ВЕРОЯТНОСТЬ СУЩЕСТВОВАНИЯ

Коэффициенты, входящие в формулу Дрейка, подробно обсуждались во время Первой советско-американской конференции по проблеме внеземных цивилизаций (Бюракам, сентябрь 1971 года).

Задача, которую поставил перед собой автор статьи, - ввести в формулу Дрейка еще один коэффициент, учитывающий вероятность достижения цивилизацией соответствующего этим стадиям уровня энергопотребления. Уровень развития космической цивилизации можно характеризовать величиной потребляемой ею энергии. Согласно классификации, предложенной Н. С. Кардашевым, цивилизации I, II и III типа - это цивилизации, вышедшие на уровень энергопотребления в масштабе своей планеты, звезды или галактики в целом (соответственно, 10^24 эрг/с, 4*10^33 эрг/с и 4*10^44 эрг/с). Рассмотрим проблемы, возникающие перед цивилизацией, которая уже овладела энергией в масштабе собственной планеты и вышла на рубеж превращения в цивилизацию II или III типа. Известны различные предложения, как овладеть значительной частью энергии, излучаемой звездой. Одно из них-соорудить вокруг Солнце гигантскую сферу радиусом около 1 а. е. ("сфера Дайсона"). Если, например, согласно оценкам И. С. Шкловского, для сооружения такой сферы использовать массу Юпитера, то над каждым квадратным сантиметром ее поверхности находилось бы около 200 г вещества. Иными словами, толщина сферы составила бы 100-200 см. Юпитер, как и другие планеты-гиганты, состоит, по всей вероятности, главным образом из легких газов, которые вряд ли пригодны в качестве строительного материала для таких сооружений. Если все же попытаться реализовать подобный проект, использовав вещество планет земной группы и спутников планет-гигантов, то толщина сферы окажется лишь порядка 1 см. Предположим, что некоторая часть цивилизаций все-таки достигла первой стадии. Овладев ресурсами и энергией собственной планеты, она, видимо, попытается овладеть также и энергией, излучаемой своей звездой.

Такой процесс освоения цивилизацией космического пространства вокруг центральной звезды будет носить в значительной степени экстенсивный характер (количественное расширение, а не качественное). Но динамические системы, развивающиеся по экстенсивным законам, давно стали предметом математического анализа. При этом следует учитывать некоторые закономерности эволюции цивилизации, хорошо известные применительно к истории человечества, но, по всей вероятности, носящие более общий характер. Первая из них состоит в неравномерности развития, в различии скоростей сложных научно-технических, социальных, демографических, экологических и других процессов, сопровождающих это развитие. Вторая закономерность связана с ограниченностью природных и иных ресурсов, которыми располагает развивающаяся цивилизация (выше мы привели конкретный пример таких ограничений).

Динамические системы, развивающиеся по экстенсивным законам в условиях ограниченности ресурсов и различных скоростей характерных процессов, подвержены неустойчивости развития и возникновению различного рода кризисных ситуаций. Чтобы преодолеть подобные кризисные ситуации и обеспечить стабильность дикамическбй системы, необходимо ввести в нее регулирующие воздействия. Укажем для примера работу В. А. Егорова с соавторами, в которой применительно к земной цивилизации в качестве таких регулирующих факторов рассматриваются восстановление природных ресурсов и уничтожение загрязнений". Поскольку введение таких факторов требует значительных затрат, экстенсивное развитие цивилизации может замедлиться или прекратиться вовсе. Переход к космическим масштабам может привести лишь к количественным изменениям в сделанных выводах. Скорее всего, продолжающаяся космическая экспансия цивилизации потребует все более значительного усиления управляющих и регулирующих воздействий на систему, необходимых для предотвращения тех или иных критических ситуаций. Поэтому неясно, насколько значительна часть цивилизаций, которые предпочтут пойти на риск повторения таких ситуаций ради дальнейшего продвижения к поставленной цели - овладению энергией своего солнца, по сравнению с теми, которые выберут не столь увлекательное, но более устойчивое будущее.

Сделаем следующий шаг и рассмотрим сложности, связанные с выходом цивилизации к ближайшим звездам. Отметим прежде всего тот факт, что космическая деятельность цивилизации неизбежно имеет двойственный характер; с одной стороны, она связана с развитием науки, с получением новой информации о природе, а с другой,-с индустриализацией космического пространства, то есть с промышленным освоением рассеянных в нем источников энергии и материальных ресурсов.

Учитывая современный уровень развития космонавтики и перспективы ее прогресса в обозримом будущем, можно считать, что по крайней мере на начальном этапе перехода от второй к третьей стадии своего развития цивилизации не следует возлагать сколько-нибудь значительных надежд на использование звезд в своих производственных целях. Допустим, что часть цивилизаций, преодолев вторую стадию своего развития, устремилась к третьей-к овладению всеми энергетическими ресурсами своей галактики. Согласно оценкам И. С. Шкловского, такси процесс "диффузии" цивилизации II типа в галактику требует "освоения" за один земной год порядка 20000 звезд.

Задумаемся, что означает эта цифра, "Освоить" - это не только заселить планеты, изменить их климат, приспособить физические условия, построить вокруг каждой звезды колоссальные сооружения вроде "сферы Дайсона" или иных космических поселений. "Освоить" - это еще и включить вновь приобретенные космические территории в состав растущей цивилизации, сделать всеобщим достоянием сведения о новой звездной системе, 6 ее особенностях и ресурсах. "Освоить" - это наладить регулярный обмен материальными ценностями ; чего-то первопроходцам будет неизбежно не хватать, чем-то в порядке компенсации они смогут снабжать соседей. И весь этот громадный объем работы за один только оборот Земли вокруг своего светила, затерянного где-то на окраине одной из галактик? И все это повторить десять, двадцать тысяч раз в год?

Впрочем, все эти соображения можно отвергнуть, вспомнив о могуществе цивилизаций, о действиях которых мы, ничтоже сумняшеся, взялись судить. С этим нельзя не согласиться. 

