Научные поиски внеземной жизни

Серьезные ученые, занятые поисками возможной внеземной жизни, утверждают: об этой жизни — если, конечно, она существует — невозможно сказать ничего определенного. Тем не менее, исходя из наших знаний о физике, химии и биологии, можно сделать несколько общих предположений о природе внеземной жизни.

Первое. Ученые считают, что ключевым фактором для возникновения жизни во вселенной является жидкая вода. «Ищите воду» — такую мантру повторяют астрономы, занимаясь поиском свидетельств существования внеземной жизни. Жидкая вода, в отличие от большинства других жидкостей, является «универсальным растворителем» и способна растворять поразительное количество всевозможных химических веществ. Это идеальная среда для возникновения все более сложных молекул. Кроме того, сама молекула воды очень проста, ее можно найти повсюду во Вселенной, тогда как другие растворители встречаются редко.

Второе. Нам известно, что углерод — очень вероятный компонент жизни. Дело в том, что атом углерода четырехвалентен, а значит, может связываться с четырьмя другими атомами, создавая в результате молекулы невероятной сложности. В частности, он легко образует длинные углеродные цепочки — основной элемент углеводородных соединений и всей органической химии. У других четырехвалентных элементов ряд возможных химических соединений далеко не столь богат.

Наглядной иллюстрацией незаменимости и важности углерода может служить знаменитый эксперимент Стэнли Миллера и Гарольда Юри, проведенный в 1953 г. Эксперимент показал, что жизнь в принципе может возникнуть спонтанно как естественный побочный результат химических процессов с участием углерода. Ученые взяли раствор аммиака, метана и других токсичных веществ — тех, которые, по их мнению, должны были присутствовать на Земле в ее начальную эпоху, — поместили в замкнутый сосуд и подвергли действию слабого электрического тока. После этого оставалось только ждать. Уже через неделю в сосуде появились признаки спонтанного формирования аминокислот. Электрического тока было достаточно, чтобы разорвать связи в аммиаке и метане, а затем заново собрать атомы в молекулы аминокислот — предшественников протеинов. В каком-то смысле жизнь действительно может возникнуть спонтанно! (Позже аминокислоты удалось обнаружить в составе метеоритов и в газовых облаках в глубинах космоса.)

Третье. Основа жизни — способная к самовоспроизведению молекула под названием ДНК. В химии самокопирующиеся молекулы встречаются чрезвычайно редко. Потребовались сотни миллионов лет, чтобы на Земле, скорее всего в глубинах океанов, сформировались первые молекулы ДНК. Считается, что, если бы можно было провести эксперимент Миллера-Юри протяженностью в миллион лет в объеме земных океанов, ДНК-молекулы успели бы спонтанно возникнуть. Одна из самых вероятных площадок, где в начале земной истории могла случайно сложиться первая на планете молекула ДНК, — это места вулканических выходов на дне океана, так называемые «черные курильщики». Активность этих горячих источников могла послужить удобным источником энергии для первых молекул ДНК и первых клеток — задолго до возникновения фотосинтеза и растений. Нам пока неизвестны другие, помимо ДНК, углеродосодержащие молекулы, способные к самовоспроизведению, но скорее всего, все другие самокопирующиеся молекулы во Вселенной будут в чем-то похожи на молекулы ДНК.

Подведем итог. Для жизни, по всей видимости, необходима жидкая вода, углеводородные соединения и какая-то форма самовоспроизводящейся молекулы вроде ДНК. Пользуясь этими довольно общими критериями, мы можем примерно оценить, с какой частотой встречается во Вселенной разумная жизнь. Одним из первых такую оценку провел астроном Корнеллского университета Фрэнк Дрейк в 1961 г. Если взять 100 млрд звезд галактики Млечный Путь, можно оценить, какую долю среди них составляют звезды с такими же характеристиками, что и наше Солнце. Затем можно оценить долю подходящих звезд, возле которых есть планетные системы.

