С тех самых пор, как была открыта первая экзопланета – 51 Pegasi b, – началась охота на жизнь за пределами Солнечной системы. С развитием технологий и науки меняются и методы поиска. Так, астробиология сегодня стала флагманом в поисках признаков жизни в далеких мирах. Сегодня, когда чуть ли ни ежедневно появляются научные статьи о тех или иных открытиях, уже нет ничего удивительного в объединении, казалось бы, разных дисциплин. Так, астробиология – относительно молодое ответвление в науке, сочетающее астрономию, биологию, химию, физику и многое другое.
Адам Франк – профессор астрофизики в Рочестерском университете в штате Нью-Йорк, настоящая страсть которого заключается именно в поисках жизни за пределами Земли. Кроме того, он автор нескольких научно-популярных книг, среди которых – бестселлер «Свет звезд. Инопланетные миры и судьба Земли» (Light of the Stars. Alien Worlds and the Fate of the Earth, перевод автора). Доктор Франк гордо зовет себя астробиологом и уверен, что вскоре нам удастся найти признаки жизни посредством изучения атмосфер экзопланет. Naked Science удалось пообщаться с профессором о том, как именно в атмосфере далекой планеты можно найти сигнатуры жизни, насколько важно в этих исследованиях понимание жизни на Земле и о многом другом.
– Вы физик и астроном, но также неоднократно заявляли в разных интервью, что в последние годы вас все больше интересует астробиология. Почему именно астробиология?
– Просто астробиология – самое классное из этого (смеется). На самом деле, меня всегда удивляло, почему люди не интересуются астробиологией. Какой другой вопрос может быть важнее или будет иметь больше последствий, чем вопрос о существовании жизни в других мирах? Я как-то в шутку поспорил с другом, который занимается физикой конденсированных состояний, сказав ему: «Серьезно, что важнее – количество шариков, которые ты можешь сложить в мешок, или существование жизни в других мирах?» На что он ответил: «Ну да», – и обиделся понарошку.
Я имею в виду, что для нас это действительно фундаментальный вопрос. Даже если это неразумная жизнь, просто само ее присутствие где-либо еще, понимание того, что это не единственная планета, на которой есть жизнь (что возможно), – один из самых научных и философских вопросов, которые я могу себе представить и на который можно найти ответ. Он настолько же значителен, как и вопрос о происхождении Вселенной.
Когда вы задумываетесь об очень важных научных вопросах, чаще всего речь идет о происхождении Вселенной, что внутри черной дыры. Говоря о происхождении Вселенной – не думаю, что на этот вопрос когда-нибудь дадут исчерпывающий ответ из-за природы самого вопроса, так как он лоб в лоб сталкивается с философией. Но в случае существования жизни на других планетах – на это мы сможем ответить. Происхождение и существование жизни, если расширить этот вопрос до цивилизаций, – на это мы сможем найти четкие ответы, которые коснутся и самых глубоких философских вопросов о том, кем и чем мы являемся.
– Как понимание жизни на Земле помогает вам в исследованиях?
– По сути, у нас есть только один пример жизни. Люди часто говорят: «Астробиология? Как это вообще может быть реальной темой, если у нас есть только один пример?» Но, как я всегда говорю, если так к этому относиться, то можно упустить, как много всего актуального и важного мы узнали. Астробиология – это изучение жизни в ее планетарном или космическом контексте. И мы немало узнали об этом за последние несколько лет. Очевидно, одна из самых важных вещей здесь – понимание истории жизни на Земле в точнейших деталях. Как я говорю, в астробиологии было три революции: открытие других планет, вращающихся вокруг других звезд, затем исследование Солнечной системы, в ходе которого мы посещаем объекты всех типов в ней и изучаем их, а также исследование 4,5 миллиарда лет истории Земли.
У нас есть действительно неплохое представление обо всей истории жизни на планете, хотя все еще остается множество вопросов. Одна из вещей, которая становится понятна при рассмотрении данных, – то, сколькими разными планетами Земля успела побыть. Когда-то здесь был водный мир, почти или полностью без континентов. Мы были «Землей-снежком». И даже планетой джунглей. В каждом из этих изменений жизнь играла важную роль, а иногда даже провоцировала их. Так что в каком-то смысле, изучая историю Земли, вы получаете несколько разных планет с жизнью на них – и все это можно исследовать.
