Книга: Большое космическое путешествие

Глава 10 Поиски жизни в Галактике

Глава 10

Поиски жизни в Галактике

Автор: Нил Деграсс Тайсон

Мы – живые существа, поэтому нас особенно интересует жизнь во Вселенной. Если мы осматриваемся во Вселенной и обращаем внимание на то, есть ли у конкретной звезды планеты и пригодны ли они для жизни, то разумно формулировать вопросы, исходя из представлений об известной нам (земной) живой материи. Кажется, что все живые существа обладают некоторой совокупностью общих признаков. Во-первых, любые известные нам живые существа нуждаются в жидкой воде. Во-вторых, жизнь связана с потреблением энергии. Мы обладаем метаболизмом, это химический феномен. И, самое интересное, жизнь сама себя воспроизводит. Я сосредоточусь на первом признаке, поскольку воду можно обнаружить при помощи астрофизического инструментария. Нам всего лишь нужно отыскать во Вселенной жидкую воду.

С тех пор как нам прочитали сказку о Златовласке[11], мы знаем (и соглашаемся), что предметы и вещества могут быть «слишком холодными», «слишком горячими» и «в самый раз». Возьмем, например, Солнце. Известно, что оно обладает определенной светимостью. Чем ближе к Солнцу, тем жарче становится, чем дальше – тем холоднее. Допустим, для жизни нужна жидкая вода. Возьмем воду и чересчур приблизимся к Солнцу – вода испарится. Чересчур отдалимся – тогда замерзнет. Таким образом, логично предположить, что есть некий набор орбит, находясь на одной из которых планета будет стабильно содержать жидкую воду. Ближе к Солнцу – пар, дальше от Солнца – лед, а между ними – жидкая вода. Эта область получила название «зона обитаемости». Такая концепция играет важную роль в научных представлениях начиная с 1960-х годов, когда ее впервые сформулировали. У разных звезд, в зависимости от их светимости, размеры зоны обитаемости будут отличаться, и здесь есть повод для размышления. Фрэнк Дрейк немного развил эту концепцию и составил так называемое уравнение Дрейка. Это уравнение не похоже на те, что описывают законы Ньютона. Скорее оно позволяет оценить степень нашего незнания о распространенности разумной жизни во Вселенной.

Прежде чем я расскажу вам об уравнении Дрейка, озвучу одну вещь: исходя из всего, что мы знаем о жизни, считается, что для жизни требуется планета. Это должна быть планета, вращающаяся вокруг звезды. Сначала должна возникнуть звезда, около нее – планета, а затем (учитывая, как медленно развивается жизнь на Земле) нужны миллиарды лет, чтобы эволюция привела к возникновению разумных существ. Следовательно, звезда должна быть долгоживущей. Не все звезды таковы. Некоторые не успевают дотянуть и до миллиарда лет, а могут сгореть и всего за 100 миллионов лет. Самые массивные звезды гибнут всего за 10 миллионов лет – и разумным существам, обитающим на планете около такой звезды, практически не на что рассчитывать, если случай Земли хоть сколь-нибудь показателен. Нужна долгоживущая звезда и планета, но не какая угодно планета, а такая, которая вращается в зоне обитаемости этой звезды.

Итак, известно, что мы должны искать долгоживущую звезду, в зоне обитаемости которой имеется планета, причем такая планета, на которой возникла жизнь. Разумная жизнь. На протяжении большей части истории Земли могучие микроорганизмы – цианобактерии – грубо перекраивали ее атмосферу под себя. Сегодня мы сетуем, что человек загрязняет окружающую среду, из-за нашей деятельности возникают озоновые дыры и накапливаются парниковые газы, например CO₂. Но наше влияние просто меркнет по сравнению с тем, что учинили цианобактерии с земной атмосферой 3 миллиарда лет назад. В ту пору атмосфера Земли была богата углекислым газом – и все было нормально. Затем явились цианобактерии, слопали весь CO₂ и насытили атмосферу кислородом, полностью поменяв ее химический состав и баланс. Атмосфера Земли наполнилась кислородом, а углекислого газа в ней почти не осталось. На самом деле, кислород ядовит для многих анаэробных организмов того периода. Диоксид углерода – парниковый газ. Когда его запасы истощились, парниковый эффект ослаб, и на Земле стало стремительно холодать. Если бы в те времена существовала партия «зеленых», ее активисты могли бы протестовать: «Прекратите кислородное загрязнение! Вы отравляете Землю!» – ведь наступали перемены. Земля остывала и несколько раз полностью замерзала. Тем временем Солнце медленно, но верно разгоралось, за миллиарды лет его светимость возросла и периоды под названием «Земля-снежок» прекратились. В конце концов благодаря атмосферному кислороду возникли самые разные животные, и в том числе люди. Не все перемены однозначно губительны для всех организмов.

Мы беспокоимся, что следующий астероид с нами покончит. Говорю вам, покончит. Неизвестно когда, но это произойдет, и это будет тяжелый день для Земли. В прошлый раз, когда Земля пережила крупное столкновение с астероидом (это было 65 миллионов лет назад), с лица планеты исчезли динозавры[12]. В подлеске уже сновали наши предки-млекопитающие размером с нынешних грызунов. Королевскому тираннозавру и другим ужасным хищникам этой мелюзги хватало буквально на один укус. Но после столкновения Земли с астероидом от королевских тираннозавров и мокрого места не осталось, а млекопитающие смогли эволюционировать, превратившись в довольно представительных существ. Эти события запустили новую историю, которая привела к возникновению современной культуры и общества: мы получили путевку в жизнь, а заодно природа избавила нас от свирепых динозавров. Поэтому я стараюсь трактовать изменения на Земле в более целостном виде.

Мораль этой истории такова: если мы хотим вступить в контакт с обитателями планеты, пригодной для жизни, то наличия инопланетной жизни как таковой еще недостаточно. Нас интересует разумная жизнь. Даже больше. Исаак Ньютон был разумен, но с ним нельзя было пообщаться с другого конца Галактики. Во времена Ньютона не было технологий, которые позволили бы ему отправлять сигналы в космические дали. Разумная жизнь, которую мы ищем, должна обладать нужными технологиями в ту эпоху, на которую приходятся наши наблюдения. Иными словами, если цивилизация удалена от нас на 1000 световых лет, то ее представители должны были отправить сигнал 1000 лет назад – и только сейчас он нас достигнет. Теперь предположим, что в саму технологию заложена возможность злоупотребления ею. Если некоторые технологии попадут в руки невежественных или безответственных людей, то такие технологии могут с нами покончить гораздо вернее, чем любая естественная катастрофа. Сколько может продлиться период, пока мы не самоуничтожимся из-за такой фатальной оплошности? Возможно, всего 100 лет. Если осмотреться в Галактике, то мы только при большом везении найдем планету, в пятимиллиардной истории которой идет именно такое столетие. Поэтому вероятность обнаружить таким образом космических друзей по переписке действительно очень мала.

