земным, исследовали бы радиоизлучение планет. И тут они сделали бы одно
потрясающее открытие: на метровом диапазоне волн наша скромная планета Земля
посылает в пространство почти такой же мощности поток радиоизлучения, как и
Солнце, в периоды, когда на нем нет пятен! Земля на этом диапазоне излучает в
миллионы раз больше, чем Венера или Меркурий. Открытие это можно было бы
сделать, применяя довольно «скромные» радиотелескопы. Дальнейшие исследования
несомненно показали бы, что различные участки поверхности нашей планеты
излучают неодинаково, так как была бы найдена периодическая зависимость
радиоизлучения Земли от времени, вызванная ее вращением вокруг своей оси.
Например, когда к Марсу были бы обращены Африка, Южная и Центральная Азия,
уровень радиоизлучения падал бы, а когда Европа и Северная Америка — сильно
возрастал. Однако, по-видимому, больше всего марсианских радиоастрономов
удивило бы то обстоятельство, что несколько десятков лет назад Земля на
метровых волнах излучала в миллион раз слабее. Анализируя все эти факты, умные
марсиане поняли бы, правда далеко не сразу, что это радиоизлучение нельзя объяснить
действием естественных сил природы, что оно может иметь только искусственный
характер. Значит, на Земле есть разумная жизнь! Что и говорить, это было бы
замечательным открытием!
В чем же дело? В чем причина
столь мощного радиоизлучения Земли? И не мистификация ли это вообще? Нет, мы
далеки от попыток шутить на столь серьезную тему. Все описанное вполне
соответствует действительности. На Земле имеется несколько тысяч телевизионных
передатчиков. Если учесть среднюю мощность каждого такого передатчика (около 20
кВт), ширину полосы частот, в которых происходит излучение, среднюю
длительность работы каждого такого передатчика (скажем, 6 часов в сутки), а
главное, что все волны телевизионного диапазона (1,5—6 м) совершенно
беспрепятственно проходят через земную (так же, как и марсианскую) атмосферу,
то мы получим именно ту картину, которую должны были бы наблюдать воображаемые
марсианские астрономы.
Автор этой книги произвел
соответствующий количественный расчет, на основе которого и была нарисована
описанная выше картина марсианских радиоастрономических наблюдений.
(Усредненная мощность земного радиоизлучения в метровом диапазоне, как можно
подсчитать, близка к 1 Вт/Гц.) Для специалистов, может быть, небезынтересно
будет знать, что так называемая «яркостная температура» Земли на метровых
волнах, обусловленная работой телевидения, близка к нескольким сотням миллионов
градусов, что в сотни раз выше «радиояркости» Солнца на этих волнах в периоды,
когда на его поверхности нет или почти нет пятен. Заметим еще, что, кроме
телепередатчиков, на Земле есть огромное число радиостанций и прочих устройств,
мощно излучающих в ультракоротковолновом диапазоне.
На этом примере мы впервые
столкнулись с «космическим» характером жизнедеятельности разумных существ. Эта
деятельность привела к тому, что по такой важной характеристике, как мощность и
характер радиоизлучения, Земля стала разительно отличаться от всех остальных
планет Солнечной системы. Несомненно, что космический характер деятельности
есть существенный атрибут развития разумной жизни. В следующих главах этой
книги мы уделим этому очень важному и интересному вопросу достаточно много
места.
Но означает ли само по себе
отсутствие мощного радиоизлучения на метровых волнах от Марса отсутствие там
высокоразвитой разумной жизни? Вообще говоря, нет, потому что, несомненно,
потери энергии, связанные с телевидением, рано или поздно будут сокращены. Ведь
это же варварство, что подавляющая часть энергии, излученной телепередатчиками,
бесполезно уходит в мировое пространство! Несомненно, что прогресс науки и
техники приведет к тому, что электромагнитные
волны будут идти по определенным каналам без ненужного рассеяния.
Некоторые шаги в этом направлении уже делаются. Естественно предположить, что
высокоразвитые разумные существа будут расходовать электромагнитную энергию не
так расточительно, как мы сейчас.
