Вселенная, жизнь, разум

2

МОУ Кузедеевская средняя школа

Вселенная, жизнь, разум

Выполнил: ученик 11 класса Тельнов Е. И.

Учитель - консультант: Суртай Н. А.

п. Кузедеево 2007г.

Содержание:

Введение

Нет ничего более волнующего, чем поиски жизни и разума во Вселенной. Уникальность земной биосферы и человеческого интеллекта бросает вызов нашей веры в единство природы. Человек не успокоится, пока не разгадает загадку своего происхождения. На этом пути необходимо пройти три важные ступени: узнать тайну рождения Вселенной, решить проблему происхождения жизни и понять природу разума.

Изучением Вселенной, её происхождения и эволюции занимаются астрономы и физики. Исследованием живых существ и разума заняты биологи и психологи. А происхождение жизни волнует всех: астрономов, физиков, биологов, химиков. К сожалению, нам знакома только одна форма жизни -- белковая и только одно место во Вселенной, где эта жизнь существует, -- планета Земля. А уникальные явления, как известно, с трудом поддаются научному исследованию. Вот если бы удалось обнаружить другие населённые планеты, тогда загадка жизни была бы решена гораздо быстрее. А если бы на этих планетах нашлись бы разумные существа… Дух захватывает, стоит только представить себе первый диалог с братьями по разуму.

Но каковы реальные перспективы такой встречи? Где в космосе можно найти подходящие для жизни места? Может ли жизнь зародиться в межзвёздном пространстве, или для этого необходима поверхность планет? Как связаться с другими разумными существами? Вопросов много…

В своем реферате я ставлю перед собой цель узнать, что во Вселенной мы не одиноки. Мне хочется узнать о далеких космических мирах, о Вселенной. На мой взгляд, самое главное в астрономии узнать, как устроен мир, есть ли жизнь на других планетах, одиноки ли мы в безбрежной Вселенной или где-то существует жизнь, как и наша?

2. Возникновение разума

Жизнь на какой-нибудь планете должна проделать огромную эволюцию, прежде чем стать разумной. Движущая сила этой эволюции - способность организмов к мутациям и естественный отбор. В процессе такой эволюции организмы все более и более усложняются, а их части - специализируются. Усложнение идет как в качественном, так и в количественном направлении. Например, у червя имеется всего около 1000 нервных клеток, а у человека около десяти миллиардов. Развитие нервной системы существенно увеличивает способности организмов к адаптации, их пластичность. Эти свойства высокоразвитых организмов являются необходимыми, но, конечно, недостаточными для возникновения разума. Последний можно определить как адаптацию организмов для их сложного социального поведения. Возникновение разума должно быть теснейшим образом связано с коренным улучшением и усовершенствованием способов обмена информацией между отдельными особями. Поэтому для истории возникновения разумной жизни на Земле возникновение языка имело решающее значение. Можем ли мы, однако, такой процесс считать универсальным для эволюции жизни во всех уголках Вселенной? Скорее всего - нет! Ведь в принципе при совершенно других условиях средством обмена информацией между особями могли бы стать не продольные колебания атмосферы (или гидросферы), в которой живут эти особи, а нечто совершенно другое. Почему бы не представить себе способ обмена информацией, основанный не на акустических эффектах, а, скажем на оптических или магнитных? И вообще - так ли уж обязательно, чтобы жизнь на какой-нибудь планете в процессе ее эволюции стала разумной?

Между тем эта тема с незапамятных времен волновала человечество. Говоря о жизни во Вселенной, всегда, прежде всего, имели в виду разумную жизнь. Одиноки ли мы в безграничных просторах космоса? Философы и ученые с античных времен всегда были убеждены, что имеется множество миров, где существует разумная жизнь. Никаких научно обоснованных аргументов в пользу этого утверждения не приводилось. Рассуждения, по существу, велись по следующей схеме: если на Земле - одной из планет Солнечной системы есть жизнь, то почему ей не быть на других планетах? Этот метод рассуждения, если его логически развивать, не так уж плох. И вообще страшно себе представить, что из 10²⁰ - 10²² планетных систем во Вселенной, в области радиусом в десяток миллиардов световых лет разум существует только на нашей крохотной планетке... Но может быть, разумная жизнь - чрезвычайно редкое явление. Может быть, например, что наша планета как обитель разумной жизни единственная в Галактике, причем далеко не во всех Галактиках имеется разумная жизнь. Можно ли, вообще, считать работы о разумной жизни во Вселенной научными? Вероятно, все-таки, при современном уровне развития техники можно, и необходимо заниматься этой проблемой уже сейчас, тем более она может вдруг оказаться чрезвычайно важной для развития цивилизации...

Обнаружение любой жизни, особенно разумной, могло бы представлять, и иметь огромное значение. Поэтому уже давно предпринимаются попытки обнаружить и установить контакт с другими цивилизациями. В 1974 году в США была запущена автоматическая межпланетная станция “Пионер-10”. Несколько лет спустя она покинула пределы Солнечной системы, выполнив различные научные задания. Если ничтожно малая вероятность того, что когда-нибудь, через многие миллионы лет, неведомые нам высоко цивилизованные инопланетные существа обнаружат “Пионер-10” и встретят его как посланца чужого, неведомого им мира. На этот случай внутри станции заложена стальная пластинка с выгравированными на ней рисунком и символами, которые дают минимальную информацию о нашей земной цивилизации. Это изображение составлено таким образом, чтобы разумные существа, нашедшие его, смогли определить положение Солнечной системы в нашей Галактике, догадались бы о нашем виде и, возможно, намерениях. Но конечно внеземная цивилизация имеет гораздо больше шансов обнаружить нас на Земле, чем найти “Пионер-10”.