Действительно, трудно вообразить себя на месте существ, достигших подобного могущества. Но поставленная нами цель состоит не в исследовании условий существования подобных цивилизаций, а в оценке вероятности их возникновения. Поскольку же мы, со всей очевидностью, находимся к началу звездного пути намного ближе, нежели к его триумфальному завершению, то для первого, начального этапа их деятельности наши земные критические соображения приобретают значительно больший вес, чем это может показаться.

Допустим, что в безбрежных просторах Вселенной нашлось некоторое число цивилизаций, которым удалось каким-то неизвестным нам путем преодолеть трудности перехода к третьей стадии. Возможно, они сделают и следующий шаг-попытаются заселить соседние галактики. Следуя установившейся терминологии, мы можем присвоить цивилизации, отважившейся на этот новый смелый штурм, наименование цивилизации IV типа.

Но, учитывая все проанализированные выше трудности, более логично предположить, что наши гипотетические астроинженеры попытаются искать выход на каких-то совсем иных путях, принципиально отличных от чисто арифметического освоения безграничных космических пространств и потребления энергии в галактических масштабах.

Вернемся теперь к вопросу, который был сформулирован в начале статьи, и попытаемся выяснить, каким образом на основании качественного анализа трудностей, с которыми неизбежно должны столкнуться цивилизации, выбравшие стратегию неограниченной космической "экспансии", можно сделать какие-то численные оценки. Прежде всего, из приведенного анализа можно сделать один качественный вывод: вероятность f выхода цивилизации на уровень энергопотребления Е - это некоторая функция самой величины Е. Что касается попыток каким-либо образом конкретизировать вид этой функциональной зависимости и подсчитать с ее помощью поправки, которые необходимо ввести в формулу Дрейка, то они по необходимости могут носить характер чисто личностных экспертных оценок,

Автор предлагает оценивать указанную вероятность по формуле; f = exp (-0,7*1g E/E0). где Ео=10^24 эрг/с-энергопотребление в масштабах планеты. С помощью этой формулы получаем для цивилизации 1 типа (E=-Eo) fi=1, 2 типа- f2=10^-3 и 3 типа-f3=10^-6.

По мнению специалистов, в нашей Галактике за время ее жизни возможно существование около 10^5 цивилизаций, а продолжительность жизни каждой из них в среднем порядка 10^5 лет. Учитывая, что возраст Галактики 10^9 лет, и принимая во внимание значения коэффициента f, находим, что одновременно с земной цивилизацией в Галактике могут существовать 10 цивилизаций 1 типа, а цивилизаций 2 и 3 типа нет вовсе.

Подтверждают ли сделанные оценки мнение о малой заселенности Космоса и о нашем "практическом одиночестве" во Вселенной? Ни в коей мере. Напротив, сами проанализированные выше трудности и кризисные ситуации, которые ожидают цивилизацию, избравшую путь неограниченной космической "экспансии", подсказывают ответ на вопрос, как избежать этих трудностей. Для этого достаточно отказаться от подобной стратегии и сделать выбор в пользу интенсивного, а не экстенсивного развития цивилизации.

ВВЕРХ

Почему не обнаружены сигналы внеземных цивилизаций?

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЦИВИЛИЗАЦИИ.

К настоящему времени укоренилось представление о практически безграничных возможностях внеземных цивилизаций, особенно, в производстве энергии. В частности, принималась как сама собой разумеющаяся возможность создания мощных генераторов для передачи позывных радиосигналов. Однако никто не пытался оценить реальность таких генераторов с точки зрения требований законов физики, биологии и материальных ресурсов цивилизации.

Неограниченные энергетические возможности цивилизации выводились на основе экстраполяции развития земной цивилизации по принципу постоянного развития, которое рассматривалось как непрерывно экспоненциальное. Так, по энергетическому признаку возникло представление о характере развития цивилизации. От цивилизации типа нашей, обладающей энергией в масштабе своей планеты (ВЦ I) и цивилизации, владеющей энергией своей звезды (ВЦ II), до цивилизации, которая овладела энергией своей галактики (ВЦ III).

Становится очевидным, что эта абстрактная схема не дает представления о реальных путях и возможностях развития цивилизации. Действительные пути развития цивилизаций нельзя предсказывать простым экстраполированием современных темпов развития тех или иных параметров нашей цивилизации. Между тем изучение закономерностей развития внеземных цивилизации возможно, если принять два основных положения: во-первых, цивилизация антропоморфна (человекообразна) и основана на технологии и, во-вторых, изучаются предельные возможности развития, допускаемые физическими и биологическими закономерностями и другими ограничениями. Несомненно, к ограничениям нужно отнести и необходимость сохранения окружающей среды, в том числе и околозвездной. По существу — это требование современной биологии и науки о человеке. С такой точки зрения ясно, что использование энергии на планете ограничено величиной допустимого перегрева планеты. В самом деле, наша Земля получает от Солнца непрерывно 10^17 Вт энергии, что обеспечивает существующий тепловой режим планеты и действие всех процессов на Земле. Увеличение этой энергии всего на один процент повысит среднюю температуру планеты на 0,8 °С и существенно повлияет на климат, что недопустимо из-за неконтролируемости этих изменений. Итак, предел производства энергии на Земле может составлять не более тысячной доли энергии, получаемой от Солнца, то есть около 10^14 Вт. Сейчас производится примерно 10^13 Вт, Увеличение энергопроизводства сверх предельного возможно только при освоении пространства около своей звезды и выносе энергетических процессов за пределы планеты обитания. Однако и здесь существует предел. Сохранение условий межпланетной среды не в меньшей, а может быть, и в большей степени необходимо, как и сохранение сложившихся природных условий на планете. Следовательно, недопустимо производство большой дополнительной энергии сверх того, что дает своя звезда. Принимая ту же норму (одну тысячную), получим, что наша Солнечная система может выдержать производство энергии не более 10^23 Вт. Это—огромная величина. Однако мы можем не производить другой энергии, а лишь улавливать солнечную и трансформировать ее по своему усмотрению. При этом сколько мы возьмем, столько и возвратим. Если мы заберем энергию полностью, то изменим, перераспределим пространственно и спектрально всю энергию солнечной радиации. Тогда коренным образом изменятся условия среды обитания на планетах и в околосолнечной системе.   