Конечно, механизм жизни, генетика в этом случае всегда одни и те же. Но если вы задаетесь вопросом, как жизнь может взаимодействовать с планетой и менять ее, то мы видим много разных режимов, полезных для исследований. Как обычно говорят? «Все, что не запрещено законами физики и химии, скорее всего, произойдет». Так что нам следует быть осторожными, когда мы изучаем жизнь на других планетах, потому что вероятности бесконечны. Но я считаю, что таким образом вы узнаете о «контурах», получаете обзор того, как жизнь и планеты могут идти рука об руку. Это крайне важно.
– Так как это относительно новое ответвление, с какими самыми непреодолимыми сложностями вы сталкиваетесь при поисках жизни в космосе?
– Одна из основных вещей, которые люди не осознают, – то, насколько мы близки к проведению настоящего научного поиска жизни во Вселенной. Удивительно, не так ли? Люди задавались вопросом, существует ли жизнь где-либо еще во Вселенной со времен древних греков, чьи философы размышляли о существовании жизни на других планетах и в других местах. И на протяжении всей истории – а это как минимум 2500 лет – длился нескончаемый спор. Кто-то говорил: «Ну да!» А ему в ответ: «Да нет». Это был спор без данных.
Но вот уже несколько лет мы находимся на пути к получению непосредственных данных, соответствующих этому вопросу. И получим мы их благодаря экзопланетам. Космос усеян экзопланетами, и мы учимся, как характеризовать их атмосферы. Мы сможем получить информацию о химическом составе их атмосфер. А это именно то, что поможет понять, есть ли на них жизнь. Другими словами, мы сможем узнать, есть ли у этих планет биосфера. В течение ближайших 10, 20, 30, 40 лет у нас будут релевантные данные. Да, мы будем спорить об их значении, но это будут уже не догадки, а непосредственная информация.
Это будет связано с так называемой атмосферной характеристикой и пониманием того, как следует считывать сигналы биосферы посредством света, проходящего через атмосферу экзопланеты, вращающейся вокруг другой звезды. На этом сейчас все сосредоточены, к этому все стремятся. С этим также связан миллион подзадач. Например, я работаю над изучением экзопланетных атмосфер на стадии эволюции. И это крайне сложно, так как подобная идея берет начало от Джеймса Лавлока и его Гипотезы Геи. Еще в 1965 году он вывел, что кислород в земной атмосфере присутствует из-за жизни, а атмосфера Земли находится не в равновесии, так как жизнь на планете постоянно потребляет кислород и выбрасывает его обратно. Получается, если жизнь исчезнет, вместе с ней исчезнет и кислород. Лавлок был первым человеком, который это понял.
По сути, атмосфера – датчик присутствия жизни. Долгое время считалось, что если в атмосфере обнаруживаются кислород и метан, следовательно, на планете есть жизнь. Но мы поняли, что все намного сложнее. Говоря о трудностях, сейчас перед нами стоит нелегкая задача: определить, какие химические соединения представляют собой биосигнатуры.
– Назовите самые интригующие открытия последних лет, которые помогли в развитии астробиологии как отдельной ветви науки?
– Самым шокирующим и удивительным открытием стали сами экзопланеты, так как это был ответ на вопрос, которому 2,5 тысячи лет. Но дело не только в этом. Суть не в одном лишь открытии экзопланет. Мы просто дошли до точки, когда стали задаваться вопросом о том, сколько вообще экзопланет существует. Сколько звезд надо пересчитать, чтобы наткнуться на ту, у которой есть экзопланета? Сколько звезд надо пересчитать, чтобы обнаружить ту, у которой есть экзопланета в нужном месте для появления на ней жизни или присутствия на ее поверхности жидкой воды? И на эти вопросы мы тоже ответили.
Вы, должно быть, знакомы с уравнением Дрейка. Вторая и третья переменные в этом уравнении – количество звезд, у которых есть планеты, и число планет, находящихся в зоне обитаемости. И сегодня мы знаем ответы. У каждой звезды в небе – каждой! – есть планеты, что само по себе невероятное открытие. У одной из пяти звезд есть как минимум одна планета, расположенная в подходящем для появления жизни месте. Такие открытия меняют все – они полностью переделывают наш подход к поиску жизни.
