АСТРОНОМІЯ - М. В. Головко 2018

Частина 3. Космософія

Розділ ІІІ. Астрономія як складова культури

ТЕМА 3.2. ЛЮДИНА І ВСЕСВІТ

§ 17. ЖИТТЯ У ВСЕСВІТІ

Досі наука не може дати чіткої відповіді на питання походження життя на Землі. Водночас не виявлено принципових обмежень, які б забороняли можливість виникнення життя на планетах біля інших зір. Згідно з сучасними уявленнями, наш всесвіт придатний для життя принаймні такого виду, як на Землі.

1. Особливості Землі - «колиски життя» в Сонячній системі.

Лабораторні експерименти вже давно показали: для утворення складних органічних молекул, що передують виникненню життя, потрібна низка умов.

Зокрема, наявність у складі небесного тіла хімічних елементів, що входять до складу живого; відповідна температура для того, щоб була рідка вода; відсутність кисню в атмосфері планети. Якщо він є, то виникає озоновий шар, що поглинає ультрафіолет, який, руйнуючи електронні оболонки атомів, дає їм змогу об'єднуватись у складні передбіологічні сполуки. Коли ці умови виконано, в силу відомих законів фізики й хімії негайно починають утворюватись складні органічні сполуки. Тож напевне початок життя на Землі був цілком закономірним явищем, бо на ній реалізувалися всі початкові умови.

А от далі перехід від переджиття до життя, а також його існування стали можливими за підтримки стабільними впродовж мільярдів років певних параметрів зовнішнього середовища (стабільність клімату). І ця умова також реалізувалася на Землі.

Є три особливості, що роблять Землю унікальною серед інших планет в Сонячній системі: віддаль від Сонця, її розміри та відносно велика маса Місяця. Ці особливості виявились дуже важливими для існування й розвитку життя.

Орбіта Землі пролягає майже посередині зони життя - просторової зони планетної системи, де середня температура на поверхні така, що дозволяє воді, головній складовій в тілах живих істот, перебувати в рідкому стані, а не суцільно у вигляді льоду чи водяної пари. В нашій планетній системі пояс життя - це ділянка простору в межах 0,95-1,37 а. о. від Сонця.

Якби орбіта Землі пролягала лише на 6 % ближче до Сонця, на ній не змогли б утворитися моря й океани. Як наслідок - вода не зв'язала б вуглекислий газ, яким була насичена первісна атмосфера планети, і цього парникового газу було б так багато, що врешті-решт Земля стала б схожою на нинішню Венеру із занадто високою для існування життя температурою.

Якби орбіта Землі пролягала хоча б на 38 % далі від Сонця, то зменшення кількості тепла від Сонця спричинило б охолодження океанів і збільшення площі полярних шапок. А це, зрештою, перетворило б її на планету із занадто низькою для існування життя температурою.

Щодо розмірів нашої планети: маючи розміри більші в кілька разів, Земля мала б більшу силу тяжіння. Тоді її атмосфера нагадувала б атмосфери планет-гігантів і для життя нашого типу була б непридатною. За розмірів і маси, як у Меркурія, Земля взагалі не змогла б утримати атмосферу.

Отже віддаль від Сонця і маса - це два вирішальних фактори під оглядом умов для існування життя (принаймні схожого на земне).

Наявність відносно масивного Місяця на орбіті Землі також відіграло роль в розвитку життя до високоорганізованих форм. Високі припливи й відпливи на морському узбережжі, спричинені Місяцем, могли сприяти утворенню мікросе- редовищ, придатних для існування життя і виходу його на суходіл. Він стабілізує орієнтацію осі обертання Землі, зберігаючи майже сталим кут її нахилу до площини орбіти, що важливо для підтримання стабільних кліматичних умов. Нині цей кут становить 23,5°, але з періодом в 41 тис. р. він коливається в межах 24,5° - 22,1°.

Важливою є наявність планет-гігантів, а надто Юпітера, в Сонячній системі. їхня присутність стабілізує орбіту Землі, без чого її могло викинути за межі планетної сім'ї або вона упала б на Сонце. Зараз ексцентриситет орбіти Землі дорівнює 0,0167, але з періодом 93 тис. років він змінюється в межах від 0,0034 до 0,058. Це впливає на клімат, але не так, щоб зробити умови на планеті непридатними для життя.