3. Появление жизни на Земле

Чтобы на планете могла появиться жизнь, ее масса не должна быть слишком маленькой. С другой стороны, слишком большая масса тоже является неблагоприятным фактором, на таких планетах невелика вероятность образования твердой поверхности, они обычно представляют из себя газовые шары с быстро растущей к центру плотностью (например, Юпитер и Сатурн). Так или иначе, массы планет, пригодных для развития жизни, должны быть ограничены как сверху, так и снизу. По-видимому, нижняя граница возможностей массы такой планеты близка к нескольким сотым массы Земли, а верхняя в десятки раз превосходит земную. Очень большое значение имеет химический состав поверхности и атмосферы. Как видно, пределы параметров планет, пригодных для жизни, достаточно широки.

Для изучения жизни нужно, прежде всего, определить понятие “живое вещество”. Этот вопрос является далеко не простым. Многие ученые, например, определяют живое вещество как сложные белковые тела, обладающие упорядоченным обменом веществ. Такой точки зрения придерживался, в частности, академик А. И. Опарин, много занимавшийся проблемой происхождения жизни на Земле. Конечно, обмен веществ есть существеннейший атрибут жизни, однако вопрос о том, можно ли сводить сущность жизни, прежде всего к обмену веществ, является спорным. Ведь и в мире неживого, например, у некоторых растворов, наблюдается обмен веществ в его простейших формах. Вопрос об определении понятия “жизнь” стоит очень остро, когда мы обсуждаем возможности жизни на других планетарных системах.

В настоящее время жизнь определяется не через внутреннее строение и вещества, которые ей присущи, а через ее функции: “управляющая система”, включающая в себя механизм передачи наследственной информации, обеспечивающей сохранность последующим поколениям. Тем самым благодаря неизбежным помехам при передаче такой информации наш молекулярный комплекс (организм) способен к мутациям, а, следовательно, к эволюции.

Возникновению живого вещества на Земле (и, как можно судить по аналогии, на других планетах) предшествовала довольно длительная и сложная эволюция химического состава атмосферы, в конечном итоге приведшая к образованию ряда органических молекул. Эти молекулы впоследствии послужили как бы “кирпичиками” для образования живого вещества.

По современным данным, планеты образуются из первичного газово-пылевого облака, химический состав которого аналогичен химическому составу Солнца и звезд, первоначальная их атмосфера состояла в основном из простейших соединений водорода - наиболее распространенного элемента в космосе. Больше всего молекул водорода, аммиака, воды и метана. Кроме того, первичная атмосфера должна была быть богата инертными газами - прежде всего гелием и неоном. В настоящее время благородных газов на Земле мало, так как они в свое время диссипировали (улетучились) в межпланетное пространство, как и многие водородосодержащие соединения.

Однако, по-видимому, решающую роль в установлении состава земной атмосферы сыграл фотосинтез растений, при котором выделяется кислород. Не исключено, что некоторое, а может быть даже существенное количество органических веществ было принесено на Землю при падениях метеоритов и, возможно, даже комет. Некоторые метеориты довольно богаты органическими соединениями. Подсчитано, что за 2 млрд. лет метеориты могли принести на Землю от 10⁸ до 10¹² тонн таких веществ. Такие органические соединения могут в небольших количествах возникать в результате вулканической деятельности, ударов метеоритов, молний, из-за радиоактивного распада некоторых элементов.

Имеются довольно надежные геологические данные, указывающие на то, что уже 3.5 млрд. лет назад земная атмосфера была богата кислородом. С другой стороны возраст земной коры оценивается геологами в 4.5 млрд. лет. Жизнь должна была возникнуть на Земле до того, как атмосфера стала богата кислородом, так как последний в основном является продуктом жизнедеятельности растений. Согласно недавней оценке американского специалиста по планетарной астрономии Сагана, жизнь на Земле возникла 4.0 - 4.4 млрд. лет назад.

Механизм усложнения строения органических веществ и появление у них свойств, присущих живому веществу, в настоящее время еще недостаточно изучен, хотя в последнее время наблюдаются большие успехи в этой области биологии. Но уже сейчас ясно, что подобные процессы длятся в течение миллиардов лет.

Любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других органических соединений - это еще не живой организм. Можно, конечно, предположить, что при каких-то исключительных обстоятельствах где-то на Земле возникла некая “праДНК”, которая и послужила началом всему живому. Вряд ли, однако, это так, если гипотетическая “праДНК” была вполне подобна современной. Дело в том, что современная ДНК сама по себе совершенно беспомощна. Она может функционировать только при наличии белков-ферментов. Думать, что чисто случайно, путем “перетряхивания” отдельных белков - многоатомных молекул, могла возникнуть такая сложнейшая машина, как “праДНК” и нужный для ее функционирования комплекс белков-ферментов - это значит верить в чудеса. Однако можно предположить, что молекулы ДНК и РНК произошли от более примитивной молекулы.

Для образовавшихся на планете первых примитивных живых организмов высокие дозы радиации могут представлять смертельную опасность, так как мутации будут происходить так быстро, что естественный отбор не поспеет за ними.

Заслуживает внимания еще такой вопрос: почему жизнь на Земле не возникает из неживого вещества в наше время? Объяснить это можно только тем, что ранее возникшая жизнь не даст возможность новому зарождению жизни. Микроорганизмы и вирусы съедят уже первые ростки новой жизни. Нельзя полностью исключать и возможность того, что жизнь на Земле возникла случайно.

Существует еще одно обстоятельство, на которое, может быть, стоит обратить внимание. Хорошо известно, что все “живые” белки состоят из 22 аминокислот, между тем, как всего аминокислот известно, свыше 100. Не совсем понятно, чем эти кислоты отличаются от остальных своих “собратьев”. Нет ли какой-нибудь глубокой связи между происхождением жизни и этим удивительным явлением?

Если жизнь на Земле возникла случайно, значит жизнь во Вселенной редчайшее (хотя, конечно, ни в коем случае не единичное) явление. Для данной планеты (как, например, наша Земля) возникновение особой формы высокоорганизованной материи, которую мы называем “жизнью”, является случайностью. Но в огромных просторах Вселенной возникающая таким образом жизнь должна представлять собой закономерное явление.