Вероятно, без ущерба можно использовать не более все той же тысячной доли энерговыхода звезды. Могут возразить, что есть еще и межзвездное пространство, что можно выйти с энергозатратами достаточно далеко за пределы Солнечной системы. Но надо помнить, что всякий вынос процессов и производств в космос от среды обитания требует применения космического транспорта, а это, как оказывается, самый энергоемкий вид деятельности. Простые подсчеты убеждают, что для реального освоения космического пространства около своей звезды необходим транспорт по крайней мере с миллисветовой скоростью (значит, снова потребуется огромная энергия). Перемещение какой-либо массы с такой скоростью заставит сжечь такую же массу водородного горючего в термоядерной реакции. Затраты энергии на космический транспорт могут составить значительную долю солнечной энергии, но они. не должны превышать тысячной доли этой энергии опять-таки из соображений сохранения межпланетной среды и недопустимости ее энергозасорения.

Все же допустим, что будут осваиваться ближайшие звезды. Прежде всего договоримся, что означает термин «осваиваться». Конечно, ни о каком массовом переселении не может быть и речи. Для этого не хватит энергоресурсов всей Солнечной системы. Отдельные экспедиции, даже если найдут подобие нашей планеты, не смогут развиться в цивилизацию, так как не смогут ни удержать все знания, ни развить на их основе технологию. Но если все же вообразить бурное развитие цивилизации около новой звезды, то она и далекая родительская цивилизация не образуют единой цивилизации. Цивилизация как единое целое может функционировать только в том случае, если занимает пространство размерами не более нескольких световых дней, то есть в ближайшей окрестности своей звезды.

Итак, мы приходим к выводу, что максимальное энергопроизводств цивилизации ограничено мощностью своей звезды—около 10^23 Вт. Правда, всегда найдется оппонент, который заметит, что импульсно, короткое время, например несколько часов в месяц, можно производить энергию и много большей мощности, не превышая в среднем за все время ее генерации допустимое количество. Нетрудно видеть и здесь ограничения, так как импульсная волна достаточно большой энергии, например порядка солнечной, может нанести серьезные повреждения не только планете, но и космической околозвездной среде. Теперь мы подготовлены к тому, чтобы рассмотреть вопрос о возможности создания в какой-либо внеземной цивилизации достаточно мощного всенаправленного радиомаяка для подачи позывных в пределах своей Галактики.

ПРОБЛЕМА ПЕРЕДАЧИ ПОЗЫВНЫХ.

Есть два пути подачи сигналов, чтобы обратить внимание других цивилизаций на свое существование. Первый — направление сигналов к определенным звездам, второй—всена-правленный сигнал. Очевидно, что второй путь дает существенно большую вероятность обнаружения.

Рассмотрим возможность и условия создания такого всенаправленного радиомаяка, который обеспечил бы максимальную искусственность сигнала и возможность его обнаружения при современной технике приема. Сигнал можно считать искусственным, если он строго монохроматичен, что в естественных условиях не наблюдается. Для передачи и приема должна быть выбрана волна 21 см, известная всем цивилизациям. Простые подсчеты показывают, что для связи нужно излучать во всех направлениях мощность порядка мощности светового излучения средней звезды, то есть 10^26—10^26 Вт. Чтобы излучить столь большую мощность, антенная система должна быть достаточно велика. Большие размеры антенн совершенно необходимы, чтобы рассеять мощность потерь в ней и в генераторах, которая приводит к нагреву антенны и генератора. Из этого принципиального положения следует, что антенная система маяка .должна состоять из отдельных антенн (расположенных, например, на сфере), которые перекрывают диаграммами направленности все окружающее пространство. В общем случае размеры такой сферической антенной системы будут определяться тем, какую мощность, перешедшую в тепло, нужно удалить из системы. Для размещения антенн нельзя использовать Землю, хотя бы из-за поглощения волн в атмосфере Земли. Несмотря на то, что это поглощение ничтожно—всего 2%, при мощности передатчика 10^21 Вт оно приведет к рассеянию в атмосфере Земли 10^19 Вт. Это в 100 раз превышает мощность, получаемую Землей от Солнца! В силу сказанного, антенную систему вместе с генераторами необходимо поместить в космосе. Ее охлаждение может осуществляться только излучением, поэтому должно! быть предусмотрены радиаторы, находящиеся в тепловом контакте с антеннами и генераторами. В качестве их будет служить поверхность сферы, где расположены и передатчики. Наконец, такой маяк должен находиться в космосе на достаточно большом расстоянии от планеты обитания, чтобы приходящая от него на Землю энергия была, например, в 1000 раз меньше получаемой от Солнца. Нетрудно подсчитать, что при передатчике в Солнечной системе мощностью 10^26 Вт его удаление от Земли должно составить не менее 30 а. е. Иначе говоря, он должен быть вынесен на орбиту Нептуна. Однако, если учесть предельно допустимую биологическую дозу облучения, то вывести его придется гораздо дальше. (См. таблицу.)

• Дальность передачи, св. лет -  10 100  1000 10000
• Необходимая мощность, Вт -  2*10^12  2*10^14 2*10^16 2*10^18
• Радиус сферической антенны, км -   15  150  1500 15000
• Необходимое удаление от Земли, а.е -  0,1 1 10 100

Сделаем расчет необходимых параметров маяка, если прием проводится на антенну с площадью приема А =200 м2 (диаметр параболоида 20 м) с шумовой температурой приемника Т == 20 К и полосой частот одного канала приема Д=200 Гц. Всего приемник должен иметь около 10^4 таких каналов, чтобы перекрыть полосу неопределенности частоты около 2*10^4 Гц из-за неизвестности относительной скорости приемника и передатчика.

Сделаем теперь расчет основных параметров всенапрввленного маяка на волну 21 см при различных дальностях связи. Примем, что нагрев передающей антенны не превышает Tа = 300К и =1. Возьмем очень высокий КПД генератора (еще не достигнутый в настоящее время) = 0,9, чем заведомо снижаем величину R.

