§ 28. Жизнь и разум во Вселенной

Определения и обозначения

Внеземная жизнь — возможные формы жизни за пределами Земли. Искать её можно, только выясняя, где и при каких условиях жизнь способна возникнуть и сохраняться. Поэтому учёные изучают не только далёкие миры, но и признаки, которые могут рассказать об их среде.

Обитаемая зона — область вокруг звезды, где при подходящих условиях на поверхности планеты может существовать жидкая вода. Это понятие помогает выбирать объекты для наблюдений, но не служит свидетельством жизни. Границы зоны зависят от того, сколько энергии излучает звезда.

Уравнение Дрейка — формула для ориентировочной оценки числа цивилизаций Галактики, которые способны вступить в контакт. В ней перемножают множители, относящиеся к рождению звёзд, планет, жизни, разума и технических цивилизаций. Формула полезна тем, что показывает, какие этапы нужно оценить, а не тем, что выдаёт точное число.

SETI — научный поиск возможных сигналов внеземных цивилизаций. Наблюдатели регистрируют из космоса прежде всего радиосигналы, которые по своим характеристикам могут выглядеть искусственными. Название объединяет направление поиска, а не утверждение, что сигнал уже найден.

Как это устроено

Вода важна для известных нам форм жизни, потому что в ней могут протекать химические реакции, необходимые организмам. Температура влияет на то, будет ли вода жидкой, а источник энергии позволяет поддерживать процессы в среде. Это ориентиры, выведенные из земного опыта: условия могут быть необходимыми для знакомой нам жизни, но их наличие ещё не означает, что жизнь возникла. Для вывода нужны отдельные свидетельства биологических процессов.

На планету поступает энергия звезды, и её количество зависит от светимости звезды и расстояния до неё. Поэтому у более яркой звезды область, где возможно существование жидкой воды, в общем случае находится дальше; у менее яркой — ближе. Однако температура поверхности определяется не только расстоянием: важны атмосфера и свойства самой планеты. Следовательно, попадание в обитаемую зону означает лишь подходящий уровень получаемого излучения при определённых условиях.

Возможный путь к технической цивилизации состоит из нескольких этапов: сначала должна возникнуть жизнь, затем — разум, способный накапливать знания, а после — технология, позволяющая создавать обнаружимые сигналы. Каждый этап зависит от множества обстоятельств, которые трудно восстановить по наблюдениям за одной известной нам биосферой. Поэтому вероятность каждого перехода неизвестна. Даже если один этап оказался распространённым, это не гарантирует, что столь же часто происходят следующие.

Уравнение Дрейка обычно записывают так: N = R × fp × ne × fl × fi × fc × L. Здесь R — скорость образования звёзд, fp — доля звёзд с планетами, ne — среднее число подходящих планет в системе, а fl, fi и fc — вероятности появления жизни, разума и технической цивилизации. L обозначает длительность периода, в течение которого цивилизация может быть обнаружена. Перемножение превращает цепочку этапов в общую оценку, но неизвестные значения множителей делают результат зависимым от предположений.

Поиск ведут двумя взаимодополняющими путями. Планеты и спутники изучают как возможные места жизни, а излучение их атмосфер — как источник сведений о составе и возможных биологических процессах. В рамках SETI радиотелескопы регистрируют сигналы из разных направлений и проверяют, не похожи ли их свойства на искусственную передачу. Каждое наблюдение сначала рассматривают как кандидат на объяснение, а не как готовое открытие.

Поиск внеземной жизни и разума

Таблица сравнивает, что именно наблюдают и почему одного результата недостаточно для вывода о жизни или контакте. Используйте её, чтобы отличать направление поиска от возможного толкования находки. Во всех случаях нужно проверить другие объяснения и получить надёжное подтверждение.

Разбор задач

Задача 1. Планета находится на таком расстоянии от звезды, что на её поверхности теоретически может существовать жидкая вода. Можно ли заключить, что на ней есть жизнь? Чтобы ответить, нужно отделить условие, благоприятное для жизни, от наблюдения, прямо указывающего на саму жизнь.

1. Установим, что сообщает условие: планета получает подходящее количество энергии для возможного существования жидкой воды.
2. Проверим, чего оно не сообщает: неизвестны свойства атмосферы и поверхности, а также наличие других необходимых условий.
3. Даже если условия окажутся подходящими, это ещё не свидетельствует, что жизнь возникла. Нужны независимые наблюдения возможных биологических признаков и проверка их объяснений.

Ответ: заключить о наличии жизни нельзя. Положение в обитаемой зоне делает планету интересной для дальнейшего изучения, но не подтверждает, что она населена.