Надо еще раз надо отметить, что центральная проблема возникновения жизни на Земле - это объяснение качественного скачка от “неживого” к “живому” - все еще далека от ясности. Недаром один из основоположников современной молекулярной биологии профессор Крик на Бюраканском симпозиуме по проблеме внеземных цивилизаций в сентябре 1971 года сказал: “Мы не видим пути от первичного бульона до естественного отбора. Можно прийти к выводу, что происхождение жизни - чудо, но это свидетельствует только о нашем незнании”

4. Поиски жизни в солнечной системе

ЛУНА -- единственное небесное тело, где смогли побывать земляне, грунт которого подробно исследован в лаборатории. Никаких следов органической жизни на Луне не найдено.

Дело в том, что Луна не имеет, и никогда не имела атмосферы: её слабое поле тяготения не может удерживать газ вблизи поверхности. По этой же причине на Луне нет океанов -- они бы испарились. Не прикрытая атмосферой поверхность Луны днём нагревается до 130 С, а ночью остывает до -170 С. К тому же на лунную поверхность беспрепятственно проникают губительные для жизни ультрафиолетовые и рентгеновские лучи Солнца, от которых Землю защищает атмосфера. В общем, на поверхности Луны для жизни условий нет. Правда, под верхним слоем грунта, уже на глубине 1 м, колебания температуры почти не ощущаются: там постоянно около -40 С. Но всё равно в таких условиях жизнь, вероятно, не может зародиться.

На ближайшей к Солнцу маленькой планете МЕРКУРИЙ ещё не побывали ни космонавты, ни автоматические станции. Но люди кое-что знают о ней благодаря исследованиям с Земли и с пролетавшего вблизи Меркурия американского аппарата “Маринер-10” (1974 и 1975 гг.). Условия там ещё хуже, чем на Луне. Атмосферы нет, а температура поверхности меняется от -170 до 450 С. Под грунтом температура в среднем составляет около 80 С, причём с глубиной она, естественно, возрастает.

ВЕНЕРУ в недавнем прошлом астрономы считали почти точной копией молодой Земли. Строились догадки, что скрывается под её облачным слоем: тёплые океаны, папоротники, динозавры? Увы, из-за близости к Солнцу Венера совсем не похожа на Землю: давление атмосферы у поверхности этой планеты в 90 раз больше земного, а температура и днём, и ночью около 460 С. Ходя на Венеру опустилось несколько автоматических зондов, поиском жизни они не занимались: трудно представить себе жизнь в таких условиях. Над поверхностью Венеры уже не так жарко: на высоте 55 км давление и температура такие же, как на Земле. Но атмосфера Венеры состоит из углекислого газа, к тому же в ней плавают облака из серной кислоты. Словом, тоже не лучшее место для жизни.

МАРС не без оснований считался пригодной для жизни планетой. Хотя климат там очень суровый (летним днём температура составляет около 0 С, ночью -80 С, а зимой доходит до -120 С), но всё же это не безнадёжно плохо для жизни: существует же она в Антарктиде и на вершинах Гималаев. Однако на Марсе есть ещё одна проблема -- крайне разряжённая атмосфера, в 100 раз менее плотная, чем на Земле. Она не спасает поверхность Марса от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца и не позволяет воде находиться в жидком состоянии. На Марсе вода может существовать только в виде пара и льда. И она действительно там есть, во всяком случае в полярных шапках планеты. Поэтому с большим нетерпением все ждали результатов поисков марсианской жизни, предпринятых сразу же после первой удачной посадки на Марс в 1976 г. автоматических станций “Викинг-1 и -2”. Но они всех разочаровали: жизнь не была обнаружена. Правда, это был лишь первый эксперимент.

В настоящее время ученые считают, что озеро Восток (про него будет рассказано дальше) еще сильнее напоминает другую планету, где когда-то существовала жизнь, а именно Марс. Согласно предположению, выдвинутому группой исследователей под руководством Наталии Дьюксбери (Лаборатория реактивного движения, NASA) причиной возникновения этого водного образования является не геотермальное нагревание, а иной механизм. Построенные учеными альтернативные модели антарктического озера указывают на то, что первоначально оно представляло собой открытый водоем, оледенение которого произошло в период от 5 до 30 млн. лет назад. Таким образом, если в нем удастся обнаружить какие-либо формы жизни, то с геологической точки зрения они будут старше ледяного щита Антарктики.

Предлагаемая модель озера Восток поражает сходством с условиями Красной планеты. Как известно, северный полюс Марса (См. приложение рис.1) покрыт слоем льда. Однако в прошлом планета испытала резкие изменения наклона оси вращения, и те области, которые в настоящее время находятся вблизи северного полюса, когда-то располагались в поясе с намного более теплым климатом. Поэтому можно предположить, что когда-то полярные регионы Марса были, как и антарктическое озеро Восток в модели Н. Дьюксбери, открытыми водоемами, над которыми в результате изменения климатических условий образовался ледяной щит. Предполагая, что в озере Восток присутствовали некоторые формы жизни до того, как оно было покрыто льдом, а также, что жизнь продолжает существовать в этом водоеме и сейчас, можно распространить эту гипотезу на древнее озеро, которое, возможно, и до сих пор находится под ледяной корой Северного полюса Марса.

Попытка выяснить вопрос о присутствии воды в жидком состоянии под ледяными шапками полюсов Марса будет предпринята в рамках орбитального аппарата “Марс Экспресс” Европейского космического агентства, запуск которого запланирован на 2003 год. Со временем подобный эксперимент будет также осуществлен и на Европе.

Но есть и другая гипотеза, о существование жизни на Марсе:

Венгерские ученые заявили о том, что при анализе снимков, полученных аппаратом “Марс Глобал Сейвейор”, ими были найдены свидетельства существования на Марсе живых организмов. Группа из трех исследователей, проанализировав около 60 000 снимков поверхности Марса, обратила внимание на многочисленные темные пятна на поверхности дюн, расположенных вблизи южного полюса Красной планеты. Ученые предположили, что это могут быть живые организмы, подобные организмам, найденными в районе южного полюса Земли. “Эти пятна показывают, что под поверхностью льда имеются организмы, использующие солнечную энергию для того, чтобы плавить лед и тем самым создавать условия для жизни”, -- сказал биолог Тибор Ганти (Tibor Ganti).