Кроме того, важно наше понимание климата. Забавно, когда кто-то в США произносит слово «климат», люди думают, что речь о политике. Нет, мы говорим о том, как функционируют планеты. Изучая Венеру, Марс, Землю, Титан (гигантский спутник Сатурна), мы изучаем то, как работает климат. Климат и жизнь идут рука об руку. Это одна из фундаментальных вещей. Изучая историю Земли, мы даже поняли, как работают планеты, на которых нет жизни. Мне нравится высказывание, что климат – то, как планеты берут солнечный свет и пытаются сделать с ним что-то интересное. Так что теперь мы уже хорошо понимаем, как работает климат на безжизненных планетах. А благодаря Земле мы знаем, как климат функционирует на планете, на которой есть жизнь, – это тоже важный переход. То есть теперь мы осознаем, как думать на уровне планеты, – это тоже станет большой частью понимания систем.
Есть и множество других моментов. Вся работа, которую мы проделывали, изучая жизнь в экстремальных условиях и ныряя в антарктические подледные озера (к слову о реально крутых людях в науке), – благодаря ей мы теперь знаем, что на Земле есть версии жизни, способные выдерживать невероятные типы условий.
– Не так давно – менее 100 лет назад – мы поняли, что Вселенная гораздо больше Млечного Пути. А первая экзопланета была открыта всего 27 лет назад. Как бы вы описали развитие космических исследований до конца XXI века?
– Для меня огромной частью космических исследований являются экзопланеты – в этой области будет проведена огромная работа. Если бы у меня спросили совета молодые студенты, в какую область лучше всего податься, я бы сказал: что-либо связанное с гравитационными волнами. Это абсолютно новое окно – у нас внезапно появился совершенно новый способ наблюдения за небесами. То открытие было таким ошеломительным не только потому, что ученые открыли гравитационные волны, но, в частности, и из-за того, какое влияние это открытие тут же оказало на астрономию. Вряд ли кто-то ожидал получить сигнал от двух сливающихся черных дыр. Так что гравитационные волны определенно будут чем-то значительным, как и экзопланеты.
Что касается космологии, то тут уже нет того восторга, что раньше. Уже проделано много работы с имеющимися данными – в частности, с теми, что касаются ранней Вселенной, – и я не думаю, что в будущем мы получим много новых данных. Конечно, мои друзья-космологи возразят и скажут: «Да это смешно!» Однако много всего еще можно узнать о крупномасштабных структурах Вселенной. Например, барионные акустические осцилляции – это способ увидеть отпечатки событий, происходивших в ранней Вселенной, и то, как они повлияли на распространение галактик. Также сегодня все еще продолжается звездообразование – это тоже очень интересная и многообещающая область. Сверхновые тоже пока остаются не полностью изученными – мы все еще не понимаем, как именно они взрываются. Это что касается астрономии.
Большие данные изменят очень многое. Особенно это касается временной области. Традиционно астрономы направляют телескоп в небо, наблюдают за одной точкой какое-то время и получают данные. Раньше у нас просто не было возможности наблюдать, по сути, за всем небом, затем наблюдать за всем небом следующей ночью и еще через ночь. Небеса меняются, и нам сложно уследить за некоторыми вещами. Именно с этим у нас сложности – регистрировать явления в небе, которые изменяются. А теперь с телескопами вроде LSST (Large Synoptic Survey Telescope) мы сможем наблюдать за небом каждую ночь, собирать данные, обрабатывать их – и кто знает, что мы найдем? Обнаружится множество вещей, которые мы сейчас даже не можем себе представить – это часто происходит при запуске новых инструментов. Так что во временной области будут совершены прорывы, как и в использовании машинного обучения для обработки полученных данных.
А что касается непосредственно исследования космоса, говоря о Солнечной системе – забудьте про исследования, в игру вступает эксплуатация (здесь профессор Франк использовал созвучные слова: exploration – исследование и exploitation – эксплуатация. – Прим. автора). Если в космосе начнут активно работать коммерческие предприятия, если там может сформироваться экономика, то человек сможет буквально присутствовать в космосе. Я не дождусь, когда начнут бурить астероиды. Запишите меня – я буду первым астероидным шахтером!