Юпітер також, як наймасивніша планета в Сонячній системі, відтягає на себе основну масу метеоритів і комет, запобігаючи надто частим космічним катастрофам, що могли б зруйнувати поверхню планети й життя на ній.

Після формування в Сонячній системі планет їх протягом кількох сотень мільйонів років інтенсивно бомбардували космічні тіла менших розмірів. Згідно з сучасними уявленнями, життя на Землі виникло або під час цього бомбардування, або майже відразу після закінчення (приблизно 3,9 млрд років тому). Головними доставниками на Землю вуглецю, інших елементів, а також органічних молекул, ймовірно, були комети, метеорити і міжпланетний пил. Наприклад, в речовині комети Галлея виявлено мікроскопічні гранули, які містять вуглець, водень, кисень і азот. У метеоритах, які потрапили на Землю, виявлено амінокислоти і нуклеїнові основи, які живі істоти використовують для побудови білків.

Ідею про те, що прості форми життя могли потрапити на Землю з космосу, в 1870-х роках було оформлено у вигляді гіпотези панспермії, але вона досі лишається гіпотезою проти якої є суттєві аргументи. Один з найсуттєвіших - радіація, що знищує все живе у відкритому космосі. Але, навіть якщо гіпотеза панспермії справедлива, то це не знімає питання походження життя як такого. Десь у Всесвіті воно мало виникнути з неживої матерії.

На Землі це трапилося, і нині відомо про понад 10 млн різних видів тварин і дуже багато мікроорганізмів, які мешкають на планеті. Однак тільки людина в своєму розвитку досягла рівня інтелекту. Тобто шанс появи розуму є меншим за один з десяти мільйонів. Це може свідчити про те, що поява розумних істот на придатних для життя планетах доволі рідкісне явище.

Життя суттєво змінило Землю, а надто її поверхню, насичило атмосферу та води Світового океану великою кількістю кисню. Тому під час пошуку життя на космічних тілах, науковці найперше звертають увагу на аномально високий вміст кисню та інших сполук, пов'язаних з життєдіяльністю на Землі.

2. Пошуки життя за межами Землі.

Знайти просте життя в межах Сонячної системи досі не вдалося, але шанси ще є. Якщо не на Марсі, то можливо в океані Європи - супутника Юпітера, чи на поверхні Титана - супутника Сатурна. Нині для дослідження цих тіл Сонячної системи з метою пошуку на них ознак життя готують спеціальні космічні місії.

У питанні життя за межами Землі є дві суттєві складові: перша - це пошук ознак життя як такого, а друга - реєстрація сигналів від позаземних цивілізацій або відправлення в космос повідомлень від землян у надії, що

хтось їх зареєструє, розшифрує, а потім надішле відповідь. Ці стратегії науковці та ентузіасти пошуку позаземного життя реалізують у рамках наукових програм SETI (Search forExtraterrestrial Intelligence, пошук позаземного розуму) і METI (Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence, послання позаземним цивілізаціям).

Програма SETI вирішує завдання реєстрації сигналу, його декодування й виділення з нього осмисленої інформації. Тобто науковий пошук відбувається так само, як і в разі пошуку нових природних явищ. Одна лише відмінність - його результатом має стати не якесь явище природи, а повідомлення, надіслане розумними істотами. Завдання програми METI інше - скласти послання, яке хай яка розвинена розумна істота не ототожнить з природним явищем, а сприйме його як послання від іншої розумної істоти.

Перші сигнали від «космічних братів», що мешкають біля зір Тау Кита і Епсилон Еридана, намагався зареєструвати 1960 р. з допомогою радіотелескопа американський астроном Френк Дрейк у рамках виконання проекту «Озма». Протягом чотирьох місяців він прослуховував на частоті близько 1,420 ГГц радіосигнали, але, окрім шуму, нічого не почув. Частота прийому сигналу була обрана не випадково - на ній випромінює атомарний водень (Л = 21,1 см) - найпоширеніший елемент у Всесвіті.