Говоря более конкретно, уравнение Дрейка позволяет рассчитать число цивилизаций в Галактике путем перемножения нескольких величин, включая:

• скорость рождения звезд в Галактике;

• долю звезд, у которых есть планеты;

• число планет с пригодными для жизни условиями возле каждой звезды;

• долю планет, на которых действительно возникает жизнь;

• долю планет, где развивается разумная жизнь;

• долю планет, цивилизации которых способны и хотят общаться с другими цивилизациями;

• ожидаемую продолжительность жизни цивилизации.

Взяв за основу разумные оценки и перемножив все перечисленные вероятности, мы поймем, что в одной только галактике Млечный Путь может существовать от 100 до 10 000 планет, на которых имеется разумная жизнь. Если разумные формы жизни равномерно распределены по Галактике, то можно ожидать, что одна из таких планет может обнаружиться «неподалеку» — всего в нескольких сотнях световых лет от Солнечной системы. В 1974 г. Карл Саган сделал другую оценку; по его мнению, в нашей галактике Млечный Путь может существовать до миллиона цивилизаций.

Эти теоретические рассуждения, разумеется, дали дополнительные аргументы тем, кто пытается обнаружить признаки существования инопланетных цивилизаций. Оптимистичные оценки числа звезд в Галактике, пригодных для разумной жизни, дали ученым повод начать серьезные поиски радиосигналов извне; речь в данном случае идет о сигналах, которые может излучать планета с развитой цивилизацией — вроде телевизионных и радиосигналов, которые активно излучает наша собственная планета последние 50 лет.

Слушая инопланетян

Проект поиска внеземного разума SETI берет начало от статьи, написанной в 1959 г. физиками Джузеппе Коккони и Филипом Моррисоном. Статья эта произвела сильный эффект. Авторы предположили, что ловить сигналы внеземных цивилизаций лучше всего на радиоволнах частотой от 1 до 10 гигагерц. (Сигналы с частотой ниже одного гигагерца заглушает излучение быстро движущихся электронов, а на частотах выше десяти гигагерц любой сигнал получит сильные искажения из-за шума, который испускают молекулы кислорода и воды в нашей собственной атмосфере.) Самой многообещающей им показалась частота 1420 МГц — частота излучения обычного водорода, самого распространенного элемента Вселенной; они предложили начать поиск сигналов из открытого космоса именно на этой частоте. [Частоты, близкие к этому значению, удобны для внеземной связи, их называют «водяное окно».)

Однако поиски разумных сигналов вблизи этого «окна» ни к чему не привели. В 1960 г. Фрэнк Дрейк инициировал проект «Озма» (названный в честь королевы страны Оз); сигналы предполагалось искать при помощи 25-метрового радиотелескопа в Грин-Бэнк, штат Западная Вирджиния. Разумные сигналы не удалось обнаружить никому, ни в рамках проекта «Озма», ни в рамках какого-нибудь другого из множества проектов, которые в разные годы принимались сканировать ночное небо.

В 1971 г. NASA предложило взять на себя финансирование проекта SETI. Этот проект, известный также как проект «Циклоп», предусматривал использование полутора тысяч радиотелескопов и должен был обойтись в 10 млрд долл. Неудивительно, что дело кончилось пшиком. Финансирование все же удалось получить, но для гораздо более скромного проекта — отправить в космос тщательно зашифрованное сообщение для иных цивилизаций. В 1974 г. сообщение, содержащее 1679 бит, было отправлено с гигантского радиотелескопа в Аресибо в Пуэрто-Рико в направлении шарового звездного скопления М13, расположенного на расстоянии 25 100 световых лет от нас. Это короткое послание представляет собой рисунок размером 23 х 73 точки; ученые обозначили на нем положение Солнечной системы, поместили изображение человеческих существ и несколько химических формул. (Если учесть расстояния, о которых идет речь, ответ можно ожидать не раньше чем через 52 166 лет.)