Таким образом,
непосредственно обнаружить с достоверностью следы жизни на Земле наблюдениями с
Марса весьма непросто. Можно, однако, для этого применить косвенные методы.
Дело в том, что развитая жизнь на какой-нибудь планете является могучим
фактором, преобразующим ее атмосферу и кору. Не случайно наружные слои нашей планеты, включающие
также мировой океан и атмосферу, получили
название «биосфера». Согласно
исследованиям академика В. И. Вернадского (который ввел в науку само понятие
«биосфера»), последняя начинается с глубины 3 км под поверхностью Земли и
охватывает почти всю гидросферу и атмосферу. Он пришел к выводу, что все
наружные слои земной коры переработаны жизнедеятельностью различных организмов
на 99%. Как мы видели в предыдущей главе, практически весь кислород в земной
атмосфере есть продукт фотосинтеза растений. Благодаря своей огромной
химической активности атмосферный кислород непрерывно вступает в соединения с различными
элементами земной коры. Если бы не непрерывное возобновление кислорода,
обусловленное жизнедеятельностью растений, он исчез бы из атмосферы всего лишь
за несколько тысяч лет. Можно сделать вывод, что наличие свободного кислорода в
атмосфере планеты является признаком того, что на ней имеется жизнь, создавшая
биосферу.
Биосфера не только создает
кислород в атмосфере планеты. Живые организмы, особенно бактерии, за сотни
миллионов лет своей «кипучей деятельности» преобразили лицо нашей Земли. Они могут
разлагать даже самые стойкие химические соединения, входящие в состав
алюмосиликатов и гранитов, составляющих большую часть земной коры. Так
постепенно образовалась почва. Причина деятельности живых организмов,
преобразующей лицо планеты, кроется в процессах обмена веществ, являющихся
неотъемлемым атрибутом жизни. Эти процессы представляют собой химические
реакции весьма большого количества типов. Все это приводит к потенциально
огромной способности живых существ к размножению. Основная тенденция развивающейся
жизни — переработать как можно больше «неживого» вещества, чтобы этот
«строительный» материал использовать для построения новых особей.
Если бы этот процесс не
сталкивался с суровыми ограничениями, накладываемыми самой природой, прежде
всего ограниченностью «строительных ресурсов», за какие-нибудь сутки масса
живого вещества превзошла бы массу планеты. Количество живого вещества в земной
коре согласно подсчетам В. И. Вернадского, составляет примерно 1014 —
1015 т. Это в несколько миллионов раз меньше массы земного шара и
только в несколько тысяч раз меньше массы земной коры.
Коль скоро наши воображаемые
марсианские наблюдатели обнаружили бы вокруг Земли мощную кислородную
атмосферу, они должны были бы с необходимостью сделать вывод о наличии на Земле
жизни. Если бы количество свободного кислорода в атмосфере было ничтожно мало,
так что его можно было обнаружить только на пределе чувствительности приборов,
еще можно было бы выдвигать различные гипотезы о «небиогенном» происхождении
земного кислорода. Впрочем, эти гипотезы были бы довольно сомнительны. Но такое
огромное количество кислорода, которое наблюдается на Земле, можно объяснить
только жизнедеятельностью организмов. Итак, химический состав земной атмосферы
позволил бы наблюдателям марсианской обсерватории сделать со всей
определенностью вывод, что жизнь на Земле существует. Означает ли, однако,
отсутствие в спектре планеты линий и полос, указывающих на наличие в ее
атмосфере кислорода, что планета безжизненна? Строго говоря, нет. Именно с
таким случаем мы встречаемся при исследовании вопроса о возможности жизни на
Марсе.
Итак, можно прийти к выводу,
что наличие в атмосфере планеты большого количества кислорода – достаточный
(но не необходимый) признак наличия жизни. А наличие у планеты аномально
высокого уровня радиоизлучения – достаточный (но не необходимый) признак
существования технически развитой цивилизации. Вероятно, аппаратура для
проверки встречающихся планет на наличие этих признаков будет устанавливаться
на исследовательских межзвездных
зондах.