В течение жестокой марсианской зимы, эти так называемые “марсианские поверхностные организмы” (Mars Surface Organisms) защищены слоем льда, который начинает плавиться, когда в начале лета температуры поднимаются выше нуля. Размеры этих организмов, судя по размерам темных пятен на дюнах (См. приложение рис.2), колеблются от десятка до нескольких сотен метров.

Ученые полагают, что эти организмы способны останавливать свою жизнедеятельность в холодный период. “Такой же механизм был обнаружен на Земле, в покрытых льдом антарктических озерах. Вопрос в том, позволяют ли суровые условия на Марсе работать этому механизму”, -- продолжает Ганти. Он также говорит, что если их результаты правильны, то это будет первым настоящим доказательством присутствия жизни на Марсе.

Возможно, Европейское космическое агентство включит эксперименты по проверке идей венгерских ученых в программу исследований космического аппарата “Марс Экспресс”.

ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ. Климат Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна совершенно не соответствует нашим представлениям о комфорте: очень холодно, ужасный газовый состав (метан, аммиак, водород и т. д.), практически нет твёрдой поверхности -- лишь плотная атмосфера и океан жидких газов. Всё это очень непохоже на Землю. Однако в эпоху зарождения жизни и Земля была совсем не такой, как сейчас. Её атмосфера скорее напоминала венерианскую и юпитерианскую, разве что была теплее. Поэтому в ближайшее время непременно будет осуществлён поиск органических соединений в атмосфере планет-гигантов.

СПУТНИКИ ПЛАНЕТ И КОМЕТЫ. “Семейство” спутников, астероидов и ядер комет очень разнообразно по своему составу. В него, с одной стороны, входит огромный спутник Сатурна Титан с плотной азотной атмосферой, а с другой -- мелкие ледяные глыбы кометных ядер, большую часть времени проводящие на далёкой периферии Солнечной системы. Серьёзной надежды обнаружить жизнь на этих телах не было никогда, хотя исследование на них органических соединений как предшественников жизни представляет особый интерес.

В последнее время внимание экзобиологов (специалистов по внеземной жизни) привлекает спутник Юпитера Европа. (См. приложение рис.3) Под ледяной корой этого спутника должен быть океан жидкой воды. А где вода -- там жизнь:

Расположенное в Антарктиде озеро Восток пользуется повышенным вниманием со стороны исследователей, так как его считают земным аналогом поверхности Европы -- спутника Юпитера. Как утверждают ученые, условия этого озера, покрытого почти четырехкилометровым слоем льда, весьма близки к предполагаемым для океана, обнаруженного под ледяной корой луны Юпитера. До последнего времени возможной причиной возникновения и того, и другого водного образования считалось геотермальное нагревание. Эти водоемы покрыты настолько толстым слоем льда, что за миллионы лет туда не поступал ни атмосферный воздух, ни солнечный свет. Поэтому, если в будущем ученые смогут обнаружить жизнь в озере Восток (в настоящее время бурильные скважины пока еще не достигли жидкого слоя), то это будет служить реальным аргументом в пользу существования жизни и в океане Европы.

“Большая часть жизни на поверхности Земли -- на земле или в море -- зависит от фотосинтеза. Первым звеном в пищевых цепях является превращение хлорофиллом солнечного света в химически сохраняемую энергию. Но представьте океан на Европе -- огромный резервуар воды, накрытый километрами льда. Фотосинтез там не работает. Однако, несмотря ни на что, есть другие пути для существования там жизни”, -- сказал Чайба.

Поступающие с космического аппарата “Галилео” данные позволяют предположить существование океана под поверхностными слоями не только Европы, но и других спутников -- Ганимеда и Каллисто. Наличие жидкой воды -- это важнейшая предпосылка для развития жизни, но для ее поддержания необходим еще и источник энергии. Исследователи отмечают, что таким источником обычно являются окислительно-восстановительные реакции. Важным окислителем в земных океанах является кислород, продукт фотосинтеза, но вряд ли он может играть какую-то роль в океанах юпитерианских спутников. Возможно, что окисляющие агенты, наподобие перекиси водорода, могут образовываться в ледяном слое под воздействием частиц высокой энергии из магнитосферы Юпитера. Просачиваясь в океан сквозь ледяной щит, такие вещества могут служить основой для необходимых реакций.

У ученых нет уверенности в том, что такой механизм играет ведущую роль, и поэтому они искали другие возможности для образования в океанах молекулярного кислорода. Одной из них оказался изотоп калий-40, присутствие которого возможно как во льду, так и в воде. Распад атомов калия-40 приводит к расщеплению молекул воды и образованию молекулярного кислорода. Количество появляющегося таким образом кислорода достаточно для поддержания биосферы в океанах спутников.

В упавших на землю метеоритах иногда обнаруживают сложные органические молекулы. Сначала было подозрение, что они попадают в метеориты из земной почвы, но теперь их внеземное происхождение вполне надёжно доказано. Например, упавший в Австралии в 1972 г. метеорит Мерчисон был подобран уже на следующее утро. В его веществе нашли 16 аминокислот -- основных строительных блоков животных и растительных белков, причём лишь 5 из них присутствуют в земных организмах, а остальные 11 на Земле редки. К тому же среди аминокислот метеорита Мерчисон в равных долях присутствуют левые и правые молекулы (зеркально симметричные друг другу), тогда как в земных организмах -- в основном левые. Кроме того, в молекулах метеорита изотопы углерода ¹²С и ¹³С представлены в иной пропорции, чем на Земле. Это, бесспорно, доказывает, что аминокислоты, а также гуанин и аденин -- составные части молекул ДНК и РНК, могут самостоятельно формироваться в космосе.