Необходимое удаление маяка от Земли может определяться в принципе двумя условиями. Первое условие — энергетическое. Поток от маяка около Земли, скажем, не превышает тысячной доли от предельно допустимого потока производства энергии. Иначе говоря, он в 10^6 раз меньше мощности светового потока от Солнца. Второе условие, скорее, биологическое: поток не должен превосходить потока от Солнца на волне маяка. Во втором случае поток от маяка должен составлять на Земле 10^-18 полного потока от Солнца. Мы примем среднегеометрическую величину, а именно 10^12. Соответственно этому, рассчитано расстояние, при котором поток от маяка будет все же в 10^6 раз больше потока от Солнца вблизи волны 21 см (в полосе 10^7 Гц).

Чтобы оценить возможности построения какого-либо реального маяка, рассмотрим сроки постройки маяка для дальности в 1000 световых лет, то есть мощностью 2*10^10 Вт и радиусом антенной сферы 1500 км. Для этого оценим величину необходимой энергии космического транспорта. Поскольку сфера должна быть достаточно жесткой и прочной, примем ее средний объемный вес 100 кг/м3. Полная масса металла сферы будет m==10^18 т—всего в 15000 раз меньше массы Земли. Транспортировка металла ракетами с миллисветовой скоростью потребует примерно той же массы ядерного горючего. При этом должно быть выделено около тc2 0,007*10^36Дж. Как уже говорилось выше, мощность выделения энергии в межпланетной среде, где будет строиться маяк, должна быть существенно меньше мощное ги излучения звезды. Как мы видим, для Солнечной системы это всего 10^23 Вт. При такой мощности космического транспорта, занятого на строительстве антенны, потребуется время, равное 10^13 с — около трети миллиона лет! Для генерации мощности 2*10^16 Вт необходимо будет сжигать не менее 10^6 т ядерного горючего в год. Для перевозки его потребуется постоянно действующий транспортный мост.          

Очевидно, что мощность этого транспорта должна быть существенно больше мощности передатчика. Трудно поверить, что какая-либо цивилизация будет создавать подобные сооружения. Таким образом, не следует ожидать сверхмощных сигналов цивилизаций, посылаемых непрерывно всенаправленным маяком. Скорее, возможна более экономичная посылка направленных сигналов поочередно к выбранным звездам. В этом случае затраты мощности существенно снижаются, но ценой такого же уменьшения времени облучения каждой звезды и, следовательно, вероятности обнаружения.

Из приведенных соображений ясно, что ведя поиск сигналов в расчете на технические средства, требующие от передающей стороны неприемлемо больших мощностей, мы обрекаем себя на неудачу. Применяя недостаточно чувствительные технические средства прием», мы переносим все трудности связи на передающую сторону, и эти трудности оказываются непреодолимыми даже для крайне развитой цивилизации, владеющей термоядерной энергией и космическим транспортом с миллисветовой скоростью. Вот почему мы не наблюдаем искусственных сигналов, которые вправе были бы назвать «космическим чудом». Энергетический уровень «космического чуда» — сигнала, который может быть реально создан, недостаточен для восприятия применяемыми нами средствами обнаружения. Реально расстояние, с которого можно еще наблюдать «чудо» в мощнейшие современные радиотелескопы, составляет, по-видимому, не более 100— 1000 световых лет.

Таким образом, вопреки утверждению члена-корреспондента АН СССР И. С. Шкловского о том, что если мы не наблюдаем «космических чудес», то значит в Галактике наша цивилизация единственна, мы говорим, что энергетический уровень «чудес» не может быть достаточно высоким, чтобы его заметили современными средствами. Цивилизаций может быть много, но трудности сигнализации и связи чрезвычайно велики.

Из рассмотренного вытекают определенные выводы о стратегии СЕТИ. Необходимо теоретическое исследование предельных стадий развития цивилизаций, которые определяются физическими и биологическими законами на данном уровне знания. Реальность может только снизить полученные таким образом оценки. Далее, необходимо конкретное проектирование для уточнения предельных энергетических, пространственных, транспортных и других основных характеристик цивилизации. Особенно необходимо проектирование крупных систем обнаружения планет у ближайших звезд, систем маяка для сигнализации и поиска сигналов внеземных цивилизаций и т. п. Все это позволит выработать более правильную стратегию СЕТИ. Расчеты показывают, что необходимо сосредоточиться на поисках сигналов от звезд в радиусе до 100—1000 световых лет, используя для этого (при непрерывном наблюдении) самые большие антенны, многоканальные спектроанализаторы и т. п. В последнее время появились идеи проведения наблюдений в выделенных природой направлениях, например в направлении замечательных объектов Галактики, а также синхронизации начала наблюдений с выдающимися событиями в Галактике, например вспышками новых. Все это повышает вероятность обнаружения. Эти идеи, высказанные недавно советским ученым П. В. Маковецким, по существу аналогичны идее Дж. Коккони и Ф. Моррисона о выделенной природой волне связи в 21 см. Все это будет способствовать повышению вероятности приема сигналов внеземных цивилизаций.

ВВЕРХ

ЭВОЛЮЦИЯ ИЛИ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВНЕЗЕМНЫХ МИРОВ?

Как возникла жизнь на Земле! В результате неповторимой "счастливой случайности" или это было закономерное событие?

Прошло около 50 лет с того времени, когда академик А. И. Опарин и несколько позднее английский биолог Дж. Холдейн предложили принципиально новый подход к решению проблемы происхождения жизни на Земле.

А. И. Опарин и Дж. Холдейн выдвинули гипотезу о постепенной эволюции простых органических соединений, которые образовались на примитивной Земле из газов, составляющих атмосферу, под воздействием различных источников энергии. (Примитивная Земля - это Земля без жизни-такой она была примерно 4 млрд. лет тому назад. То же самое можно сказать и о примитивном океане.) Именно эти соединения послужили основой для возникновения более сложных соединений и организмов. Одно из главных достоинств этой гипотезы - возможность ее экспериментальной проверки.

Теория Опарина-Холдейна стимулировала проведение большого числа экспериментов, иллюстрирующих возможные пути эволюции органических соединений в условиях примитивной Земли. Вплоть до настоящего времени теоретические положения А. И, Опарина и Дж. Холдейна продолжают получать надежные экспериментальные подтверждения. Особый интерес представляют результаты астрономических методов наблюдений, которые свидетельствуют о наличии в космосе предшественников сложных органических молекул.