Фрэнк Дрейк учел все эти аргументы и на их основе вывел свое уравнение. Так начался поиск внеземного разума – проект SETI. Дрейк хотел оценить количество способных на контакт цивилизаций, связаться с которыми мы можем уже сейчас: Nc. Для этого он включил в уравнение несколько этапов деления, причем каждый член уравнения – это самостоятельный оценочный показатель, взятый на основе современных астрофизических данных:

N_c = Ns ? f_HP ? f_L? f_i? f_c ? (L_c/возраст Галактики),

где

N_c – количество готовых к контакту цивилизаций, которые мы можем наблюдать в Галактике сегодня;

Ns – количество звезд в Галактике (около 300 миллиардов);

f_HP – доля звезд, в зоне обитаемости которых вращается планета, пригодная для жизни, ~0,006;

f_L – доля планет из этого числа, где жизнь развивается; величина неизвестна, но, вероятно, близка к 1;

f_i – доля планет из этого числа, где развивается разумная жизнь; величина неизвестна, но, вероятно, довольно мала;

f_c – доля планет, населенных разумными существами, уровень технологического развития которых допускает межзвездный контакт; величина неизвестна, но, вероятно, близка к 1;

L_c – средний срок существования цивилизации, способной к контакту; величина неизвестна, но, вероятно, мала по сравнению с возрастом Галактики; и

возраст Галактики – около 10 миллиардов лет.

Начнем с количества звезд в галактике Млечный Путь, их около 300 миллиардов. Поскольку не каждая звезда в Галактике подходит для жизни, это количество нужно умножить на дробную величину – число долгоживущих звезд (которые горят достаточно долго, чтобы возле них могла сформироваться жизнь), а также имеющих планету в зоне обитаемости (f_HP). Таким образом, уменьшается общее число планет, на которых можно искать разумную жизнь. На момент написания этой книги, по результатам героической работы, в ходе которой было исследовано более 150 000 звезд, подтверждено существование более 3000 экзопланет. Это была настоящая революция.

Оказывается, звезды, у которых есть планеты, – обычное явление, и у многих звезд по несколько планет. Среди таких звезд мы ищем те, чьим планетам посчастливилось оказаться в зоне обитаемости. Экзопланеты можно находить по гравитационному воздействию, которое планета оказывает на родительскую звезду. В результате притяжения планеты угловая скорость звезды немного колеблется, и такое явление можно засечь. Чем ближе планета, тем заметнее колеблется угловая скорость звезды под влиянием ее гравитации и тем легче это обнаружить. Поэтому относительно несложно находить планеты, вращающиеся поблизости от своей звезды, но на таких планетах слишком жарко и жидкой воды там быть не может – они не вписываются в уравнение Дрейка. Крупнейший проект по поиску экзопланет выполнен при помощи космического телескопа «Кеплер» силами NASA. «Кеплер» ищет экзопланеты, фиксируя крошечный спад яркости звезды, когда планета проходит по диску звезды и пересекает линию взгляда. Такое явление называется «транзит». Радиус Юпитера составляет 10 % от солнечного. Площадь поперечного сечения Юпитера (?r²) – 1 % от аналогичной площади Солнца. Поэтому когда планета размером с Юпитер проходит мимо диска звезды, напоминающей по типу Солнце, яркость этой звезды временно падает на 1 %. Планета размером с Землю, чей радиус составляет 0,01 % от солнечного, уменьшает яркость такой звезды на 0,01 %. Телескоп «Кеплер» достаточно зорок, чтобы улавливать даже такие незначительные потускнения звезды, ведь его конструировали прежде всего для поиска землеподобных планет, но подобная точность – почти предел его возможностей. Многие планеты, открытые «Кеплером», сопоставимы по размеру с Юпитером или Нептуном (а такие планеты, насколько нам известно, непригодны для жизни), но попадаются и более мелкие, размером практически с Землю. На рис. 10.1 подтвержденные землеподобные планеты, найденные «Кеплером», показаны как точки. По оси ординат откладывается радиус планеты по сравнению с земным, а по оси абсцисс – радиус планетной орбиты в астрономических единицах. Большинство планет, открытых «Кеплером», вращаются вокруг звезд, похожих на Солнце. Жирные линии пересекаются в той точке, где на данной схеме находилась бы Земля. Нас интересуют экзопланеты, расположенные близ этой точки.

Транзиты удобнее всего фиксировать у планет, расположенных близко к звезде. Поэтому на всех планетах, открытых «Кеплером», слишком жарко, чтобы там могла существовать жизнь. Если планета вращается достаточно далеко от звезды и температура на ней благоприятствует жизни, то для обнаружения транзита такой планеты ее орбита должна пролегать точно по линии обзора. А поскольку период орбитального вращения у такой планеты дольше, она совершает меньше транзитов, и засечь ее сложнее. До сих пор телескоп «Кеплер» обнаружил всего около 10 планет размером в 1–2 диаметра Земли. Эти планеты получают от своих звезд примерно вчетверо больше света, чем Земля. Просто такие планеты сложнее искать методом транзитов.

Рис. 10.1. Экзопланеты, открытые космическим телескопом «Кеплер» (по состоянию на сентябрь 2016 года), с указанием их радиусов и расстояний от звезды. Точками обозначены более 1000 подтвержденных экзопланет, причем, по оси ординат откладывается радиус планеты (по сравнению с земным), а по оси абсцисс – расстояние каждой из планет от звезды (в астрономических единицах, а.е.). Все эти планеты были обнаружены при транзите по диску звезды (из-за такого транзита звезда немного тускнеет). Жирные линии пересекаются в той точке, где на этой схеме находилась бы Земля. Рисунок Майкла Стросса по данным NASA

Один из многообещающих кандидатов – это планета Кеплер 62e (на рис. 10.2 показано, какой ее изобразил художник). Это одна из пяти планет, вращающихся вокруг звезды спектрального класса K, названной «Кеплер 62» и расположенной примерно в 1200 световых лет от нас. Температура на поверхности этой звезды – около 4900 К. Радиус Кеплер 62e в 1,61 раза больше земного, и планета получает от звезды всего на 20 % больше лучистой энергии на квадратный метр, чем Земля получает от Солнца. Она должна находиться в зоне обитаемости. Это может быть либо скалистая планета, либо планета-ледышка, на поверхности которой плещется океан. Эта система, состоящая из нескольких планет, примерно на 2,5 миллиарда лет старше Солнечной системы.

Какова доля звезд (f_HP), в зоне обитаемости которых есть подходящая планета? Звезды спектрального класса G (к которому относится и Солнце) составляют примерно 8 % от общего количества звезд в галактике Млечный Путь. Нам известно, что они благоприятствуют жизни, ведь Солнце – одна из таких звезд. Те звезды, светимость которых значительно выше солнечной, выгорают слишком быстро, поэтому сложная разумная жизнь просто не успеет сформироваться на планете около такой звезды (ведь на Земле жизнь развивалась несколько миллиардов лет[13]). Более тусклые звезды (спектральные классы K и M) горят гораздо дольше Солнца, поэтому и они вполне удовлетворяют данному требованию.