Итак, пока в Солнечной системе нигде кроме Земли, жизнь не обнаружена. Учёные не питают на этот счёт больших надежд; скорее всего Земля окажется единственной живой планетой. Например, климат Марса в прошлом был более мягким, чем сейчас. Жизнь могла там зародиться и продвинуться до определённой ступени. Есть подозрение, что среди попавших на Землю метеоритов некоторые являются древними осколками Марса; в одном из них обнаружены странные следы, возможно принадлежащие бактериям. Это ещё предварительные результаты, но даже они привлекают интерес к Марсу.

5. Условия для жизни в космосе

В космосе мы встречаем широкий спектр физических условий: температура вещества меняется от 3--5 К до 10⁷--10⁸ К, а плотность -- от 10^-22 до 10¹⁸ кг/см³. Среди столь большого разнообразия нередко удаётся обнаружить места (например, межзвёздные облака), где один из физических параметров с точки зрения земной биологии благоприятствует развитию жизни. Но лишь на планетах могут совпасть все параметры, необходимые для жизни.

ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ НА ПЛАНЕТАХ. В конце 50-х гг. XX столетия американские биофизики Стэнли Миллер, Хуан Оро, Лесли Оргел в лабораторных условиях имитировали первичную атмосферу планет (водород, метан, аммиак, сероводород, вода). Колбы с газовой смесью они освещали ультрафиолетовыми лучами и возбуждали искровыми разрядами (на молодых планетах активная вулканическая деятельность должна сопровождаться сильными грозами). В результате из простейших веществ очень быстро формировались любопытные соединения, например 12 из 20 аминокислот, образующих все белки земных организмов, и 4 из 5 оснований, образующих молекулы РНК и ДНК. Разумеется, это лишь самые элементарные “кирпичики”, из которых по очень сложным правилам построены земные организмы. До сих пор непонятно, как эти правила были выработаны и закреплены природой в молекулах РНК и ДНК.

ЗОНЫ ЖИЗНИ. Биологи не видят иной основы для жизни, кроме органических молекул -- биополимеров. Если для некоторых из них, например молекулы ДНК, важнейшей является последовательность звеньев-мономеров, то для большинства других молекул -- белков и в особенности ферментов -- важнейшей является их пространственная форма, которая очень чувствительна к окружающей температу-ре. Стоит повыситься температуре, как белок денатурируется -- теряет свою пространственную конфигурацию, а вместе с ней и биологические свойства. У земных организмов это происходит при температуре около 60 С. При 100--120 С разрушаются практически все земные формы жизни. К тому же универсальный растворитель -- вода -- при таких условиях превращается в атмосфере Земли в пар, а при температуре менее 0 С -- в лёд. Следовательно, можно считать, что благоприятный для возникновения диапазон температур -- 0--100 С.

Температура на поверхности планеты в основном зависит от светимости родительской звезды и расстояния до неё. В конце 50-х гг. американский астрофизик, китаец по рождению, Су-Шу Хуанг исследовал эту проблему детально: он рассчитал. На каком расстоянии от звёзд разного типа могут находиться обитаемые планеты, если средняя температура на их поверхности лежит в пределах 0--100 С. Ясно, что вокруг любой звезды существует определённая область -- зона жизни, за границы которой орбиты этих планет не должны выходить. У звёзд-карликов она близка к звезде и неширока. При случайном формировании планет вероятность, что какая-нибудь из них попадёт в эту область, мала. У звёзд высокой светимости зона жизни находится далеко от звезды и очень обширна. Это хорошо, но продолжительность их жизни так мала, что трудно ожидать появления на их планетах разумных веществ (земной биосфере для этого понадобилось более 2 млрд. лет).

Таким образом, по мнению Су-Шу Хуанга, для обитаемых планет наиболее подходят звёзды главной последовательности спектральных классов от F5 до К5. Годятся не любые из них, а лишь звёзды второго поколения, богатые теми химическими элементами, которые необходимы для биосинтеза, -- углеродом, кислородом, азотом, серой, фосфором. Солнце как раз и является такой звездой, а наша Земля движется в середине его зоны жизни. Венера и Марс находятся вблизи краёв этой зоны. В результат жизни на них нет.

Итак, можно надеяться, что у любой солнцеподобной звезды, обладающей планетной системой, найдётся хотя бы одна планета с условиями, пригодными для развития на ней жизни.

К сожалению, осталось мало шансов обнаружить активную биосферу в Солнечной системе и совершенно непонятно, как искать её и в других планетных системах. Но если где-то жизнь достигла разумной формы и создала техническую цивилизацию, подобную земной, то можно попытаться вступить с ней в контакт; для созданной людьми техники это уже реальная задача.

ПЛАНЕТЫ ВБЛИЗИ ЗВЁЗД. Планеты должны быть не меньше Марса, чтобы удержать у своей поверхности воздух и пары воды, но и не такими огромными, как Юпитер и Сатурн, протяжённая атмосфера которых не пропускает солнечные лучи к поверхности. Одним словом, планеты типа Земли, Венеры, возможно, Нептуна и Урана при благоприятных обстоятельствах могут стать колыбелью жизни. А обстоятельства эти довольно очевидны: стабильное излучение звезды; определённое расстояние от планеты до светила, обеспечивающее комфортную для жизни температуру; круговая форма орбиты планеты, возможная лишь в окрестностях уединённой звезды (т. е. одиночной или компонента очень широкой двойной системы). Это главное. Часто ли в космосе встречается совокупность подобных условий?

Одиночных звёзд довольно много -- около половины звёзд Галактики. Из них около 10% сходны с Солнцем по температуре и светимости. Правда, далеко не все они также спокойны, как наша звезда, но приблизительно каждая десятая похожа на Солнце и в этом отношении. Наблюдения последних лет показали, что планетные системы, вероятно, формируются у значительной части звёзд умеренной массы. Таким образом, Солнце с его планетной системой должны напоминать около 1% звёзд Галактики, что не так уж мало -- миллиарды звёзд.