В решении проблемы происхождения жизни на Земле наиболее существенны два направления. Во-первых, разработка непротиворечащих планетной космогонии, химии и биологии моделей получения органических соединений искусственным, не-биологическим путем и, во-вторых, исследование возникновения и эволюции генетического аппарата.

ГДЕ СИНТЕЗИРОВАЛИСЬ ОРГАНИЧЕСКИЕ МОЛЕКУЛЫ?
Сейчас принято считать, что мономеры - предшественники сложных органических молекул - синтезировались в атмосфере примитивной Земли в основном под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. Так ли это? Не будет ли ультрафиолетовое излучение их разрушать? Оценим вероятность процесса разрушения органических молекул в атмосфере примитивной Земли с учетом турбулентности атмосферы.

Если предположить, что концентрация озона на примитивной Земле составляла приблизительно 0,01 современной, то поток ультрафиолетового излучения с длиной волны около 3000 А на поверхности Земли был равен 10^15 фотонов o см2 o с-', а поток с длиной волны около 1700 А- 5*10^11 фотонов o см2 o с-1. Энергия ультрафиолетовой радиации с такими длинами волн'-7,3 и 4,13 эВ, соответственно. Однако из органической химии известно, что энергия наиболее важных химических связей составляет от 8,4 до 3,6 эВ. Следовательно, ультрафиолетовая радиация Солнца будет разрушать синтезированные органические молекулы. Возьмем, например, достаточно простое органическое соединение- формальдегид. Время жизни этой молекулы в-атмосфере (до ее разрушения квантом ультрафиолетового излучения примерно 10^4 с. Из слоя атмосферы незначительной толщины (примерно 300 м) образовавшиеся молекулы смогут без разрушения достигать поверхности воды.

Перенос молекулы из более высоких слоев атмосферы в океан из-за турбулентности в атмосфере происходит за 2*10^7 с, так что молекула будет разрушаться прежде, чем достигнет поверхности океана. Из-за сильного перемешивания в верхнем слое океана молекулы будут разрушаться и в океане, но этот процесс менее интенсивен, чем разрушение-в атмосфере. Процесс фотодиссоциации (диссоциация - распад молекул на составные части) понижает концентрацию органических соединений o примитивном океане еще на три пЬрядкв. Очевидно, такие разбавленные растворы не могли играть сколько-нибудь серьезной роли в процессах добиологической химии.

 
Если проанализировать состав газов, выделявшихся при нагревании из древних пород Земли, метеоритов, лунного вещества, то станет ясно, что основные компоненты-это-пары воды, углекислый газ, водород, азот и окись углерода. В отсутствие заметных концентраций метана, аммиака и водорода синтезы органических молекул в смеси, отвечающей составу первичной атмосферы (Н20, СОз, Ns, Аг, СО), затруднены в сравнении с синтезами в смесях, содержащих восстановленные компоненты (СН4, МН, Нг). Эти аргументы заставляют нас обратиться к рассмотрению вулканических процессов на примитивной Земле. По всей видимости, только существенно неравновесные процессы в некоторых участках могли обеспечить эволюцию органических соединений в условиях примитивной Земли. Каковы же основные характеристики вулканических районов, в которых условия для синтеза и последующей эволюции органических молекул были наиболее благоприятны?

Палеогеологические исследования принесли сведения о том, что в районе Канадского щита существуют следы вулканической деятельности уже в раннем докембрии (около 2,5 млрд. лет тому назад). Можно считать, что вулканизм - постоянно действующий геологический фактор, и не исключено, что на ранних стадиях развития Земли вулканическая активность была значительно выше, чем сегодня. Время жизни активных вулканов и гидротермальных систем от 1000 до 100 тыс. лет. Вулкан не только источник энергии, но и поставщик компонентов, необходимых для синтеза органических молекул, причем в зоне извержения локальная концентрация таких соединений, как метан, водород и аммиак, может быть на много порядков выше, чем в среднем для всей атмосферы. Тепловая энергия в зоне извержения также существенно выше, чем, например, энергия ультрафиолетового излучения Солнца, распределенная по всей поверхности Земли, В зонах подводного вулканизма и гидротерм в силу значительных градиентов температуры и давления создаются условия, благоприятные для "закалки" (сохранения) синтезированных органических молекул. Многочисленные природные катализаторы и сорбенты могут способствовать накоплению и дальнейшей эволюции органических соединений. В то же время процессами фотохимического разрушения в зонах подводных извержений можно пренебречь.

Если сравнить процессы подводного и наземного вулканизма, то легко заметить явные преимущества подводного извержения для синтезе органических молекул. При подводном извержении истечение газовой струи происходит в более плотную среду (на достаточных глубинах), поэтому дальнобойность струи у подводного вулкана приблизительно в 100 раз ниже. Это означает, что вблизи жерла вулкана концентрации исходных продуктов для синтеза будут значительно выше под водой, чем на Земле. Ориентировочно оценим эффективность вулканов как источников органического вещества. Если при извержении выбрасывается около миллиарда кубических метров газа (90% воды и 10% других реакционноспособных компонентов), то в результате одного извержения может образоваться около миллиона килограммов органических соединений. Принимая, что гидротермальная система (время жизни 10 тыс. лет) производит 100 кг водяного пара в секунду или 1 кг в секунду других реакционноспособных газов, будем считать, что подобная система за время своей жизни произведет до 10 млн. кг органических соединений. Экстраполируя эти значения на время существования Земли-10^9 лет, получаем, что только за счет вулканической деятельности на поверхности примитивной Земли могло образоваться 10^15-10^16 кг органического вещества, что всего в 100-1000 раз меньше массы современной биосферы.

