Пекка Теерикор - Эволюция Вселенной и происхождение жизни

• Название: Эволюция Вселенной и происхождение жизни
• Автор: Пекка Теерикор
• Издательство: Эксмо
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2010

Сэр Исаак Ньютон сказал по поводу открытий знаменитую фразу: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов».

«Эволюция Вселенной и происхождение жизни — описывает восхождение на эти метафорические плечи, проделанное величайшими учеными, а также увлекательные детали биографии этих мыслителей. Впервые с помощью одной книги читатель может совершить путешествие по истории Вселенной, какой она представлялась на всем пути познания ее природы человеком. Эта книга охватывает всю науку о нашем происхождении — от субатомных частиц к белковым цепочкам, формирующим жизнь, и далее, расширяя масштаб до Вселенной в целом.

«Эволюция Вселенной и происхождение жизни» включает в себя широкий диапазон знаний — от астрономии и физики до химии и биологии. Богатый иллюстративный материал облегчает понимание как фундаментальных, так и современных научных концепций. Текст не перегружен терминами и формулами и прекрасно подходит для всех интересующихся наукой и се историей.

---

Кислород, озон и воду можно выявить с помощью инфракрасной спектроскопии. Так же можно искать и признаки хлорофилла. В его спектре есть характерная «красная граница»: на интервале между 700 и 750 нм отражательная способность хлорофилла резко возрастает, поэтому в ближнем инфракрасном диапазоне растения кажутся очень яркими. Так что нужно искать резкий скачок в спектре отражения. Точная длина волны этого скачка может зависеть от параметров звезды и свойств пигментов, используемых для поглощения ее света.

Недавно появились новые перспективы для исследования атмосфер экзопланет: С. Бердюгина и Д. Флури (Цюрихский астрономический институт) и А. Бердюгин и В. Пиирола (Обсерватория Туорла, Финляндия) впервые зафиксировали свет, отраженный атмосферой экзопланеты. Для этого они следили за изменением поляризации света, приходящего от звезды и обращающейся вокруг нее планеты. Свет поляризуется, когда рассеивается атомами или молекулами атмосферы; этот же процесс окрашивает наше небо в голубой цвет. Изменение поляризации есть следствие движения по орбите планеты, через каждые двое суток проходящей перед диском звезды. По этим изменениям можно определить размер и некоторые другие характеристики атмосферы. Интересно, что это первое наземное поляриметрическое исследование «горячего юпитера», удаленного на 60 световых лет, было проведено с помощью небольшого 60-см телескопа KVA, установленного на острове Ла-Пальма и дистанционно управляемого учеными, находящимися за тысячи километров.

Мы здесь!

Для двусторонней связи разумно было бы использовать только нашу Галактику. Соседняя крупная галактика, в Андромеде, так далека, что ответа на вопрос пришлось бы ждать 5 млн лет.

Уже было предпринято несколько попыток информировать «других» о нашей цивилизации. Самым старым и наиболее эффективным является наш «призыв», которого мы даже не замечаем: последние 60 лет у нас существует мощное радиовещание, сигналы которого удаляются в космическое пространство каждый год на расстояние в 1 световой год. Сейчас «пузырь» земных радиосигналов имеет радиус 60 световых лет (18 пк). Уже тысячи звезд, попавшие внутрь этого «пузыря», могут слушать наши радиопередачи.

2 марта 1972 года был запущен космический зонд «Пионер-ю», а примерно через год в космос улетел и «Пионер-11»; и оба они унесли на борту небольшие алюминиевые пластины. На них изображена информация о нашем месте расположения в Галактике относительно нескольких радиопульсаров, положение нашей планеты в Солнечной системе, силуэты мужчины и женщины и их рост относительно размера самого зонда. А в в 1977 году на двух «Вояджерах» к звездам отправились «золотые диски». На них записаны изображения и звуки Земли, информация о человеческой культуре. На крышке коробки с пластинкой указано положение Земли в Галактике и дана инструкция для чтения дисков. К июлю 2006 года «Вояджер-i» преодолел расстояние в 100 а. е. и стал самым далеким изделием, созданным руками человека. Возможно, к 2020 году он выйдет в межзвездное пространство. Еще три космических зонда по своим траекториям уходят из Солнечной системы. Но пройдут десятки тысяч лет, пока они приблизятся к другим звездам (рис. 32.5).

В 1974 году с помощью 300-метрового радиотелескопа в Аресибо были отправлены специальные радиосигналы в сторону шарового скопления М13. Послание состояло из 1679 битов, то есть 0 или 1. Если этот однобитовый поток изобразить в виде прямоугольника размером 73 строки по 23 символа и все «1» закрасить одним цветом, а «0» другим, то получится картинка с информацией о том, кто мы, из чего состоим и где нас найти. Она расскажет и о нашей системе счисления, а также перечислит наиболее важные для нас химические элементы. Это послание дойдет до М13 примерно через 25 000 лет. Впрочем, вещество этого шарового скопления содержит мало тяжелых элементов, поэтому вероятность формирования там твердой планеты типа Земли мала, а значит, вряд ли какая-либо цивилизация примет нашу информацию.

Рис. 32.5. Крышка коробки с «золотым диском Вояджера». Изображенная па ней инструкция поможет инопланетянам прочитать наше послание. С разрешения NASA.