6. Поиск внеземных цивилизаций

Как найти братьев по разуму? Стратегия поиска зависит от того, как люди представляют себе возможности и желания этих самых братьев. Можно разделить такие представления на четыре разных типа:

Они рядом с нами. Так думают те, кто считает НЛО космическими кораблями пришельцев, верит в техническую возможность межзвёздных перелётов, в регулярное появление инопланетян на Земле. К сожалению, научной базы для таких представлений пока нет.

Они здесь когда-то побывали. Некоторые любители историй и археологи считают, что в памятниках, литературных источниках и легендах сохранились указания на посещение Земли пришельцами. Они не исключают даже, что мы -- их потомки. Это последнее утверждение с точки зрения биологии очень наивно: генетический код и молекулярный состав человека полностью идентичен другим существам, живущим на Земле. О древних памятниках и легендах однозначного мнения пока нет, однако в принципе люди в ревности могли создать любое из этих творений.

Они осваивают космос. Здесь всё достаточно просто. Земляне сами уже осваивают космос и могут представить себе перспективы этого занятия. Главное заключается в том, что человечество всё больше потребляет энергии и всё больше рассеивает её в окружающее пространство в преобразованном виде. Например, уже более 100 лет Землю покидают радиоволны искусственного происхождения. Последние 50 лет это очень мощные сигналы наших телевизионных передатчиков и радаров, которые без особого труда можно зарегистрировать с соседних звёзд. Это же касается и мощных лазерных импульсов, посылаемых в космос, В перспективе люди начнут строить крупные космические поселения, которые будут источниками инфракрасного (теплового) излучения с характерной температурой около 300 К.

По подобным признакам можно попытаться отыскать цивилизацию земного типа даже в том случае, даже если она не стремиться сообщить о своём существовании. Если технический уровень цивилизации настолько высок, что она научилась использовать всю энергию своей звезды, например, окружив её непрозрачной оболочкой (так называемая сфера Дайсона), то вместо звезды мы увидим инфракрасный источник. Специальный поиск действительно позволил найти такие источники, но пока все они оказывались формирующимися звёздами, окружёнными пылевыми оболочками. Впрочем, возможности имеющихся инфракрасных телескопов всё ещё весьма ограниченны.

Они хотят поговорить. Значительно проще было бы обнаружить братьев по разуму, если бы они сами этого захотели. Мощный радиомаяк или лазерный “прожектор” можно заметить с очень большого расстояния. Такие поиски предпринимаются. Вопрос в том, какой способ сообщения они выберут.

7. Связь с внеземными цивилизациями

Для беспроводной связи на земле в основном используют радио. Поэтому главные усилия сейчас направлены на поиски сигналов внеземных цивилизаций (ВЦ) в радиодиапазоне. Но ведутся они и в других диапазонах излучения. За последние 20 лет было проведено несколько экспериментов по поиску лазерных сигналов в оптическом диапазоне. Достоинство лазерной связи на малых расстояниях очевидно: у неё очень высокая пропускная способность, позволяющая передавать огромное количество информации за короткое время. На больших расстояниях лазерный луч рассеивается и поглощается в атмосфере, и его приходится пропускать по оптико-волоконному кабелю. Но космическое пространство достаточно прозрачно для оптической связи. Вторая особенность лазера -- высокая направленность луча -- скорее является недостатком для желающих перехватить чужое космическое послание.

При наблюдении с Земли лазерный сигнал будет давать узкую линию в спектре звезды, около которой расположен лазерный передатчик ВЦ. Следовательно, задача сводится к поиску “звёзд-лазеров”, обладающих сверхузкими линиями излучения. Программа по поиску таких звёзд проводится в Специальной астрофизической обсерватории Российской Академии наук на Северном Кавказе с помощью 6-метрового рефлектора БТА. Там был разработан специальный комплекс аппаратуры МАНИЯ, позволяющий обнаруживать сверхбыстрые, до 10^-7 с, вариации светового потока и их сверхузкие, до 10^-6 А^о, эмиссионные линии. Важно, что поиск сигналов ВЦ ведётся одновременно с решением астрофизических задач, например, с изучением нейтронных звёзд и поиском чёрных дыр, т. е. не отвлекает телескопы от научных целей.

Недавно в эту работу включились аргентинские астрономы, начав поиск оптических сигналов с помощью телескопа диаметром 2 м в провинции Сан-Жуан вблизи Аргентинских Анд. Важно, что этому телескопу доступны звёзды южного полушария неба. Ещё одна программа поиска лазерных сигналов в инфракрасном диапазоне ведётся Калифорнийским университетом в Беркли. Для неё используется одно из зеркал диаметром 1,7 м звёздного интерферометра, установленного в обсерватории Маунт-Вилсон. Эта программа включает исследование 300 близких к Земле звёзд и рассчитана на несколько лет.

И всё же пока радиоволны считаются наиболее перспективным видом связи. Чувствительные земные радиоантенны могли бы обнаружить мощные телевизионные передатчики типа Останкинского на планетах у соседних звёзд. Современная техника позволяет установить связь с братьями по разуму в любом уголке Галактики, если, конечно, знать, где они и в каком диапазоне волн собираются вести переговоры. А может быть, эти переговоры уже ведутся, и осталось лишь настроить приёмники, чтобы их слышать?

Итак, для поиска сигналов ВЦ помимо технических финансовых проблем нужно было решить 2 принципиальные: в какую точку неба направить антенну и на какую частоту настроить приёмник.

Первая проблема решилась легко: антенны направлены на ближайшие звёзды, похожие на Солнце, в надежде, что рядом с ними есть планеты, похожие на Землю. Вторая проблема оказалась сложнее. Когда человек ловит неизвестную радиостанцию домашним приёмником, то он просто “бродит” по всему диапазону волн. Если станция мощная, её отыскать легко, а если сигнал слаб, то нужно медленно переходить с волны на волну, внимательно вслушиваясь в шорох помех, -- на это уходит много времени. Ожидаемый из космоса сигнал настолько слаб, что, просто вращая ручку настройки приёмника, его не найти. В первые годы поиска сигнала ВЦ учёные пытались угадать, на какой частоте можно ожидать передачу из космоса. Решили так: эту частоту должен знать любой радиоастроном в Галактике, значит, это должна быть линия излучения какого-нибудь космического вещества, лучше всего самого распространённого, т. е. водорода. Действительно, он слабо излучает на волне длиной 21 см. На эту волну и решили настроиться.