Конечно, эти оценки носят иллюстративный характер. Тем не менее они могут быть приняты в качестве нижнего предела, поскольку анализ палеовулканических данных свидетельствует о значительно большей насыщенности древних пород газами, чем молодых. Кроме того, некоторые исследователи склоняются к той точке зрения, что основная месса атмосферы образовалась за непродолжительный отрезок времени (5 o10^8 лет) и, следовательно, нынешние темпы дегазации мантии Земли значительно ниже, чем миллиарды лет тому назад. Интересна экспериментальная проверка предложенной гипотезы о роли вулканических процессов в синтезе органических молекул в условиях примитивной Земли, Открытие в горячей лаве вулкана Алаид цианистого водорода - ключевого промежуточного продукта в синтезе биологически важных молекул, а также других органических соединений в районах проявления вулканизма - свидетельствует в пользу этой гипотезы. Таким образом, вопрос о возможности накопления на примитивной Земле достаточного количества исходных органических молекул не кажется сегодня непреодолимым. Более серьезные трудности возникают при переходе к проблеме динамического развития живых систем.

ДИНАМИКА ЖИВЫХ СИСТЕМ
Согласно теории Опарина - Холдейна, жизнь возникла в результате постепенного усложнения и отбора органических соединений, приобретения ими в процессе естественного эволюционного накопления новых функций. Этот постулат-выражение принципа непрерывности, согласно которому каждую ступень эволюции можно рассматривать как прямое следствие предыдущей. Руководствуясь этим принципом, нетрудно продемонстрировать возможность последовательного образования достаточно сложных молекул - предшественниц современных белков - полипептидов из более простых соединений. Однако возникают существенные трудности при решении проблемы генетического кода. Во всех живых организмах, начиная с бактерий и кончая человеком, закодирована информация о построении белковых молекул. Эта информация хранится в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Известно, что белок, входящий а состав бактерии, дерева, животного, кодируется в молекулах ДНК совершенно одинаково, В этом заключается универсальность генетического кода, означающая, что в течение приблизительно трех миллиардов лет генетический код не претерпел никаких изменений. Фантастически сложный процесс синтеза белка, происходящий в любом живом организме, есть результат длительной эволюции. Однако код универсален, механизмы-предшественники утеряны, и невозможность построения эволюционной схемы развития генетического кода составляет сегодня главную проблему всей биологии.

Хорошо известно, что аминокислоты-основные строительные блоки, из которых состоит белок. Точно так же нуклеиновые кислоты-носители генетической информации - состоят из более простых субъединиц. Основа их-азотистые основания. При синтезе белка в живых организмах каждой комбинации из трех азотистых оснований (триплет) соответствует определенная аминокислота. Однако во всех экспериментах по химическому синтезу органических молекул выход азотистых оснований всегда меньше выхода аминокислот; условия для синтеза каждого из оснований отличаются от условий синтеза любого другого. Кроме того, в определенных условиях эксперимента всегда возникает семейство аминокислот, основания же образуются в одиночку. Заметим, что в то время, как поликонденсация (образование полимера) аминокислот-это уравнительно простой процесс, аналогичные эксперименты с производными азотистых оснований гораздо сложнее. Это одна из наиболее серьезных трудностей в проблеме происхождения жизни. Наиболее характерный признак живого - размножение, молекулярной основой которого служит репликация молекул ДНК, то есть образование копий (реплик) этих молекул в материнской клетке.
Современные процессы репликации, синтеза генетического материала и синтеза белка происходят в растворах, концентрация органических соединений в которых весьма высока. Трудно ожидать, что где-нибудь на примитивной Земле могли существовать области, в которых достигались бы аналогичные концентрации. По всей видимости, процессы репликации генетического материала и синтеза белка могли происходить более или менее не случайно лишь в концентрированных растворах. Только при достижении некоей критической концентрации, аналогичной "критической массе" а ядерной физике, могли протекать процессы воспроизведения молекул и организмов.

По нашему мнению, уникальное свойство живых систем - воспроизведение-возникло позже, чем протоклетка, и ему предшествовала длительная эволюция. Эта упрощенная схема не отвечает, конечно, на вопросы о том, как осуществляется контроль воспроизведения ДНК в клетке, как возник механизм контроля, каким образом осуществляется удивительная надежность при образовании копий?

"ВНЕЗЕМНОЕ" ПРОИСХОЖДЕНИЕ "ЗЕМНОЙ" ЖИЗНИ?
Наибольшая трудность в разрешении проблемы происхождения жизни заключается в "создании замкнутой системы, органически включающей все управляющие и исполнительные механизмы процессов воспроизведения. Видимо, поэтому сейчас и возникают идеи о "внеземном" происхождении "земной" жизни.

Так, сравнительно недавно, Ф. Крик и Л. Оргел предложили модель направленной панспермии, которая" объясняет происхождение жизни на Земле целенаправленной деятельностью цивилизаций, возраст которых больше возраста Солнца. Эта идея не решает проблемы возникновения жизни в целом. Точка зрения Крика и Оргела основана на том, что могли существовать планеты иного типа, чем Земля, где зарождение жизни было гораздо более вероятным. На этих планетах могли присутствовать минералы, отсутствующие на Земле, чья каталитическая активность особенно важна для возникновения живых систем. И что особенно важно, такие планеты могли существовать задолго до образования Земли.

Действительно, время существования Галактики оценивается в 13*10^9 лет, а спустя 2*10^9 лет после образования Галактики могли появиться звезды, которые содержали не только легкие, но и тяжелые элементы. Таким образом, за 6,5 o 10^9 лет до появления нашей Солнечной системы могли возникнуть планетные системы. Поскольку время, в течение которого на Земле появилась технологически развитая цивилизация, около 4 o 10^9 лет, то до образования Земли как планеты в Галактике могли существовать высокоразвитые технологические цивилизации.

На основании этих астрофизических данных авторы предполагают, что жизнь на Земле возникла в результате заражения нашей планеты микроорганизмами, специально посланными высокоразвитой цивилизацией для осеменения планет, потенциально пригодных для жизни. Исходя из возможностей нашей цивилизации, нетрудно убедиться, что создание такого космического корабля-вполне реальная задача.