– Насколько известно, вы очень любите научную фантастику и, в частности, телесериал «Экспансия» («Пространство»). Учитывая то, что уже существуют такие компании, как Planetary Resources и Deep Space Industries, которые разрабатывают оборудование для добычи полезных ископаемых на астероидах и планируют миссии, как вы думаете, каковы перспективы человечества в эксплуатации космических ресурсов?
– Я явный сторонник этого. Я считаю, что круче этого ничего быть не может! Но не ясно, получится ли все как надо. Не ясно, может ли там действительно появиться экономика. Да, касательно этой темы, я энтузиаст-любитель. Мне довелось читать работы некоторых людей, в которых они излагают свои идеи о добыче полезных ископаемых с астероидов. Судя по всему, воду добывать будет проще, а вот бурить камень – сложнее. И тут еще надо разобраться, что именно означает «просто». Также не известно, имеет ли смысл разработка этой экономики – не ясно, будет ли она жизнеспособна.
Когда люди говорят о межпланетной экономике, речь прежде всего идет о компаниях, работающих на свои страны, которые проводят космические исследования. Так, например, добыча воды на астероидах потребует присутствия какой-нибудь базы на Луне или на ее орбите, которую будут обслуживать частные компании. Это будет первым шагом. Вторым шагом может быть космический туризм. Но если говорить о полной экономике – я понятия не имею, как все сложится. Надеюсь, все получится.
Легко представить, что может пойти не так. Хватит всего парочки предприятий, которые не справятся с работой, или у них случится авария, взрыв. И все просто скажут: «Ой, нет, это слишком дорого». Стоит даже взглянуть на космическую программу США: мы приближаемся к 50-летию высадки на Луну, но не покидали земную орбиту с тех самых пор. Конечно, единственная причина, по которой мы отправились туда, была холодная война и сопутствующая ей космическая гонка.
Подводя итог, я бы сказал, что освоение Солнечной системы будет призом за преодоление изменения климата. Если мы сможем это пережить и станем устойчивой, технологически продвинутой цивилизацией, то следующим шагом для нас будет Солнечная система. Но, конечно, я с легкостью могу себе представить, как ничего не получится. Так что скрестим пальцы и будем надеяться на лучшее.
– Считаете ли вы, что мы сможем фактически отправиться к другим мирам или же нам придется отправлять машины из-за радиации и других проблем, связанных с миссиями по исследованию глубокого космоса?
– Да, роботы настолько дешевле, чем люди! Есть множество причин, по которым отправка людей в космос кажется бессмысленной идеей, но думаю, мы все-таки будем отправлять людей. По крайней мере, попытаемся. Это очень дорого и сильно зависит от того, сможем ли мы это обеспечить. Мы на протяжении 50 лет говорили, что сделаем это. Это как исследование Марса – иногда нужно, чтобы на поверхности был космонавт, который будет проводить исследовательскую работу. Я убежден, что нам стоит это сделать, я думаю, что мы это сделаем, но все упирается в способы осуществления этой задачи. Каждый президент США говорит: «Мы летим на Марс!», – но мы никуда не летим. Насколько бы мне не нравилась идея того, чтобы миллиардеры контролировали передний край науки, – я очень рад, что есть такие люди, как Илон Маск, потому что они подталкивают всю эту индустрию. И, наверное, этого следовало ожидать. Есть знаменитый рассказ – «Человек, который продал Луну». Это работа из времен золотого века научной фантастики, вышедшая в 1950‑х. И в нем описывается то, как коммерческие предприятия пытались все устроить.
Забавно, но я ожидал, что вы спросите о путешествии к звездам. И тут я просто полон скепсиса. Я считаю, что если нам повезет, то примерно следующие 1000 лет человеческой эволюции будут историей Солнечной системы – о том, как мы и наши технологии сможем населить разные места Солнечной системы. Но звезды настолько далеки от нас. И такие вещи, как варп-двигатель, не совсем согласованы с реальностью. Взять, например, двигатель Алькубьерре, которому требуется отрицательная энергия. Я читал работы, в которых написано, что, когда вы достигаете своего пункта назначения и выключаете свой двигатель Алькубьерре, это может произвести такое интенсивное гамма-излучение, что запросто может уничтожить систему, в которую вы пытаетесь попасть – это явно не тот результат, который нужен.