Задача 2. Для условной модели Галактики даны множители уравнения Дрейка: R = 5, fp = 0,4, ne = 2, fl = 0,1, fi = 0,2, fc = 0,5, L = 1000. Найдём оценку числа контактирующих цивилизаций, используя эти модельные значения. Пример показывает способ вычисления, а не реальные измеренные параметры Галактики.

1. Запишем формулу: N = R × fp × ne × fl × fi × fc × L.
2. Подставим данные: N = 5 × 0,4 × 2 × 0,1 × 0,2 × 0,5 × 1000.
3. Перемножим по шагам: 5 × 0,4 = 2; 2 × 2 = 4; 4 × 0,1 = 0,4; 0,4 × 0,2 = 0,08; 0,08 × 0,5 = 0,04; 0,04 × 1000 = 40.

Ответ: по заданной модели получается N = 40. Это оценка, зависящая от принятых множителей, а не установленное число существующих цивилизаций.

Задача 3. Земная обсерватория зарегистрировала узкополосный радиосигнал из космоса. Узкая полоса частот может заинтересовать исследователей, но сама по себе не доказывает искусственное происхождение. Составим порядок проверки, прежде чем делать вывод о возможном контакте.

1. Сначала проверим земные источники помех: работу оборудования, связь и возможное влияние других передатчиков.
2. Затем повторим наблюдения и выясним, сохраняются ли характеристики сигнала и соответствует ли направление прихода одному участку неба.
3. Сопоставим данные с известными природными источниками и попросим другую обсерваторию провести независимую проверку. Только если альтернативные объяснения не подходят, сигнал можно считать серьёзным кандидатом для дальнейшего исследования.

Ответ: сначала нужно исключить помехи, проверить повторяемость и направление сигнала, затем оценить природные объяснения и получить независимое подтверждение. До этого связывать его с внеземной цивилизацией нельзя.

Типичные ошибки

Ошибка: считать планету в обитаемой зоне обитаемой. Зону иногда принимают за перечень миров с жизнью, хотя она показывает лишь возможный диапазон условий по получаемой энергии. Для проверки спросите себя, известны ли атмосфера, наличие воды и состояние поверхности. Если этих данных нет, вывод об обитаемости преждевременен.

Ошибка: считать возможный биологический признак прямым доказательством жизни. Так происходит, когда наблюдаемое вещество связывают только с известными земными организмами. Но похожий результат могут дать неживые химические процессы. Проверьте, исключены ли альтернативные объяснения и подтверждается ли вывод независимыми данными.

Ошибка: воспринимать число из уравнения Дрейка как точный прогноз. Формула выглядит строго, поэтому полученный результат легко принять за установленное число цивилизаций. Однако многие её множители неизвестны или заданы предположительно. Проверьте, откуда взяты исходные оценки и как изменение множителей меняет ответ.

Ошибка: принимать любой необычный радиосигнал за послание. Редкая или непривычная характеристика не устанавливает источник сигнала. Его могут вызвать помеха, прибор или природное явление. Перед выводом проверьте повторяемость и направление, исключите земные источники и добейтесь независимого подтверждения.

Связь с другими темами

Для понимания обитаемой зоны нужно знать, как звёзды излучают энергию и как расстояние от звезды связано с теплом, которое получает планета. Эти сведения объясняют, почему одна и та же планета могла бы получать разное количество энергии при обращении вокруг разных звёзд. Они помогают понять, от чего зависит расположение зоны.

Тема опирается на знания о планетах, их атмосферах и условиях существования жидкой воды. Состав атмосферы и свойства поверхности влияют на то, насколько выводы о потенциальной обитаемости согласуются с реальной средой. Поэтому оценка условий требует изучать мир целиком, а не только его расстояние до звезды.

Дальше эти идеи пригодятся при изучении экзопланет — планет у других звёзд — и происхождения жизни. Они также связаны с методами астрономических наблюдений: чтобы понять природу далёкого объекта, нужно анализировать полученное излучение и проверять возможные объяснения. Это тот же подход, который применяют при поиске сигналов SETI.

Что запомнить

• Поиск жизни за пределами Земли ведётся научными методами.
• Жидкая вода и подходящая температура важны для известных нам форм жизни, но не гарантируют её наличия.
• Обитаемая зона определяется свойствами звезды и расстоянием до неё.
• Уравнение Дрейка задаёт структуру оценки, но его множители во многом неизвестны.
• SETI ищет возможные искусственные сигналы, прежде всего в радиодиапазоне.
• Необычное наблюдение требует проверки и исключения альтернативных объяснений.