Но звезды спектрального класса M из главной последовательности обладают столь низкой светимостью, что зона обитаемости, где должна находиться планета, располагается практически вплотную к звезде. Будучи так близко, планета окажется в зоне приливного захвата звезды и все время останется обращена к ней одним и тем же полушарием. Приливные захваты на малых расстояниях становятся мощнее. Из-за них планета приобретает чуть вытянутую эллиптическую форму и ее вращение замедляется до тех пор, пока эллипс не зафиксируется в направлении родительской звезды. (Наша Луна именно таким образом попала в зону приливного захвата и всегда обращена к Земле одной стороной). Планете, конечно, «все равно», а вот живым организмам на ее поверхности придется несладко: в одном полушарии планеты, постоянно обращенной одной стороной к звезде класса M, всегда будет слишком жарко, в другом – слишком холодно. Атмосфера, подобная земной, в холодном полушарии просто вымерзнет. В таком случае атмосфера из горячего полушария перетечет на холодную сторону и также вымерзнет, этот процесс станет лавинообразным. В конце концов вся атмосфера «ссыплется» на холодную сторону и с жизнью на планете будет покончено. Единственная лазейка остается на планете с очень плотной атмосферой, циркуляция которой будет сглаживать экстремальные перепады температур между разными полушариями. Давление такой атмосферы у поверхности планеты будет очень велико. Кроме того, на звездах класса M возникает гораздо больше звездных вспышек, чем на Солнце, что также может быть фатально для жизни. Возможно, все эти факторы не поставят крест на существовании жизни, но наверняка значительно усложнят ее развитие.

Рис. 10.2. Планета Кеплер 62е по сравнению с Землей. Художник на свое усмотрение изобразил планету Кеплер 62е, но относительные размеры соблюдены. Орбита этой планеты, по-видимому, лежит в зоне обитаемости, поэтому на планете могут быть океаны жидкой воды. Снимок предоставлен PHL@UPRArecibo

Поэтому при поисках жизни наиболее многообещающими вариантами остаются звезды спектральных классов G и K, а на их долю приходится целых 20 % от всех светил Млечного Пути.

Допустим, есть такая звезда – каковы же шансы найти планету в ее зоне обитаемости?

Сейчас я покажу вам один из шедевров космической математики; впрочем, лучше судите о его красоте сами. Я всего лишь хочу продемонстрировать, что у вас уже есть все инструменты, необходимые для такого расчета.

Солнце обладает светимостью. Земля также обладает светимостью; наша планета имеет определенную температуру и поэтому испускает излучение, преимущественно в инфракрасной части спектра; речь идет о так называемом тепловом излучении. Поскольку Земля обладает температурой, она излучает во всем спектре в соответствии с планковской кривой, соответствующей данной температуре. Общая светимость Земли вычисляется как энергия, излучаемая на единицу площади, умноженная на общую площадь Земли. Для начала вычислим площадь Земли, 4?r²_ЗЕМЛ, и умножим ее на энергию, излучаемую на единицу площади Земли, то есть на T⁴_ЗЕМЛ (по закону Стефана – Больцмана, описывающему тепловое излучение). Следовательно, светимость Земли равна L_ЗЕМЛ = 4?r²_ЗЕМЛT⁴_ЗЕМЛ. То же самое справедливо и для Солнца: L_СОЛН = 4?r²_СОЛН?T⁴_СОЛН. Теперь давайте выясним, какая доля солнечной светимости достается Земле. Пусть температура Земли и варьируется, фактически она колеблется вблизи довольно постоянных средних значений. В равновесном состоянии энергия, получаемая Землей от Солнца, должна быть сбалансирована с энергией, испускаемой с поверхности Земли. Это обязательное условие, в противном случае Земля бы быстро перегрелась или остыла, наблюдаемые средние значения бы не сохранялись. Эти уравнения встречались нам и ранее, но теперь мы нашли им новое применение – рассчитать равновесную температуру Земли.

Таким образом, солнечная светимость L_СОЛН достается Земле лишь частично. Нас интересует не общая энергия Солнца, излучаемая во всех направлениях, а лишь та энергия, что попадает на Землю. В конечном итоге вся эта часть солнечной энергии пересекает сферическую поверхность, радиус которой равен радиусу земной орбиты (1 а.е.). Нужно определить, какую часть этой сферической поверхности фактически перекрывает Земля. Та часть поверхности, которая существенна для Земли, – та часть, где Земля успевает перехватывать солнечную энергию, – равна поперечному сечению Земли.

Следовательно, доля солнечного излучения, попадающая на Землю, – это результат деления поперечного сечения Земли ?r²_ЗЕМЛ на площадь большой сферы, радиус которой равен 1 а. е., через которую проходит все излучение Солнца: 4?(1 а. е.)².Соответственно эта доля равна ?r²_ЗЕМЛ/4?(1 а. е.)².Таким образом, суммарная доля солнечной светимости, которая достается Земле, равна 4?r²_СОЛН?T⁴_СОЛН?r²_ЗЕМЛ/4?(1 а. е.)². Если мы находимся в равновесном состоянии, то можем приравнять эту величину к испускаемой светимости Земли, 4?r_ЗЕМЛ²?T⁴_ЗЕМЛ.Давайте запишем уравнение: 4?r²_СОЛН?T⁴_СОЛН?r²_ЗЕМЛ/4?(1 а. е.)² = 4?r²_ЗЕМЛ?T⁴_ЗЕМЛ. В левой части есть члены 4?/4?, они сокращаются.?r_ЗЕМЛ² присутствует и в левой, и в правой части уравнения, также сокращается, наконец, ? в обеих частях тождества тоже сокращается. Остается формула r²_СОЛНT⁴_СОЛН/(1 а. е.)² = 4T_ЗЕМЛ⁴.

Теперь можно вычислить равновесную температуру Земли T_ЗЕМЛ.Для начала запишу тождество T⁴_ЗЕМЛ = r²_СОЛНT⁴_СОЛН/4(1 а. е.)².Чтобы оно выглядело красивее, извлеку из обеих частей уравнения корень четвертой степени, чтобы осталось T_ЗЕМЛ = T_СОЛН?r_СОЛН/(2 а. е.).