Также есть идея корабля поколений – классическая научно-фантастическая идея о корабле, перевозящем три-четыре поколения людей. Есть еще гибернация, когда все спят в гибернационных камерах. Сработает ли что-либо из этого? Недавно, кстати, я прочел очень интересную работу о стоимости корабля поколений. Ее автор провел все расчеты и подытожил: чтобы построить корабль поколений, понадобилось бы вся экономика трех Солнечных систем.
Я думаю, вполне возможно, что одним из решений парадокса Ферми является то, что межзвездные путешествия – это просто слишком сложно. Звезды находятся очень далеко друг от друга. Мы ограничены относительностью.
Таким образом, по крайней мере, с нашей продолжительностью жизни, межзвездные полеты невозможны, так как если нужно 150 лет для того, чтобы добраться куда-то, а потом еще по 20 лет ждать сигналов из одного конца в другой, то это уже не цивилизация, а просто скопление аванпостов, которые могут время от времени связываться друг с другом. Так что в этом вопросе я странным образом пессимистичен. Но буду рад, если будет доказано обратное.
– Что вы думаете о терраформировании Марса? Возможно ли это даже в далекой перспективе или это не более чем научно-фантастические мечты?
– Опять же, надеюсь, что это возможно. И у меня нет никаких этических проблем с этим. Марс, по сути, мертвая планета. Это интересный вопрос, если нам удастся найти там активные микробы. Но нужно размышлять биосферически. Если нам удастся терраформировать Марс, это будем делать не мы, а земная биосфера. Мы будем просто посредниками, при помощи которых зеленые ростки переберутся с одной планеты на другую. Касательно того, возможно ли это: недавно была опубликована статья о том, что там просто недостаточно углекислого газа. Опять же, я не считаю, что будет большой проблемой запустить туда пару комет (смеется). Все зависит от наших технологий: если мы найдем способ, при помощи которого сможем переместить что-то крупное, то мы смогли бы в итоге доставить на Марс кометы.
Также есть смысл рассмотреть вариант покрытия навесом какого-нибудь кратера. У многих марсианских кратеров довольно высокие стенки – где-то в милю высотой или около того, я не совсем уверен, надо проверить эту информацию. Говоря о научной фантастике, это было сделано в аниме «Ковбой Бибоп» – отличный сериал! То есть можно сделать что-то такое: необязательно сразу терраформировать всю планету, можно покрыть навесом несколько кратеров, и уже получится несколько сотен квадратных миль площади с нормальным давлением, пригодным для жизни. Кто знает, что мы еще придумаем?
Говоря о технологиях – именно поэтому я говорю, что следующие 1000 лет будут историей приключения человечества в Солнечной системе. То есть, не изобретая чего-то из ряда вон выходящего вроде отрицательной энергии, а используя только наши инженерные способности и программирование, мы можем достичь очень многого. И необязательно терраформировать что-то – можно разработать нечто крупномасштабное вроде куполов или других структур, в которых можно будет жить. И также не стоит забывать о радиации. Посмотрим.
– Что вы думаете о жизни в Солнечной системе за пределами Земли – например, на Энцеладе и Европе?
– Почему бы и нет? Особенно учитывая, что большинство этих миров, скорее всего, геотермально активны из-за приливных сил, которые постоянно сжимают и растягивают их каменистые внутренности. Так что там должны быть глубоководные разломы. Мы выяснили, что на Земле жизнь может существовать так глубоко под водой, что солнечный свет там не играет абсолютно никакой роли. И вполне возможно, что именно в таких местах жизнь и зародилась – в этих химических заводах. Думаю, что-то там есть. Нам надо посадить зонды на Европу и пробурить лед. Может, если спуститься под лед и осмотреться, нам удастся обнаружить признаки жизни. В случае с Энцеладом все еще проще – надо просто пролететь через гейзеры и получить образцы. Более того, в ходе миссии, не настроенной на изучение Энцелада, уже было выяснено, что эти гейзеры соленые. Плюс у нас есть Титан – это удивительный мир: метановые озера, дождь из жидкого метана. Все это просто безумие! Да, это будет очень круто.
– Насколько астробиология сосредоточена на поисках признаков жизни на углеродной основе? Существуют ли какие-то модели или теории, связанные с поиском органических соединений других типов?