Поиски внеземных цивилизаций

Поиск внеземных цивилизаций (Search for ExtraTerrestrial Intelligence, SETI), впервые предпринял Фрэнк Дрейк, попытавшись в 1960 году принять микроволновые сигналы из других звездных систем. Годом раньше независимо от Дрейка два физика из Корнельского университета, Джузеппе Коккони и Филипп Моррисон, теоретически доказали, что можно использовать микроволны для межзвездной связи. В начале 1960-х годов ученые Советского Союза очень активно занимались проблемой SETI. С тех пор эта работа ведется с разной степенью энтузиазма. На начальном этапе поиска сигналов из космоса потребовался непростой выбор нескольких важных параметров: длина волны, ширина диапазона, время накопления, метод модуляции и, наконец, — на какие звезды смотреть.

Многие проблемы удалось решить с помощью современных приемников, способных регистрировать одновременно десятки миллионов частот с высоким временным разрешением, а затем комбинировать и анализировать их разными способами. Чрезвычайно продуктивной для этого оказалась идея виртуального суперкомпьютера seti@home.

Проект SERENDIP (Search for Extraterrestrial Radio Emissions from Nearby Developed Intelligent Populations — Поиск внеземного радиоизлучения от соседних развитых интеллектуальных сообществ) проводится как попутная программа на радиотелескопе в Аресибо Калифорнийским университетом в Беркли. Такой же проект реализуется на радиотелескопе в Парксе Австралийским центром SETI Университета Западного Сиднея. В дальнейшем предполагается использовать маленькие радиотелескопы в режиме интерферометра, когда данные с каждого телескопа объединяются и коррелируют. Это позволит проводить исследования на больших участках неба и в широком диапазоне частот. Такая методика будет применена на строящемся сейчас Массиве телескопов Аллена (Allen telescope Аггау) в Калифорнии. Когда строительство завершится, эта система будет содержать 350 параболоидов диаметром 6,1 м.

Для межпланетного и межзвездного обмена данными еще лучше подошел бы узконаправленный лазерный луч с наносекундными импульсами. Природные источники не обладают такой высокой частотой пульсаций. В рамках проекта «Оптическое SETI» Калифорнийского университета в Беркли и Гарвардского университета ищут именно такие импульсы. Уже исследовано несколько тысяч звезд.

Уравнение Дрейка, или «Есть ли там кто-нибудь?»

Глядя темной ночью на звездное небо, дайте волю воображению и представьте, что некое существо на планете вон той звезды смотрит сейчас на наше Солнце и спрашивает себя: «А нет ли там кого-то, кто смотрит сейчас на мою звезду?» В 1961 году в Западной Виржинии Фрэнк Дрейк провел совещание по SETI. Готовясь к нему, он составил программу поэтапного вычисления количества цивилизаций в нашей Галактике. Так было сформулировано «уравнение Дрейка». В этой формуле перемножаются несколько чисел, чтобы получить предполагаемое число цивилизаций. Среди сомножителей присутствуют:

• число звезд в нашей Галактике или средняя частота их формирования;

• частота встречаемости звезд с планетами;

• число планет в таких системах;

• вероятность того, что планета пригодна для жизни. Разные вероятности — от зарождения жизни до возникновения цивилизации;

• длительность этапа обладания техническими средствами коммуникации.

Большинство из этих чисел, связанных с астрономией, известны сейчас довольно точно, но последние несколько «биологических» и «технологических» цифр пока еще весьма приблизительны. Но, хотя это уравнение не дает нам точного ответа, оно позволяет делать некоторые оценки. Разные ученые по-разному оценивают число цивилизаций в Галактике: от одной до миллиарда. Фактически можно говорить о «пессимистах» и «оптимистах» и использовать следующие предельные значения для формулы Дрейка.

Оптимист считает, что вероятность возникновения цивилизации на планете, пригодной для жизни (которая также возникает с высокой вероятностью), велика и близка к 1. Тогда их количество сейчас в Галактике приблизительно равно времени жизни цивилизации, выраженному в годах. Таким образом, если цивилизация существует один миллион лет, то оптимист не сильно удивится, если обнаружит в нашей Галактике миллион цивилизаций! С другой стороны, по мнению пессимиста, самопроизвольное зарождение жизни и ее последующее развитие до уровня цивилизации на просторах Галактики маловероятно. Поэтому количество цивилизаций гораздо меньше их времени жизни; практически, мы вообще можем быть здесь единственными, не считая некоторого количества мертвых остатков древних культур на планетах, рассеянных по необитаемой Галактике.

Парадокс Ферми

Физик Энрико Ферми, а еще до него «отец космонавтики» Константин Циолковский указывали на такое обстоятельство: учитывая стремление людей расселяться по всем уголкам Земли и принимая во внимание чрезвычайно долгую историю нашей Галактики, было бы естественно ожидать, что такую типичную планету, как наша Земля, уже посещали разумные существа. Неудачи в поисках радиосообщений из космоса только усиливают эту загадку. «Парадокс Ферми» становится особенно явным на фоне противоречия между «оптимистической» оценкой числа внеземных цивилизаций и отсутствием каких-либо признаков этих цивилизаций. Возможно, «пессимисты» правы — вокруг нас никого нет, и мы единственная технически развитая цивилизация в Галактике. Но возможно, мы просто не то ищем. Быть может, эпоха радиосвязи в истории цивилизации длится недолго, как это уже можно заметить на примере Земли: вся связь сейчас стремится уйти в оптические кабели, и даже спутники становятся все менее и менее мощными. Похоже, что на Землю понемногу возвращается радиотишина. Существует около десятка возможных ответов на вопрос Ферми: «Где же они?» Всё это может долго оставаться для нас загадкой: мы не узнаем правильного ответа, если не свяжемся с другой цивилизацией. Но если контакт состоится, то парадокс исчезнет, и у нас появятся к «ним» увлекательные вопросы о космической жизни и культуре.