Итак, это простейшая форма данного уравнения. Но именно оно нам и требуется – это уравнение позволяет узнать температуру Земли. Давайте подставим в него значения: радиус Солнца равен 696 000 км, а 2 а.е. = 300 000 000 км. Разделим радиус Солнца 696 000 км на 300 000 000 км. Каков ответ? 0,00232. Каков квадратный корень из этого числа? 0,048. Какова температура поверхности Солнца? 5778 K. Умножим эту величину на 0,048 и получим равновесную температуру Земли: 278 К. Как известно, 273 К = 0 °C, точка замерзания воды. Действительно, средняя температура Земли находится вблизи этого значения. Но подождите, я кое-что упустил. В этом уравнении мы считаем Землю абсолютно черным телом, но ведь Земля поглощает не всю получаемую энергию. Часть солнечных лучей отражается от белых облаков, а также от белых полярных шапок. На самом деле Земля рассеивает в космос примерно 40 % энергии, получаемой от Солнца. Именно эта доля излучения не участвует в формировании температуры Земли. Если учесть в уравнении и этот множитель, то равновесная температура Земли опустится. Повторив вычисления, обнаружим, что равновесная температура оказывается минусовой. Да, вы не ошиблись: естественная равновесная температура Земли, расположенной в космосе именно на таком расстоянии от Солнца, должна быть ниже точки замерзания воды. Согласно нашим предыдущим выкладкам, на Земле не должно быть жидкой воды, а значит, и жизни. Но Земля изобилует жизнью. Значит, температура оказывается выше благодаря еще какому-то фактору. Вы угадали: все дело в парниковом эффекте. Инфракрасное излучение, испускаемое планетой, не утекает в открытый космос, а поглощается атмосферой, и атмосфера при этом нагревается; об этом шла речь в главе 2. Захваченное таким образом инфракрасное излучение подогревает поверхность Земли. Соответственно на Земле становится теплее благодаря парниковому эффекту. Оказывается, земной парниковый эффект примерно уравновешивает ее альбедо[14], поэтому наши расчеты в итоге довольно точны.

Из нашего чудесного уравнения T_ЗЕМЛ = T_СОЛН?r_СОЛН/(2 а.е.) понятно, что температура конкретной планеты, вращающейся вокруг конкретной звезды (с учетом отражательной способности и парникового эффекта этой планеты), будет обратно пропорциональна квадрату расстояния между планетой и звездой. Данное уравнение позволяет вычислить внутреннюю и внешнюю границу зоны обитаемости для данной конкретной планеты; обозначим эти пределы r_мин и r_макс. На внутреннем пределе зоны обитаемости данной планеты (расстояние r_мин от звезды) вода на поверхности близка к точке кипения. Если атмосферное давление равно земному, то вода кипит при температуре 373 К, или 100 °C. При r_мин, на внутреннем пределе зоны обитаемости, поверхностная температура планеты равна 373 К. Вода замерзает при 0 °C, или 273 К; это происходит на внешнем пределе зоны обитаемости. Следовательно, планета на внутренней границе зоны обитаемости была бы жарче, чем та же самая планета на внешней границе зоны обитаемости с коэффициентом 373/273. Отношение r_макс/r_мин равно (373/273)², или 1,87. Таким образом, внешний край зоны обитаемости планеты всего на 87 % шире внутреннего края ее зоны обитаемости. Это узкое пространство.

С учетом поправки на наблюдательную селекцию данные «Кеплера» свидетельствуют, что примерно у каждой десятой солнечноподобной звезды (спектральные классы G и K) есть планета, сопоставимая по размеру с Землей (радиус такой планеты составляет 1–2 земных радиуса), причем интенсивность излучения, получаемого ею от звезды, составляет от 1/4 до четырехкратного уровня относительно аналогичного показателя для Земли. Таким образом, примерно у 10 % солнцеподобных звезд есть похожая на Землю планета, расположенная на расстоянии от 0,5 а.е. до 2 а.е. от своей звезды. Дело в том, что интенсивность излучения убывает по закону обратных квадратов. Планета, удаленная от звезды на 2 а.е., получает вчетверо меньше света, чем Земля, а планета, удаленная на 0,5 а.е., – вчетверо больше. Согласно данным «Кеплера», планеты, похожие на Землю, равномерно распределены по логарифму расстояний от своих звезд. Что это означает? Если взять все планеты, расположенные на расстоянии от 0,5 а.е. до 2 а.е. до звезды, то половина из них окажется на отрезке от 0,5 а.е. до 1 а.е., а другая половина – на отрезке от 1 а.е. до 2 а.е. Промежуток от 0,5 а.е. до 1 а.е. – множитель 2. Границы интервала от 0,5 а.е. до 1 а.е. различаются в 2 раза, интервала от 1 а.е. до 2 а.е. – тоже в 2 раза. На интервалы с одинаковым отношением границ приходится равное число планет. Планеты, расположенные на расстоянии 0,5 а.е. от звезды, могут быть обитаемы, если у них высокое альбедо и низкий парниковый эффект. Но если бы мы поместили на таком расстоянии от звезды нашу Землю, ее океаны бы вскипели. Аналогично, если отодвинуть Землю на расстояние 2 а.е., ее океаны замерзнут. Однако если бы на расстоянии 2 а.е. вращалась планета с низкой отражательной способностью и сильным парниковым эффектом, то она могла бы достаточно прогреваться, чтобы на ней существовала жизнь. Предел r_макс/r_мин для конкретной планеты, обладающей конкретной отражательной способностью и конкретным парниковым эффектом, узок: 1,87. Теперь учтем, что 1,87^2,2 ? 4. Грубо говоря, надо 2,2 раза умножить на себя 1,87, чтобы получить 4 – отношение границ пригодного для жизни диапазона от 0,5 до 2 а.е. для звезды, похожей на Солнце. Если на эти отрезки «по 1,87» приходится примерно равное количество планет, то, случайным образом выбрав землеподобную планету где-то между 0, 5 и 2 а.е., то с вероятностью 1: 2,2 (или примерно 45 %) мы случайно попадем в диапазон r_макс/r_мин = 1,87, в котором планета будет пригодна для жизни (при имеющейся отражательной способности и парниковом эффекте).

Если 20 % звезд в Галактике отвечают нужным критериям (это звезды спектральных классов G и K) и примерно у 10 % из этих звезд есть планеты, сопоставимые по размеру с Землей и получающие от 1/4 до 4-кратного количества излучения, достающегося Земле, и если около 45 % этих планет окажутся в зоне обитаемости (то есть на них будет жидкая вода при парниковом эффекте и отражательной способности, характерных для данной конкретной планеты), то доля f_HP = 0,2 ? 0,1 ? 0,45 = 0,009.

Это упражнение вышло утомительным, но все-таки помогло прояснить многие вещи. Вооружившись математикой и астрофизикой, мы отыскиваем около звезд такие регионы, где можно было бы встретить жизнь, напоминающую земную.

Но чтобы планета входила в число таких кандидатов, должны соблюдаться и иные критерии. Так, на планете должна быть достаточно плотная атмосфера. Если планета невелика (сопоставима по размеру с Луной), то ее тяготение будет столь слабым, что молекулы газов при температуре 278 К просто улетучатся в космос и никакой атмосферы на планете не останется (вот почему у Луны своей атмосферы фактически нет). Но мы уже рассуждаем о таких планетах, чей радиус равен земному или вдвое больше, поэтому такие планеты должны хорошо удерживать атмосферу. Орбита планеты не должна обладать чрезмерным эксцентриситетом. Если орбита является кеплеровским эллипсом и обладает эксцентриситетом e, то отношение максимального расстояния между ней и звездой r_макс к минимальному расстоянию между ними r_мин равно r_макс/r_мин = (1 + e)/(1 – e). Аналогично можно утверждать, что e = ([r_макс/r_мин] – 1)/(r_макс/r_мин] + 1). В таком случае если орбита планеты – идеальная окружность, то e = 0. Если орбита очень вытянута, то значение e приближается к 1 (это действительно так для многих комет). Вы догадываетесь, к чему я клоню: нам не подходит планета, орбите которой соответствует значение r_макс/r_мин > 1,87, ведь в таком случае ее океаны вымерзнут или выкипят. Таким образом, планета должна вращаться по орбите с эксцентриситетом e < 0,30, поскольку именно при таком условии она никогда не будет выходить за пределы зоны обитаемости (в противном случае драгоценная жидкая вода на ней замерзнет или выкипит). Если повстречаете инопланетянина, можете сказать ему: «Готов поспорить: эксцентриситет орбиты твоей родной планеты меньше 0,30». Вероятно, он будет изрядно впечатлен.