– В таком случае надо прежде всего обратить внимание на метаболизм на неуглеродной основе. Но даже и так, когда вы ищете признаки жизни в атмосфере, то прежде всего вы ищете признаки неравновесной химии – вот что действительно важно. Уже были разные исследования по части того, какой может быть метаболизм. И да, с одной стороны, все это происходит в основном на углеродной основе. Но похожие вещи можно делать и с кремнием. То есть, если вы хотите построить биосферу на основе кремния, то надо понять, каким образом она бы развилась. Я знаю, что есть люди, которые занимаются этим вопросом. Надо искать химические соединения, которые не могут образоваться здесь, но можно экстраполировать то, какими могут быть химические пути для образования биомолекул.
Интерес по части кремния вызван тем, что этот элемент, как и углерод, может быть очень разнородным химически. Он обладает связями, которые позволяют делать разные соединения с его помощью. Но углерод очень разнороден и может связываться со множеством других элементов. Именно поэтому мы думаем, что в основном жизнь принимает углеродную форму. Углерод есть повсюду во Вселенной.
– Одна из ближайших к Земле экзопланет – проксима Центавра b – считается кандидатом на наличие на ней жизни. Как вы смотрите на это предположение?
– Люди считают, что Солнце – типичная звезда, но это не так. На самом деле, это относительно тяжелая звезда. Самый распространенный тип звезд имеет массу примерно вдвое меньше солнечной – это звезды класса М, карлики. Они меньше Солнца, не такие яркие, как Солнце, холоднее его. Все это означает, что зона обитаемости расположена очень близко к поверхности таких звезд. И конечно, причина, по которой мы так много внимания уделяем карликам, заключается в том, что это самый распространенный тип звезд, их довольно много в окрестностях, а также они очень подходят для изучения атмосфер, о котором я упоминал ранее.
Дилемма заключается в том, что у этих звезд активная атмосфера – на них постоянно происходят вспышки и бури. То есть планета, вращающаяся вокруг такой звезды, постоянно бомбардируется высокоэнергетическим излучением. Из этого следует вопрос: может ли в таких условиях на планете сохраниться атмосфера? Или если на ней есть жизнь, может ли она выжить? Пока что это открытая область исследований. Я и моя группа занимаемся именно этим. Мы изучаем атмосферы планет, вращающихся по так называемым горячим орбитам – это орбиты, близкие к звезде. В таких условиях часть атмосферы испарится прямо в открытый космос. Сейчас мы занимаемся изучением более крупных планет, но в итоге дойдем и до планет размерами с Землю.
– Как вы оцениваете шансы человечества на спасение нашего мира и вида?
– Ой, ну это 50/50! (смеется) Большая часть моей работы связана с изучением изменения климата и будущего человечества, так что мне довольно часто задают этот вопрос. Я люблю говорить, что настроен оптимистично, потому что альтернатива не такая радужная (смеется). Безусловно, я считаю, что мы можем справиться. Изменение климата – это своего рода Великий фильтр. Любая цивилизация, достигнувшая нашего уровня, столкнется с изменением климата. Вопрос заключается в том, сможем ли мы его пережить. И ответ зависит либо от эволюционного наследия и поведения вида – является ли он коллективным разумом, социальным видом и так далее, – либо от способности научиться новому поведению.
Можно с уверенностью сказать, что в ходе эволюции мы обрели не так уж много хороших привычек. Нет, нам не чуждо такое поведение, как любопытство и все остальное, благодаря чему мы можем заниматься наукой. Но если говорить о слаженности, то дела обстоят не так хорошо – именно поэтому мы и воюем. Так что все упирается в то, сможем ли мы сделать выводы, а точнее, сможем ли мы развить новое социальное поведение за время, необходимое для того, чтобы выжить. И это открытый вопрос. Повторюсь, считаю, что мы можем. Нет никаких причин, по которым мы не могли бы. Но сделаем ли мы это, достаточно ли мы зрелы? По сути, мы – космические тинейджеры и сейчас находимся в переходном возрасте по направлению к зрелости. Некоторые подростки так и не взрослеют. Как вам такой ответ?
Источник: Naked Science
__________________________
Читайте нас в телеграм
https://t.me/granitnauky
Поделиться ссылкой:
Больше на Granite of science
Subscribe to get the latest posts sent to your email.