В защиту своей позиции Крик и Оргел выдвигают следующие аргументы. Химический состав живых систем должен, хотя бы в некоторой степени, отражать условия их возникновения и развития. Поэтому наличие в земных формах жизни редких элементов может свидетельствовать об их внеземном происхождении. Авторы считают, что молибден является свидетелем внеземного происхождения нашей земной жизни. Процентные содержания хрома, никеля и молибдена составляют на Земле 0,2, 3,16 и 0,02%, соответственно. В то время как первые два элемента не играют в биохимии практически никакой роли, молибден принимает участие во многих биохимических реакциях. Если бы удалось показать, что элементы, представленные в земных организмах, коррелируют с обилием элементов в "молибденовых" звездах, это послужило бы серьезным доказательством в пользу выдвигаемой гипотезы. Однако этот аргумент не выдерживает критики потому, что нужно рассматривать не процентное содержание элементов, в степень их концентрации в живых системах, сравнивая ее с концентрациями в земной коре или морской воде. Тогда оказывается, что молибден не занимает никакого особого положения в земных организмах в сравнении, например, с фосфором. Гораздо более серьезный аргумент в пользу гипотезы направленной панспермии-проблемы универсальности генетического кода. Поскольку в настоящее время не существует полной теории, объясняющей возникновение кода и его универсальность, гипотеза направленной панспермии, постулирующая происхождение всех форм земной жизни от одного внеземного микроорганизма, наиболее легко и естественно "расправляется" с этой загадкой.

ВВЕРХ

"ЛЕТАЮЩИЕ ТАРЕЛКИ": ТЕСТ НА ИНТЕЛЛЕКТ

В публикуемой ниже статье показывается, что нет никаких научных данных, оправдывающих новую волну интереса к "летающим блюдцам".

В 1234 году в небе Англии "видели" элегантной формы корабль удивительного цвета. В 1800 году в Миссисипи уважаемый ученый У. Данбар сообщил, что он "наблюдал" летящий дом. В 1885 году в Адрианополе (Турция) был "замечен" сверкающий красный корабль сигаровидной формы. В 1947 году пассажиры, находившиеся на борту парохода, шедшего от побережья Кении, "обнаружили" сверкающий корабль. Он был похож на дирижабль и имел более 300 м в длину. Корабль бесшумно парил в воздухе. В 1957 году ночью над Бразилией мимо грузового самолета очень близко пронесся красноватый предмет, В 1965 году в Претории (Южная Африка) два полицейских офицера утверждали, что на безлюдном отрезке шоссе при повороте они едва не столкнулись с диском медного цвета, который резко взмыл в небо. Диск имел диаметр примерно 10 м.

В форме тарелки или в виде дома, продолговатые или круглые, красноватые или блестящие, парящие или резко взмывающие вверх, 10 м в диаметре или 300 м в длину-таковы типичные описания этих непонятных объектов, приведенные нами из книги "Полемика о НЛО в Америке" Д. Джейкобса, опубликованной в 1975 году. Большинство из них в конце концов были опознаны; некоторые оказались нелетающими, а другие-даже и не предметами. Но поскольку эти вопросы занимали умы миллионов людей, особенно в Соединенных Штатах Америки, в 1968 году была создана специальная правительственная комиссия США. Эта комиссия, составленная из ученых и представителей военной авиации, занималась проверкой слухов о "летающих блюдцах" или "летающих тарелках", слухов, которые в некоторых. американских кругах приобрели черты необузданной сенсации. Комиссия занималась "неопознанными летающими объектами" (так они были названы в целях максимальной объективности) долго и тщательно, рассмотрела многие сотни случаев, дошедших до нее, и констатировала: "Мы единодушны в мнении, что было проведено заслуживающее всяческой похвалы мероприятие, в котором была объективно применена научная техника, подходящая для решения вопроса о "неопознанных летающих объектах". Основываясь на современных сведениях, можно сказать, что наименее правдоподобным объяснением "неопознанных летающих объектов" является гипотеза посещения Земли разумными внеземными существами".

Казалось бы, после столь авторитетного заключения слухи подобного рода должны были потерять свою привлекательность. Но этого не случилось. Число сообщений в печати о НЛО не уменьшилось. Еще раньше в попытке обуздать этот поток легковесных историй (анекдотов?) известный американский ученый Д. Мензел написал популярную книгу "О "летающих тарелках" (М., "Иностранная литература", 1962), разоблачающую все вздорные объяснения наблюдавшихся, а иногда и не наблюдавшихся явлений. Но в широких американских кругах эта умная книга не произвела желаемого впечатления. Незадолго до своей смерти профессор Мензел написал новый вариант книги. Будем надеяться, что она достигнет поставленной цели. Но ведь читателей у таких книг не так уж много! Гораздо больше тех, кто о ней ничего не узнает, зато будет читать все новые броские сообщения газет и журналов, безоговорочно веря им. Зарубежная пресса, как мы знаем, не всегда бывает щепетильна по части достоверности сообщаемых фактов. Конечно, в калейдоскопе политических известий тог или иной факт живет лишь несколько дней и легко забывается, если он не касается событий, из ряда вон выходящих. Но "летающее блюдце" - событие экстраординарное, а главное-простое и всем понятное. О нем можно рассказать соседу и соседке, за праздничным столом и на работе, в автобусе и на рынке. И так соблазнительно приукрасить сообщение собственными домыслами: я сам видел в прошлом году, или академик такой-то. Но это, так сказать, невинная сторона дела. Гораздо, хуже выглядят те, которые видят в подобной "информации" средство выдвинуться, подняться выше среднего уровня, но не интеллектуальными или моральными заслугами, а самой дешевой ценой.

Если репортер сообщает в газету рассказанные ему слухи о появившемся НЛО, а газета печатает его сообщение, то за этим стоит не что иное, как коммерческий расчет, зарплата, тираж. Газета приобретает известность, репортер тоже, а тот, кто первый заговорил о "блюдце" или "тарелке", приобретает славу среди лиц, его знающих, а может быть, и незнакомых. Потом с пропагандой НЛО выступают уже авторы брошюр, книг, кинофильмов. О них читают лекции- все это в погоне за славой, а впереди маячит тот же гонорар.

Слава эта в известной степени подобна славе Герострата, потому что а широких кругах разрушается уважение к науке, к ее добытым огромным трудом результатам. Ведь в сообщениях о НЛО нет ничего конструктивного, творческого. Таких ниспровергателей науки слишком много, да и не в одной только области НЛО!