Эксцентриситет земной орбиты составляет всего 0,017. Это не случайно, ведь в таких условиях у нас хороший климат без резких перепадов. Вернее, не случайно, что мы развились на планете с таким небольшим эксцентриситетом орбиты. К счастью (для тех, кто ищет жизнь), орбиты большинства открытых «Кеплером» планет земного типа обладают очень небольшим эксцентриситетом. Зачастую такие миры встречаются в многопланетных системах, где в результате орбитальных взаимодействий между планетами эти орбиты постепенно округляются. Планета стабилизируется на орбите, которая достаточно удалена от орбит иных планет. «Кеплер» открыл, что в многопланетных системах период орбитального вращения каждой последующей планеты обычно превышает период орбитального вращения предыдущей как минимум вдвое. В соответствии с третьим законом Кеплера (P² = a³) это означает, что орбита последующей планеты будет больше орбиты предшествующей в среднем как минимум в 2^2/3, или 1,6. Этот коэффициент близок к 1,87, отношению r_макс/r_мин для планеты, расположенной в своей зоне обитаемости. Возможно, нам повезет, и мы найдем две планеты на более близких орбитах, либо найдем поближе к звезде планету с более высокой отражательной способностью и пониженным парниковым эффектом, либо найдем подальше от звезды планету с низкой отражательной способностью и сильным парниковым эффектом, но в среднем предполагается, что в большинстве звездных систем должна иметься максимум одна планета, пригодная для жизни.

Когда-то считалось, что в двойных звездных системах планеты существовать не могут. Поскольку более половины звезд в Галактике – двойные, можно было уменьшить количество систем-кандидатов вдвое. Но космический телескоп «Кеплер» нашел планеты в двойных звездных системах. Планета может быть обитаемой, если в системе присутствуют две звезды, похожие на Солнце и вращающиеся одна вокруг другой на расстоянии 0,1 а.е., а рассматриваемая планета удалена от них на ?2а. е. = 1,41 а.е. Тогда планета будет получать столько же света, сколько и Земля. Просто в небе будет два солнца (как на планете Татуин из IV эпизода «Звездных войн»). Две звезды, расположенные так близко друг к другу, не нарушат динамику планеты. Но если в системе будет две похожие на Солнце звезды, расстояние между которыми составляет около 1 а.е., в этой системе будет сложно найти зону обитаемости, где могла бы существовать стабильная планетная орбита, поскольку планета будет постоянно попадать в зону преимущественного тяготения то к одной, то к другой звезде. Если же две звезды, похожие на Солнце, вращаются одна вокруг другой на расстоянии более 10 а.е., это, опять же, неплохо; планета может вращаться вокруг одной из звезд на расстоянии 1 а.е., а другая звезда будет светить вдалеке. Столь удаленные друг от друга звезды также не нарушат стабильность орбиты, и в подобной системе не будет слишком жарко. Разумеется, нечего делать и в системе с одной массивной звездой – она превратится в красный гигант много раньше, чем на планете успеет развиться разумная жизнь.

Три этих дополнительных фактора – атмосфера, эксцентриситет и сложности с двойными звездами – видимо, уменьшают вероятность того, что в зоне обитаемости звезды найдется планета, но и суммарно все они, пожалуй, не понижают f_HP вдвое. Поэтому я бы уменьшил показатель f_HP с 0,009 чуть ниже чем до ~0,006.

Когда Фрэнк Дрейк впервые выводил свое уравнение в 1960-е годы, еще не было известно ни одной экзопланеты. Поэтому значение f_HP было просто версией. Но сегодня у нас есть данные, позволяющие уточнить эту оценку. Именно так и должно работать это уравнение. Оно стимулирует нас собирать данные и находить особенности.

Результат f_HP ~ 0,006 воодушевляет. Посмотрим, что выясняется в таком случае. Ближайшая звезда удалена от нас на 4 световых года. Уйдем в 10 раз дальше – на 40 световых лет. Объем сферы радиусом 40 световых лет будет в 1000 раз больше, чем у сферы радиусом 4 световых года, и в этой большой сфере окажется около 1000 звезд. Если мы в среднем оцениваем f_HP ~ 0,006, то в таком радиусе должно быть как минимум 6 потенциально обитаемых планет. Да, на расстоянии всего 40 световых лет от Солнца могут быть планеты, пригодные для жизни! То есть серии из первого сезона «Звездного пути», летящие во все стороны со скоростью света в виде электромагнитных волн, уже достигли какой-то жизнепригодной планеты, на поверхности которой есть жидкая вода.

В 1970-е годы Британское межпланетное общество провело исследование под названием «проект Дедал», в ходе которого проверялось, насколько возможны межзвездные перелеты. Был смоделирован двухъярусный корабль высотой 190 метров, работающий на термоядерном двигателе, заправленном 50 000 тонн дейтерия и гелия-3. Такой корабль примерно вдвое длиннее и в 16 раз массивнее ракеты «Сатурн V», доставившей астронавтов на Луну. Этот колоссальный корабль с термоядерной тягой мог бы развить скорость в 12 % от скорости света. Он мог бы нести 500 тонн полезной научной нагрузки, в том числе два пятиметровых оптических телескопа и два двадцатиметровых радиотелескопа. Такой корабль преодолел бы 40 световых лет за 333 года. Телеметрия с него достигла бы Земли еще за 40 лет – соответственно мы получили бы отклик от «Дедала» через 373 года.

Еще лучше взять ракету таких же размеров и заправить ее веществом и антивеществом. Такая задача очень сложна с инженерной точки зрения: ведь вещество должно быть надежно изолировано от антивещества до тех самых пор, пока они не соединятся в двигателе. Однако при сгорании такого топлива 100 % массы преобразуется в энергию по уравнению Эйнштейна E = mc². Такой процесс гораздо эффективнее термоядерного синтеза с участием дейтерия и гелия-3 (которые превращаются в гелий-4 и водород), ведь в последнем случае лишь 0,5 % массы горючего превращается в энергию. Заправившись горючим из вещества и антивещества, корабль такого размера мог бы принять на борт десятерых астронавтов и доставить их на пригодную для обитания планету, до которой не более 40 световых лет. Разгон корабля начинался бы при ускорении 1g (9,8 метра в секунду за секунду, таково ускорение свободного падения у поверхности Земли) в течение первых 4,93 года. Астронавтам было бы комфортно – они могли бы ходить по салону корабля точно как на Земле. Постепенно корабль достиг бы 98 % скорости света. Он шел бы с такой скоростью на протяжении 32,65 года и, наконец, перешел бы в режим торможения на последние 4,93 года (перед этим ракета повернулась бы задом наперед). Астронавты прибыли бы к месту назначения через 42,5 года после старта. Благодаря открытым Эйнштейном релятивистским эффектам (о них Рич подробнее расскажет в главах 17 и 18), при полете на такой высокой субсветовой скорости астронавты состарились бы за время полета всего на 11,1 года, но на Земле за это время минуло бы 42,5 года. Даже если бы на разработку такой вещественно-антивещественной топливной технологии потребовалось еще два века (после запуска первой ядерной ракеты), то корабль на антивеществе все равно обогнал бы ядерную ракету на пути к цели.