Інтерес до контакту між земною й позаземними цивілізаціями виник наприкінці 50-х років ХХ ст. Тоді вийшло кілька наукових публікацій, в яких автори розглядали різні методи (радіосигнали, лазери тощо) такого зв'язку. 1961 р. в Національній радіоастрономічній обсерваторії США відбулася перша конференція з питань контактів з позаземними цивілізаціями. На ній Ф. Дрейк запропонував рівняння (його називають формулою Дрейка) оцінки кількості цивілізацій в нашій галактиці, з якими ми потенційно можемо встановити контакт.

де: N - кількість позаземних цивілізацій нашої галактики, готових вступити в контакт; R - кількість зір, які щорічно виникають в Галактиці; fp - частка зір, що мають планети; ne - середня кількість планет у зір, які мають умови для життя; fl - імовірність зародження життя на планеті з відповідними умовами; fi - імовірність появи розумного життя на планеті; fc - відношення планет, розумні мешканці яких здатні до контакту і шукають його, до кількості планет, на яких існує розумне життя; L - час існування високорозвиненої готової до контакту цивілізації.

Згідно з оцінками Дрейка, який взяв довільні параметри для своєї формули, N = 10. Хоча нині окремі параметри, що входять до формули Дрейка, мають менше чи більше прогнозовані значення (наприклад R - не більше п'яти, тоді як Дрейк припускав, що R = 10), здебільшого є невизначеними. Тому оцінка кількості потенційних цивілізацій в Галактиці досі лишається складним завданням.

Ідею космічного зв'язку з позаземними цивілізаціями в 70-х роках ХХ ст. підтримало NASA (National Aeronautics and Space Administration, Національне управління з аеронавтики і дослідження космічного простору). Якраз тоді (1976) з'явилася назва SETI, що замінила попередню - CETI (Communications with Extraterrestrial Intelligence - зв'язок з позаземними цивілізаціями). На той час стало зрозумілим, що зареєструвати сигнали від мешканців інших планет землянам з якихось причин не вдається, тому треба зосередити зусилля на їх пошуку. Зважаючи на «туманні» перспективи такого пошуку, NASA припинила фінансувати дослідження в цій галузі. Але науковці-ентузіасти продовжували пошуки сигналів за рахунок благодійних коштів, а 1984 р. заснували в США приватній Інститут SETI (SETI Institute). 2007 р. цей Інститут разом з Каліфорнійським університетом заснував обсерваторію для пошуку сигналів від позаземних цивілізацій. Гї оснащено радіотелескопом Аллена (Пол Аллен, один із засновників Microsoft, пожертвував 30 млн доларів на його створення), який реєструє сигнали в діапазоні 0,5-11 ГГц від майже тисячі зір, що лежать у радіусі понад 60 пк від Сонця.

З 1999 р. пошук сигналів з космосу може виконувати кожен власник персонального комп'ютера. Для цього треба приєднатися до проекту SETI@home, започаткованого астрономами Каліфорнійського університету. Він став одним із перших проектів, які згодом стали позначати терміном громадська наука. Суть його полягає в тому, що для опрацювання великої кількості даних, отриманих, наприклад, з астрономічних спостережень, у професійних астрономів не вистачає ресурсів (головно часу і людей). Тому науковці залучають добровольців до обробки результатів спостережень за принципом розподілених обчислень (коли один комп'ютер виконує обробку якоїсь окремої частини з великого масиву даних).

Перше радіопослання землян до позаземних цивілізацій було відправлене 1974 р. з допомогою 300-метрової антени радіотелескопа в Аресибо. Сигнал спрямували в бік кулястого скупчення М13, що лежить на відстані 7670 пк від Землі. Закодований сигнал містить базові відомості про людину, Землю та Сонячну систему.

У Космос, але вже до зір, що лежать на відстані понад 10 пк, спрямовували сигнали (вони містили малюнки, світлини, фрагменти музичних творів тощо) ще кілька разів. Для цієї мети використовували 70-метровий радіотелескоп, розміщений поблизу м. Феодосія в Криму.