Вся эта шумиха с НЛО ядовито охарактеризована известным (и превосходным) английским писателем-фантастом А. Кларком в рецензии для газеты "Нью-Йорк Тайме": "НЛО не говорят нам абсолютно ничего об интеллекте где-нибудь в другом месте Вселенной, но они доказывают, как мало интеллекта на Земле".

А в популярном журнале "Меркурий", издаваемом Тихоокеанским астрономическим обществом, один из его редакторов так характеризует этот мутный поток неоправданных сенсаций: "Последний десяток, или около того, лет был временем большой путаницы и сомнений в нашей стране. Многие старые ценности ускользнули, а взамен пришло мало нового. В подобные времена публика (особенно молодежь) гораздо легче становится жертвой соблазна со стороны философий или группок, обещающих легкие ответы на трудные вопросы, В то же время последнее десятилетие освободило от иллюзий в ряде приложений научных исследований, поэтому не следует удивляться тому, что многие обернулись в направлении антинаучном (или, по крайней мере, стали подвергать сомнению устоявшиеся научные убеждения)" . В нашей стране слухи о "виденных" НЛО не выносятся на страницы. печати (хотя мелкие промахи и у нас бывают), так что те, кто, прельстившись американской шумихой, распускают сплетни о НЛО или читают "лекции" в узкой аудитории, которые остаются вне поля зрения ученых, оказываются в не столь выгодном. положении, как их американские-"коллеги". Но все же какой-то успех у нашей читающей и нечитающей публики они имеют. То, что именно сейчас у нас наблюдается заметное оживление слухов о НЛО, заставило меня взяться за перо.

Ни разу НЛО не являлись астрономам или другим ученым, способным критически отнестись к происходящему. Но это обстоятельство "верующих" в НЛО мало смущает. Они зада--ют вопросы после лекций. Нечто подобное проникает даже на телевидение. Многие слышали и видели программу "Очевидное - невероятное", которую вел профессор С. П. Капица по поводу "Бермудского треугольника" (тоже своего рода НЛО), в которой ему пришлось бороться с предубежденным выступлением о существовании непостижимых явлений и "сил", действующих в этом треугольнике. Эти явления и объяснение их таинственными силами не только не проверены научно-объективными методами, но прямо противоположны фактам. Тем не менее легенда о "Бермудском треугольнике" бытует в некоторых кругах летчиков, моряков, а от них - и в менее профессиональных кругах.

В наше время и в нашей стране ссылаться на деятельность сверхъестественных сил, тем более на божественное вмешательство, нельзя - не поверят. Другое дело сослаться на необъяснимые современной физикой и астрономией причины. Это уже похоже на правду. Но эта "правда" влечет за собой лишенные почвы толкования, которые перерастают в столь же беспочвенные суеверия. "Идеология" суеверий покоится на том, что случайное единичное и повторное совпадение двух каких-либо событий трактуется как причинносвязанное. При этом не делается попытка многократными наблюдениями проверить, закономерно ли наблюдавшееся совпадение. Так рождаются приметы, допускающие вмешательство потусторонних сил. В леших и домовых сейчас никто не верит, но ведь НЛО- это те же домовые, только XX века!

Известный планетовед и талантливый популяризатор астрономии профессор К. Саган так высказывается по поводу подобных вариантов вненаучного мышления: "Фон Дэникен говорит, что нас посещали; верующие в НЛО говорят, что нас посещают; религиозные верующие говорят, что нас вот-вот посетят! И я не уверен, есть ли большая разница между этими тремя точками зрения". Упоминая о прошлом, он имеет в виду всевозможные домыслы о непонятных сооружениях, дошедших до нас из прошлого и которые послужили основой для сюжета кинофильма Дэникена "Воспоминания о будущем". Говоря о настоящем, Саган имеет в виду НЛО, а о будущем - религиозные предсказания о "Втором пришествии", о "Страшном суде" и т. п. Как видим, все три варианта сводятся им к одному. И совершенно справедливо. Только их возникновение относится к разной степени недостаточности интеллекта, о которой так кстати сказал А. Кларк и которую человечество преодолевает на протяжении веков с трудом, как об этом свидетельствует вся мифология о "летающих блюдцах".

Представители этой науки отдают себе ясный отчет в том, что для установления контактов с другими разумными, существами во Вселенной нужны труды тысяч ученых и инженеров и сотен тысяч рабочих. Нужно огромное усовершенствование современной техники радиосвязи, средств радиоастрономии, нужны затраты грандиозных количеств энергии и проявление творческого ума в масштабах, которые доступны лишь идейному и технологическому уровню человечества XX или, скорее, XXI века, а может быть, недоступны и ему...

P.S. Лично мы, несмотря на все приведенные выше доказательства, считаем, что жизнь на других планетах и в других системах есть. Это может быть иная - неведомая нам материя, которую мы никогда, может быть, не увидим. Хочется надеяться, что мы в этом мире не одиноки...

ВВЕРХ

ГДЕ ИЩУТ ЖИЗНЬ?

МАРС

2005 год | COROT
Французское космическое агентство CNES при участии Испании, Австрии, Бельгии и Европейского Космического агентства (ESA) в 2005 году планирует произвести запуск аппарата COROT — маленького космического телескопа с диаметром главного зеркала 27 см и камерой из четырех ССD детекторов, который будет использовать метод транзита, позволяющий точно определить размеры планет и их орбиты. Транзит происходит каждый раз, когда планета пересекает луч зрения между наблюдателем и родительской звездой, вокруг которой она вращается. Когда это происходит, планета блокирует часть света от своей звезды, вызывая периодическое падение блеска звезды. Этот периодический сигнал используется, чтобы обнаружить планету и определить ее размер и орбиту. COROT будет наблюдать большое количество относительно далеких звезд на расстояниях до 1500 световых лет, пытаясь предоставить факты существования планет земного типа.

2005 год | DARWIN
Проект Darwin (2005 год) предполагает запуск целой «флотилии» из 6 отдельных космических телескопов диаметром не менее 1,5 м каждый, которые будут объединять свои индивидуальные сигналы для создания изображений высокого разрешения. Возможно, Darwin «увидит» планеты, похожие на Землю, и определит состав их атмосфер с помощью спектрального анализа.

ВВЕРХ