Чтобы во всех этих расчетах был какой-то смысл, нужно сначала отыскать пригодную для жизни планету. Сорок световых лет – это 12 парсеков. Если планета вращается на расстоянии 1 а.е. от своей звезды, а эта звезда расположена в 40 световых годах от нас, то планета будет находиться в небе на расстоянии 1/12 секунды дуги от своей звезды. Космический телескоп «Хаббл», диаметр зеркала которого равен 2,4 метра, уже обеспечивает разрешение в 0,1 секунды дуги. Если бы у космического телескопа было зеркало диаметром 12 метров, то оно давало бы разрешение в 1/50 секунды дуги. Если экранировать яркое изображение звезды специальным затмевающим диском, который позволяет минимизировать воздействие слепящего рассеянного звездного света, то, в принципе, можно заметить планету, удаленную от звезды всего на 1/12 секунды дуги. В настоящее время собирают космический телескоп Джеймса Уэбба, его запуск запланирован на 2018 год. Он оснащен составным зеркалом диаметром 6,5 метра. Космический телескоп следующего поколения, возможно, позволит находить и фотографировать землеподобные планеты в зоне обитаемости на расстоянии до 40 световых лет. Планета может быть зеленой (если покрыта растительностью) или голубой (если на ней большие океаны). Можно изучить спектр такой планеты и определить, есть ли в ее атмосфере кислород – своеобразный биомаркер, побочный продукт фотосинтеза и других химических реакций, выдающих присутствие жизни.

Если умножить количество звезд в Галактике (300 миллиардов) на число f_HP (0,006) и на этом остановиться, то получится симпатичное число, примерное количество планет в зоне обитаемости: 1,8 миллиарда. Оно огромно. Но считаются не все. Из всех планет, расположенных в зоне обитаемости, нас интересует доля f_L, на которых присутствует какая-либо жизнь. Еще интереснее не просто жизнь, а разумная жизнь, или доля f_i. Какова доля планет, на которых может быть разумная жизнь? Вскоре я вернусь к этим членам уравнения.

К чему мы пока пришли? Мы пытаемся вычислить долю долгоживущих звезд, вокруг которых в зоне обитаемости вращаются планеты, причем нас интересуют планеты, на которых существует разумная жизнь, и доля f_c из их числа – такие планеты, жителям которых известны технологии, обеспечивающие межзвездную коммуникацию.

Последняя доля в уравнении Дрейка – это цивилизации, пытающиеся установить контакт с нами именно в ту эпоху, когда мы их наблюдаем. Это период времени в истории Галактики, когда такая цивилизация «активна». Если в произвольном порядке оглядеть Млечный Путь, то нам попадутся и «новорожденные» планеты, и «зрелые», и «старые». Вероятность найти планету, обитатели которой готовы к контакту в произвольный момент в истории Галактики, равна средней долговечности коммуницирующей цивилизации, разделенной на возраст Галактики. И это тоже доля. Последняя. Перемножив все эти доли, а также умножив их произведение на исходное количество звезд, получим N_C – количество существующих в Галактике цивилизаций, с которыми мы потенциально могли бы связаться прямо сейчас.

В этом и есть суть уравнения Дрейка. Некоторые из упомянутых долей известны довольно точно. Например, мы знаем долю долгоживущих звезд, поскольку понимаем, как устроена Главная последовательность на диаграмме Герцшпрунга – Рассела. Мы осмотрелись и уже открыли много планет. Неплохо. Какова среди них доля тех планет, что сопоставимы по размеру с Землей и находятся в зоне обитаемости? Мы лишь оценили эту величину, воспользовавшись статистическими данными телескопа «Кеплер». Пока все складывается оптимистично.

Кроме того, мы обнаружили «лазейку» в аргументации о зоне обитаемости. На Европе, спутнике Юпитера, есть океан жидкой воды глубиной 80 километров, покрытый десятикилометровой коркой льда. Как я уже говорил, в этом «всеевропейском» океане больше воды, чем во всех океанах Земли. Но Европа находится далеко за пределами солнечной зоны обитаемости. Как же она согрелась? Она вращается вокруг Юпитера вместе с еще тремя большими спутниками. Другие спутники в соответствии с законами Ньютона воздействуют на ее орбиту, поэтому Европа то подлетает поближе к Юпитеру, то, наоборот, отдаляется от него. Когда Европа приближается к Юпитеру, его приливная гравитационная сила сплющивает несчастную луну, приобретающую слегка продолговатую форму. Когда Европа улетает подальше, ее «отпускает», и она вновь становится почти шарообразной. Из-за такой постоянной «формовки» Европа разогревается, лед тает и на спутнике сохраняется жидкий океан. Кто-то должен проспонсировать экспедицию к Европе: нужно слетать туда, пробурить ледяной щит и поупражняться в подледном лове. (Для этого вполне подойдет небольшой бур с плутониевым подогревом, который мог бы не просто сверлить, но и попутно прожигать лед.) Интересно, клюнет или нет? Если там найдутся живые существа, их вполне можно будет назвать «европейцами»! На Энцеладе, спутнике Сатурна, также есть подледный океан. Поэтому если оценивать долю f_HP, просто сосчитав планеты, которые получают нужную дозу тепла от своей звезды, то эту величину разумно несколько увеличить, присовокупив к этим планетам такие спутники, как Европа. Они находятся далеко за пределами зоны обитаемости, но все-таки за счет приливных воздействий на них сохраняется жидкая вода. В таком случае концепцию «зона обитаемости» требуется понимать шире.

Какая доля из этих жизнепригодных тел действительно обжита? То есть какова величина f_L? Об этом показателе мы можем судить на основе лишь одной планеты – Земли. Биологи гордятся земным биоразнообразием. Но я подозреваю, что если мы найдем инопланетную жизнь, это существо будет отличаться от обитателей Земли сильнее, чем любые земные организмы – друг от друга.

Насколько разнообразна жизнь на Земле? Встанем в ряд! Получился изрядный зоопарк. Здесь есть крошечные бактерии, еще более миниатюрные вирусы, медузы, омары, белые медведи. Приведу другой пример. Допустим, вы никогда не бывали на Земле, а кто-то возвращается оттуда и с жаром вам рассказывает: «Я повстречал экзотическую форму жизни. Эта тварь выслеживает добычу по инфракрасному излучению. У нее нет ни рук, ни ног, но это опасный хищник, загоняющий дичь. Знаешь что еще? Эта тварь может заглотить существо впятеро крупнее собственной головы». Вы сразу отвечаете: «Хватит фантазировать». Но кого я только что описал? Змею. У змеи нет ни рук, ни ног, но она неплохо устроилась в жизни – со змеиной точки зрения. Ползает себе с раскрытой пастью и пожирает добычу крупнее собственной головы.