Всі намагання знайти сигнал від позаземних цивілізацій досі не досягли успіху. Це наводить на роздуми як щодо існування життя за межами Землі, так і щодо методів та засобів пошуку сигналів. Одні науковці вважають, що в питанні міжзоряного зв'язку треба мінімізувати властивий людині антропоцентризм і спиратися на максимально простий математичний апарат. Інші, зокрема С. Гокінг, застерігають землян - не варто сигналити в Космос, адже невідомо, хто на це одізветься. Але проти таких поглядів є вагомий аргумент: з початком радіо- і телетрансляцій Земля випромінює радіосигнали в космос, які легко може зареєструвати розвинена цивілізація, що перебуває на відстані до 30 пк від нашої планети.

Ще одна група науковців, з огляду на уявлення про поширеність життя у Всесвіті, вказує на парадокс Фермі, суть якого зводиться до запитання: «Якщо навіть у нашій галактиці дуже багато розвинених цивілізацій, то чому ми з Землі не спостерігаємо видимих слідів їхньої діяльності, адже за мільярди років існування вони мали б розселитися по всій Галактиці». Часто парадокс Фермі розглядають як крайню форму прояву астросоціологічного парадоксу (АС-парадокс). У загальній формі АС-парадокс означає відсутність будь-яких спостережуваних проявів діяльності ви- сокорозвинених цивілізацій в космічному просторі. АС-парадокс в такому розумінні називають інколи також парадоксом мовчання Всесвіту (або Великим мовчанням).

Отже Космос мовчить, наші сучасні засоби астрономічних спостережень не реєструють у Всесвіті проявів інженерної діяльності високорозвинених цивілізацій, докази відвідин іншопланетянами Землі нині чи в минулому відсутні. Знайти пояснення цьому факту не вдається. Гіпотез існує багато, але жодна з них досі не стала теорією.

Рис. 17.2. Зміст першого послання землян до позаземних цивілізацій

Усе це є надто дивним з огляду на відкриття в Галактиці екзопланет земного типу, що перебувають в зонах життя своїх материнських зір, виявлення складних органічних молекул і сполук у газопилових хмарах та живих організмів на Землі там, де, як вважали, у принципі вони жити не можуть: в дуже кислому середовищі, в окропі сірчаних джерел, у товщі антарктичного льоду тощо.

Ми досі не знаємо, як виникло життя на Землі й чи існує воно у Всесвіті, а надто його розумні види. Але це не означає, що пошук позаземного життя треба припинити. Адже такі інтелектуальні потуги приносять користь і для вирішення суто земних проблем, вказуючи на потребу збереження життя на планеті.

ТИПОВЕ ЗАВДАННЯ

• Визначте час повної колонізації Галактики однією надрозвиненою цивілізацією за таких умов: а) з прабатьківської планети стартують три кораблі з переселенцями в різних напрямках; б) швидкість руху корабля становить 0,03 с (с - швидкість світла); в) відстань між зорями - 1 парсек; г) час колонізації кожної наступної планети становить 300 років, а потім з неї стартує три нових космічних кораблі з переселенцями.

Відповідь: При таких припущеннях переселенці будуть поширюватися по Галактиці зі швидкістю 1 парсек в 400 років (100 років витрачається на переліт до нової планети і 300 років на її колонізацію). Розмір нашої Галактики становлять 50 кілопарсек. Щоб її заселити, треба повторити операцію 5 · 10 разів. Звідси 400 · 5 · 10 = 20 · 10. Тобто через 20 млн років одна цивілізація заповнить усю Галактику.⁴⁴⁶

Зверніть увагу, що ця цифра отримана з суттєвим запасом, бо між великою кількістю зір в Галактиці відстань менша за 1 пк. Крім того, не всі зорі мають планети, придатні для життя, а тому на їх заселення не буде витрачено час.

НАВЧАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

• Поясніть суть гіпотези панспермії. Наведіть докази за і проти неї.

ВИСНОВКИ

Наш всесвіт пройшов складний еволюційний шлях, аж поки в ньому не виникла найскладніша організацією форма матерії - життя. Проблема походження життя на Землі є фундаментальною для сучасного природознавства. Хоча лишається ще багато нез'ясованого, але основний постулат відомий: життя - явище космічне.