8. Проекты изучения внеземных цивилизаций Озма и Серендип

Наблюдения начались в 1960 г., когда Фрэнсис Дрейк попытался с помощью антенны диаметром 26 метров принять сигналы от звёзд Кита и Эридана. Его работа называлась “проект ОЗМА”. Искусственные сигналы обнаружены не были, но работа Дрейка открыла эру поиска сигналов поиска ВЦ. Сначала это занятие получило общее название GETI (Communication with ExtraTerrestrial Intelligents -- “Связь с неземными цивилизациями”). Позже его стали называть более осторожно SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligents -- “Поиск внеземных цивилизаций”), имея в виду, что, прежде чем удастся наладить связь, необходимо найти хоть какие-то следы деятельности разумных существ в космосе. За прошедшие годы в разных странах, в основном в США и в СССР, было осуществлено более 60 экспериментов по поиску сигналов ВЦ, изучены тысячи звёзд на различных частотах. Но до сих пор сигналы разумных существ не обнаружены.

Стратегия поиска за это время заметно изменилась. Первые работы просто повторяли идею Дрейка в расширенном виде. Затем исследовали другие звёзды и на других частотах, но вскоре поняли, что надеяться на успех можно лишь в том случае, если удастся прослушать всё небо на всех частотах. В компьютерный век это оказалось возможно.

В 1992 г. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) начало проект СЕРЕНДИП (SERENDIP, Search for Extraterrestrial Radio Emission from nearby Developed Intelligent Populations -- “Поиск внеземного радиоизлучения от соседних развитых цивилизаций”). Проект рассчитан на 10 лет. В нём участвуют несколько обсерваторий разных стран. С помощью параболической антенны диаметром 34 м в Голдстоуне (штат Калифорния) проводится сплошной просмотр неба -- полоса за полосой. При выявлении подозрительных сигналов их детальным изучением занимаются более крупные телескопы, такие, как антенна диаметром 64 м в Парксе (Австралия) или 300-метровая чаша в Аресибо на острове Пуэрто-Рико.

Работа ведётся параллельно с обычными научными наблюдениями. Иными словами, откуда бы ни получал телескоп сигналы, СЕРЕНДИП постоянно анализирует их на “разумность”: вдруг попутно что-нибудь интересное обнару-жит, совсем как в известной сказке.

Применена и новая стратегия поиска. Сначала радиотелескоп среднего размера быстро просматривает полосу неба, неоднократно сканируя её взад и вперёд. “Взгляд” антенны движется быстро, а компьютер сортирует полученные данные, отбирая среди зафиксированных источников несколько наиболее интересных. Затем с помощью той же антенны они изучаются более детально. Телескоп фиксирует “взгляд” на каждом из них, повышая тем самым свою чувствительность. Разумеется, большинство источников оказываются ложными: помехи от радаров, собственные шумы приёмника и т. п. Но некоторые источники подтверждаются и заносятся в каталог для детального изучения с помощью самых крупных антенн.

Удивительная способность проекта СЕРЕНДИП -- его многоканальные приёмники: космическое пространство прослушивается не на одной частоте, а сразу на нескольких миллионах частот, перекрывающих широкий диапазон радиоволн. В прежние годы поиск сигналов вёлся на одной фиксированной частоте, заранее выбранной исследователями. Такая стратегия напоминала охоту за рыбой с острогой в мутной воде. Охотник пытается угадать, где должна находиться рыба в данный момент, и втыкает туда острогу. Много ли у него шансов на удачу? Радиоприёмники проекта СЕРЕНДИП в этом смысле похожи на мелкоячеистую сеть, которая широко захватывает и не пропускает ни одну рыбку, причём размер этого “невода” постоянно возрастает: на антенне в Аресибо работает приёмник на 4 млн. каналов! Создав эти суперприёмники, радиоастрономы вновь навели свои антенны на ближайшие звёзды: тысячу звёзд в окрестностях Солнца прослушивают теперь на миллионах различных частот.

Нужно заметить, что научные работы, не имеющие непосредственного практического приложения, финансируются в любой стране не очень щедро, а тем более такие фантастические, как поиск ВЦ. Проект СЕРЕНДИП в 1994 г. был остановлен: необходимые для продолжения работы 12 млн. долл. Американский сенат не выделил, мотивируя свой отказ тем, что “братья по разуму не могут решить наши финансовые проблемы”. Но нашлись энтузиасты, создавшие для поддержки уникального проекта общество “Друзья СЕРЕНДИП”, которое возглавил знаменитые писатель-фантаст Артур Кларк (кстати, он уже много лет живёт на острове Шри-Ланка, т. е. на том самом сказочном Серендипе). Сейчас космический поиск продолжается; уже замечены сотни необычных сигналов, которые будут изучаться более детально.

9. Язык братьев по разуму

Попытки наладить радиоконтакт с братьями по разуму продолжаются уже около 40 лет. И давно стало ясно, что главной проблемой в этом деле будет не техника передачи и приёмов сигналов, а язык и содержание сообщений. Очевидно, что выбор языка общения зависит от предварительной информации о собеседнике: чем меньше о нём известно, тем более универсальным должен быть язык. Его выбор зависит от формы контакта. Как показал опыт общения различных цивилизаций Земли (например, европейцев и индийцев), даже здесь контакты бывают весьма сложными. В XIX в. русский этнограф Н. Н. Миклухо-Маклай, пытаясь составить словарь языка папуасов, столкнулся с серьёзными трудностями. Желая знать, как называется лист, он показал его нескольким туземцам и, к своему удивлению, от всех услышал разные названия. Постепенно он выяснил, что один сказал “зелёный”, другой -- “грязь”, другой -- “негодная”, так как лист был поднят с земли, третий назвал растение, которому принадлежал лист, и т. д. Даже в этом простейшем случае, оказалось трудно добиться ясности. Ещё сложнее было с абстрактными понятиями. “Для ряда понятий -- писал путешественник, -- я никаким образом не мог получить соответствующих обозначений, для этого оказалось недостаточным как моя сила воображения, так и моя мимика. Как я мог, например, представить понятие “сны” или “сон”, как мог найти название понятия “друг”, “дружба”? Даже для глагола “видеть” я узнал слово лишь по прошествии 4 месяцев, а для глагола “слышать” так и мог узнать”.