Какие еще формы жизни? Есть дубы, есть люди. Я хочу подчеркнуть, что все эти разнообразные формы жизни населяют одну и ту же планету. У нас общая ДНК, нравится это вам или нет. У любых двух существ на Земле найдутся общие участки ДНК. Все мы связаны, химически и биологически.

Нынешний возраст Земли – около 4,6 миллиарда лет. Когда Солнечная система была молода, в ней оставалось немало мусора, сохранившегося со времен изначального формирования системы. Врезаясь в большие планеты, эти осколки причиняли там настоящие разрушения. На планеты продолжали сыпаться крупные камни и ледяные глыбы, при этом на планетах в огромном количестве запасалась энергия. Кинетическая энергия преобразовывалась в тепловую, твердые породы каменных планет плавились и при этом стерилизовались. Все это продолжалось около 600 миллионов лет. Если вы хотите подсчитать, когда началась история жизни на Земле, то оценка 4,6 миллиарда лет будет завышенной, поскольку в ту пору поверхность Земли была исключительно враждебна для жизни. Если нас интересует, когда развилась жизнь, то нужно отправиться примерно на 4 миллиарда лет назад – к тому времени поверхность Земли достаточно остыла, на ней сложились условия для существования жидкой воды и образования сложных молекул. Именно тогда и нужно включать секундомер.

В старину секундомеры использовались для хронометража на спортивных соревнованиях. На таком устройстве была кнопка, и стоило вам ее нажать, как секундомер начинал отсчитывать время, стрелки его крутились, пока вы вновь не нажимали на кнопку. Если вы включите на канале CBS новостную программу «60 минут» – это программа с богатой историей, транслируется по вечерам в воскресенье, – то заметите, что в начале и в конце каждого выпуска ведущий по-прежнему использует этот механический музейный экспонат. Это единственная телепередача, в заставке которой мы услышим не музыку, а просто тиканье секундомера.

Запустим секундомер 4 миллиарда лет назад; спустя 200 миллионов лет заметим первые признаки жизни на Земле. Известны цианобактерии возрастом 3,8 миллиарда лет. Доля потенциально обжитых планет, вращающихся в зоне обитаемости вокруг долгоживущих звезд, также выглядит оптимистично, прежде всего потому, что на нашей планете, которой выпал такой шанс, жизнь развилась за незначительный промежуток ее жизненного цикла. Мы по-прежнему в точности не знаем, как это произошло, – данный вопрос остается на переднем крае биологических исследований, – но могу вас заверить, что над ним работают ученые экстра-класса. Однако нам известно, что жизнь успела сформироваться всего за первые 200 миллионов лет из 4 миллиардов, минувших с тех пор. Если бы процесс зарождения жизни был сложен и длителен, то, возможно, природа создавала бы ее на Земле миллиард лет или даже несколько миллиардов лет. Но нет. Потребовалась всего пара сотен миллионов лет, что позволяет уверенно рассчитывать, что доля f_L в уравнении Дрейка должна быть весьма высока, вероятно, около 1.

Разумеется, наши представления ограниченны, поскольку нам известна лишь та жизнь, что существует на Земле. В некоторых кругах эта проблема известна под названием «Жизнь как она есть», сокращенно – LAWKI (Life As We Know It). Мы просто не знаем, как еще можно уверенно рассуждать об этой проблеме. Можно написать много томов о той жизни, которой мы пока не знаем. Может быть, есть существа с семью ногами, тремя глазами, двумя ртами, и состоят они из плутония. Мы не знаем, как может выглядеть неизвестная нам жизнь, но можем определить, как сформулировать верные вопросы об этом. Это практический вопрос, а не философский. У нас есть известный образец жизни, и это мы, – пример всего один, но это достаточное доказательство существования жизни. Вы пытаетесь доказать, что феномен существует, – и вот оно, доказательство, только что сделанное селфи с вашего мобильника. Доказательство предъявлено. Итак, давайте отсюда и начнем. Мы знаем, что состоим из таких атомов, которые весьма распространены во Вселенной.

В одном из эпизодов телесериала «Звездный путь» экипаж «Энтерпрайза» сталкивается с кремниевой, а не с углеродной формой жизни. Мы – представители углеродной жизни, но кремний достаточно распространен во Вселенной. В серии «Звездного пути» кремниевое существо напоминало небольшую живую груду камней, которая словно колыхалась при движении. Это был очень творческий сюжетный ход. Продюсеры сериала «Звездный путь» пытались расширить парадигму представлений о том, с какой необычной жизнью экипаж мог повстречаться в Галактике. Оказывается, что кремний расположен в таблице Менделеева прямо под углеродом. Из курса химии вы, возможно, помните, что у всех элементов в одном столбце схожая структура электронных орбиталей. А если структуры орбиталей похожи, то и соединения с другими элементами они будут образовывать по схожему принципу. Уже известно, что существует углеродная жизнь – почему бы не вообразить себе кремниевую? Теоретически ничто нам не мешает. Но на практике оказывается, что углерода во Вселенной примерно вдесятеро больше, чем кремния. Кроме того, молекулы кремния образуют слишком тесные связи, поэтому неохотно участвуют в органической химии, которая состоит из сплошных экспериментов. Диоксид углерода – газ, а диоксид кремния – твердое тело (песок). Мы даже обнаружили в межзвездном пространстве сложные и длинные органические молекулы-цепочки, например H-C C–C C–C C–C N (в этой молекуле тройные связи перемежаются с одинарными). В космосе есть ацетон (CH₃₎₂CO, бензол C₆H₆, уксусная кислота CH₃COOH и многие другие органические соединения, просто плавающие в пространстве. Эти молекулы образовались в газовых облаках сами по себе. Терри Лавджой даже открыл комету, из которой испаряется спирт. Кремний не образует столь сложных молекул, его химия далеко не так интересна, как химия углерода. Итак, если хотите построить жизнь на основе какого-то химического элемента – берите углерод! Никаких сомнений. Какие бы существа ни обитали в Галактике, даже если мы с ними совсем не похожи, можно поспорить, что наша химия будет схожей – хотя бы по причине изобилия углерода в космосе и в силу того, как легко он образует атомные связи.

Из всех планет Солнечной системы жизнь сформировалась лишь на Земле, поэтому меня вполне устроит такая оценка: (f_L) ~ 0,5. Это среднее значение между 0 и 1, неопределенный показатель: пятьдесят на пятьдесят. Что дальше? Оценим, сколько планет вращается вокруг долгоживущих звезд в пределах зоны обитаемости, на которых при этом есть разумная жизнь. Здесь все не так радужно.