На конгресс США все эти проекты произвели не слишком сильное впечатление — даже после того, как в 1977 г. был зарегистрирован сигнал, вошедший в историю под названием «Bay». В нем можно было увидеть последовательность букв и цифр, которая представлялась не случайной и говорила вроде бы о наличии внеземного разума. (Надо сказать, не все ученые, видевшие сигнал «Bay», были убеждены в его неслучайном характере.)

В1995 г. американские астрономы потеряли надежду на финансирование со стороны федерального правительства и решили обратиться к частным средствам. Был основан некоммерческий Институт SETI в Маунтин-Вью, штат Калифорния, и запущен проект «Феникс»; проект предусматривает изучение тысячи ближайших звезд солнечного класса в радиодиапазоне 1200-3000 МГц. Директором института выбрали д-ра Джил Тартер, которая послужила прототипом персонажа Джоди Фостер в фильме «Контакт». (В этом проекте используются чрезвычайно чувствительные приборы, способные уловить излучение обычного аэродромного радиолокатора с расстояния в 200 световых лет.)

Начиная с 1995 г. Институт SETI с бюджетом 5 млн долл. в год просканировал уже больше тысячи звезд. Но ощутимых результатов по-прежнему нет. Тем не менее Сет Шостак, старший астроном проекта SETI, с неувядающим оптимизмом верит, что Система телескопов Аллена в составе 350 антенн, которая сейчас сооружается в 400 км к северо-востоку от Сан-Франциско, «наткнется на сигнал еще до 2025 г.».

Новаторский подход к проблеме продемонстрировали астрономы из Университета Калифорнии в Беркли; в 1999 г. они запустили в действие проект SETI@home. Идея проекта — привлечь к работе миллионы владельцев персональных компьютеров, чьи машины большую часть времени просто бездействуют. Те, кто участвует в проекте, скачивают из Интернета и устанавливают на своем компьютере пакет программ, которые работают в режиме скринсейвера, а потому не доставляют владельцу никаких неудобств. Эти программы участвуют в расшифровке сигналов, принятых радиотелескопом. До настоящего момента к проекту присоединились 5 млн пользователей в 200 с лишним странах мира; вместе они потратили электричества больше чем на миллиард долларов, но каждому пользователю участие в проекте стоило недорого. Это самый масштабный коллективный компьютерный проект в истории; он мог бы послужить образцом для других проектов, где требуются большие вычислительные мощности. Тем не менее до сих пор проект SETI@home также не обнаружил ни одного разумного сигнала.

Откровенное отсутствие результатов после нескольких десятилетий тяжелой работы вынуждает сторонников активного поиска внеземного разума искать ответы на трудные вопросы. Одним из очевидных недостатков проекта можно назвать тот факт, что поиск идет только на определенных частотах радиодиапазона. Есть предположения, что иные цивилизации вместо радиосигналов используют лазерные. По сравнению с радио лазеры обладают несколькими преимуществами; так, более короткая длина волны означает, что сигнал может нести больше информации. Но сигнал лазера идет тонким пучком на одной строго заданной частоте, поэтому его чрезвычайно трудно обнаружить и зарегистрировать.

Еще одним недостатком, очевидно, может оказаться неправильный выбор радиодиапазонов. Внеземные цивилизации, если они существуют, могут использовать самые разные методы сжатия или, скажем, разбивать сообщения на небольшие пакеты, — как это делается сегодня в Интернете. Вполне может быть, что, вслушиваясь в сжатые сообщения, распределенные к тому же на несколько частотных диапазонов, мы услышим только «белый шум».

Но даже с учетом всех — очень серьезных — проблем, стоящих перед SETI, разумно предположить, что еще в этом столетии мы сумеем-таки зарегистрировать сигналы внеземных цивилизаций — при условии, разумеется, что такие цивилизации существуют. И это событие, если произойдет, станет поворотным пунктом в истории человеческой расы.