Контакты с другими цивилизациями наверняка будут связаны с очень большими трудностями, а могут вообще оказаться бесплодными. Ведь до сих пор не почитаны некоторые тексты на мёртвых языках Земли -- своеобразные послания из глубины веков. Ещё больших трудностей следует ожидать в том случае, если нам удастся случайно подслушать радиосообщения из иных миров, предназначенные для внутреннего пользования, например, обрывки телепередач или позывные космических маяков. Но если кто-то оправляет в космос специальные позывные для поиска братьев по разуму, то он должен позаботиться о простоте языка, т. е. создать особый язык, понятный любому мыслящему существу. Учёные называют это принципом антикриптографии (от греч. “анти” -- “против”; “криптос” -- “тайный”, “скрытый”; “графо” -- “пишу”).

ИСКУССТВЕННЫЕ ЯЗЫКИ. Их история началась с попыток придумать универсальный язык для людей. Результат одной из таких попыток -- язык эсперанто -- и сейчас в ходу. Однако так или иначе основой этих языков были живые европейские языки. Ханс Фройденталь, профессор математики Утрехтского университета (Нидерланды) решил создать язык, понятный для существ, не имеющих с нами ничего общего, кроме разума. Дело происходило в те годы, когда все были взволнованы запуском первого спутника и первой попыткой Дрейка принять сигналы внеземных цивилизаций. Поэтому Фройденталь назвал свой язык линкос (от лат. linqua cosmica -- “космический язык”).

Линкос прост и однозначен, он не содержит исключений из правил, синонимов и т. д. К тому же этот язык совершенно свободен от фонетического звучания. Слова этого языка никогда и никем во Вселенной произноситься не будут. Их можно закодировать в любо системе, например в двоичной, и передавать в космос по радио или другим способом.

Фройденталь разработал уроки линкоса, которыми должно начинаться первое послание. Первый урок содержит простые понятия математики и логики. Он начинается рядом натуральных чисел, которые передаются последователь-ностью импульсов. Затем вводятся знаки чисел и понятие “равняется”. Каждый знак передаётся импульсом особой формы. После этого демонстрируются арифметические операции. Таким образом, неведомый корреспондент проходит курс математики и овладевает понятием “больше”, “меньше”, “верно”, “неверно”, “возрастает”, “убывает” и т. д.

КОСМИЧЕСКИЕ ПОСЛАНИЯ. За прошедшие 40 лет люди убедились, что рядом с Землёй нет цивилизаций, передающих сообщения по радио. И земляне сами решили послать весточку неведомым космическим братьям. В 70-х гг. к звёздам были отправлены радиограммы и автоматические зонды с посылками на борту. Каково же было их содержание?

Прежде всего, предстояло решить вопрос, в какой форме послать сообщение: в форме текста или картинок, т. е. воспользоваться понятиями или образами. Использовать линкос пока не решились. Все послания, отправленные в космос по радио и на борту космических аппаратов, содержат образы -- рисунки, слайды, звуки речи, музыку. Краткий текст состоит из нескольких чисел, необходимых для указания “обратного адреса” -- положения нашей планеты в Галактике.

16 ноября 1974 г. из обсерватории Аресибо было отправлено сообщение в направлении шарового звёздного скопления М 13 в созвездии Геркулеса. В нём около миллиона звёзд, подобных Солнцу, поэтому вполне вероятно, что сообщение будет кем-то принято. Правда сигнал доберётся туда только через 25 тыс. лет. Сообщение послано на волне длиной 12,6 см и содержит 1679 знаков. Как надеются земляне, их инопланетные коллеги сообразят, что послание представляет собой кадр 23х73.

Пока землянам неизвестны быстрые способы межзвёздных путешествий; перелёт даже к ближайшей звезде занял бы десятки тыс. лет. Для человека путь к звёздам пока закрыт. Но автоматы уже устремились в межзвёздное пространство: четыре зонда покинули пределы Солнечной системы -- это “Пионер-10, -11”, запущенные в 1972--1973 гг., и “Вояджер-1, -2”, запущенные 1977 г. Пролетев мимо внешних планет, они преодолели притяжение Солнца и теперь удаляются в глубины Галактики. Так почему же не послать с ними весточки в другие миры? Есть шанс, что они когда-нибудь попадут в руки разумных существ. Поэтому каждый из зондов несёт особое послание.

Внутри “Пионеров” заложены небольшие металлические пластинки, на которых выгравирована “визитная карточка” землян. На ней изображены люди на фоне силуэта космического аппарата (для того чтобы показать масштаб). Мужчина приветственно поднял руку. Внизу показана схема Солнечной системы; линия, протянувшаяся от третьей планеты к маленькому силуэту “Пионера” показывает траекторию полёта. Вверху слева дважды изображён атом водорода. Кружок обозначает орбиту электрона, а палочка с точкой -- направление спина (оси собственного вращения) электрона и протона. На правом рисунке спины частиц совпадают, а на левом они противоположны. Каждый физик (в том числе, наверное, и неземной) знает, что при повороте спинов атом водорода излучает радиоимпульс с частотой 1420 МГц, т. е. с длиной волны 21 см. Эти длина и частота (мера времени) служат единицами всех других расстояний и времён, указанных на этом рисунке.