По какому бы принципу мы ни пытались измерить разумность обитателей Земли, человек займет лидирующие позиции. По-видимому, крупный мозг – это важно, и наш мозг велик, но мозг у слонов и китов еще больше; так что, вероятно, дело не только в объеме мозга. Может быть, в соотношении. Между массой мозга и всего тела. Возможно, именно от этого и зависит разумность. Мозг человека в соотношении с остальным телом крупнее, чем у любого другого представителя царства животных[15]. Мы задаем критерии, поэтому и оказываемся на вершине. Но, возможно, наше высокомерие мешает нам рассмотреть эту проблему с другой стороны. Давайте постулируем, что мы разумны, и определим разумность, как, скажем, способность особи решать алгебраические задачи. Если разум (который, по нашему утверждению, у нас есть) определяется именно так, то мы – единственный разумный вид на Земле. Дельфины под водой алгеброй не занимаются. Независимо от того, сколь сложным и осмысленным может показаться их поведение, алгеброй они не занимаются. Ни один другой вид на Земле до нас не занимался алгеброй – следовательно, мы разумны. Давайте в данном случае придерживаться такого определения. Допустим, мы ищем разумную расу, с представителями которой хотели бы поговорить. По-английски мы, конечно, разговаривать не будем, но мы считаем, что есть язык, понятный в космических масштабах: это язык науки, математики.

Если разумность – важное качество для выживания вида, то не кажется ли вам, что в палеонтологической летописи попались бы ископаемые разумные существа? Но их не было. Тот факт, что мы обладаем разумом, еще не означает, что разум важен для выживания. Знаете, тараканы, скорее всего, переживут следующий глобальный катаклизм, и крысы переживут, а мы вымрем. Наши большие мозги нас тогда не спасут.

Правда, может быть, разум поможет нам избежать такой судьбы – ведь мы могли и динозавров спасти, если бы вмешались. В журнале New Yorker есть карикатура Фрэнка Котэма, на которой прогуливаются два неуклюжих динозавра, и один говорит другому: «Я просто считаю, что сейчас самое время разработать технологию, которая позволила бы сбивать астероиды с курса». Нам известно, что астероид уже летел к динозаврам, чтобы стереть их с лица Земли – навсегда. Возможно, силой нашего разума мы могли бы продлить естественный срок, отведенный нашему виду. Мы могли бы выйти в космос и упредить удар астероида – если бы в NASA были готовы финансировать такую работу. Но астероид не единственная угроза. Не менее опасны непредвиденно возникающие заболевания. Смотрите, что произошло с вязами в Америке. Большинство вязов в Новой Англии убил грибок, переносчиком которого оказались короеды. Представьте, что бы случилось, если бы подобная хворь напала на нас. В частности, все человечество мог бы погубить какой-нибудь новый вирус гриппа[16].

Разумность не гарантирует выживания. А вот зрение – очень важное качество. Органы зрения развились под действием естественного отбора у самых разных видов животных. Человеческий глаз структурно ничуть не похож на глаз мухи, который, в свою очередь, не имеет ничего общего с глазом морского гребешка. Хотя, по-видимому, существует всего лишь один первобытный ген, отвечающий за возникновение глаз, путь к столь непохожим глазам пролегал по разным эволюционным траекториям. Вероятно, зрение исключительно способствует выживанию. Что насчет движения – способа перемещаться в пространстве? У кленов нет ног, и бегать они не могут, зато есть семена-самолетики, которые далеко разносит ветер. Движение кажется важным, так как мы видим, какими разнообразными способами двигаются всевозможные живые существа: змеи ползают, омары ходят, медузы используют «реактивный двигатель», а бактерии – жгутики. Многие насекомые и большинство птиц летают. Люди ходят, бегают, плавают, ездят на машинах, поездах, лодках, самолетах и ракетах, так что мы по-настоящему мобильны. Но мы – по-прежнему единственные из землян, кто занимается алгеброй, и из этого я делаю вывод, что развитие разума – далеко не неизбежный итог, к которому приходит любое древо жизни. Похожих взглядов придерживался эволюционный биолог Стивен Джей Гулд. Все это означает, что доля f_i может быть довольно мала. Таким образом, примем f_i < 0,1, осознавая, что на самом деле эта величина может быть гораздо ниже. Подобного мнения не разделяют некоторые из моих коллег, в частности сотрудники института SETI. Они просто требуют, чтобы величина f_i была высока – иначе что же они ищут? Им известно, что с бактериями пообщаться не получится.

Вероятно, развитие технологий является неизбежным результатом развития разума. Я бы предположил, что f_c ~ 1. Вам под силу алгебра, у вас пытливый разум, вы хотите упростить себе жизнь, получить свободное время – чтобы была возможность смотреть телевизор и так далее; при такой мотивации доля разумных существ, достигших технологического развития, должна быть высока. В конце концов, единственный известный нам вид, способный заниматься алгеброй, воплотил в жизнь технологии, пригодные для межзвездной коммуникации. Но если технология содержит ростки возможностей для злоупотребления той самой технологией (например, позволяет изобретать все более хитроумные способы уничтожения человека, а заодно и всей планеты), то, сожалею, срок существования технологичесой культуры, допускающей межзвездную коммуникацию, может оказаться ничтожен по сравнению с возрастом Галактики. В последней главе этой книги Рич излагает аргументы, связанные с принципом Коперника (согласно этому принципу, мы должны быть ничем не примечательны по сравнению с представителями других цивилизаций, отправляющих сигналы в космос). Рич считает, что средний срок существования такой цивилизации не должен превышать 12 000 лет. Если разделить этот срок на возраст Галактики, получится крошечная величина.

Смысл в том, чтобы подставить в уравнение Дрейка максимально адекватные оценки, а затем прикинуть, сколько может существовать цивилизаций, готовых к контакту. Есть целые книги, анализирующие члены этого уравнения. В них упорядочены наши размышления о поисках жизни.

Уравнение Дрейка фигурирует в одном из эпизодов фильма «Контакт», снятого в 1997 году по книге Карла Сагана и его жены Энн Друян. (Недавно я вел на телевидении новую версию передачи по книге «Космос» вместе с Энн и нашим коллегой Стивеном Сотером – вместе с Саганом они были соавторами исходной версии сериала, вышедшей в 1980 году). Сюжет «Контакта» был достаточно продуман – так, авторы обошлись без изображения инопланетян. Действительно, а как бы они выглядели? Как они должны были выглядеть? Мы не знаем. Во второсортных фильмах 1950-х годов инопланетян всегда играли актеры, и у пришельцев с других планет всегда была голова, две руки, две ноги, эти пришельцы были прямоходящими. В 1982 году вышел фильм «Инопланетянин», где пришелец изображен как милое и забавное существо, но у него все равно два глаза, две ноздри, есть зубы, руки, шея, ноги, колени, ступни и пальцы. По сравнению с медузой инопланетянин почти не отличается от человека. Просто Голливуд не славится воображением. Как уже отмечалось, если бы вы попытались изобразить новую форму жизни, то лучше было бы выдумывать существо, которое отличается от земных организмов сильнее, чем любые два организма – друг от друга. Даже в космическом триллере «Чужой», снятом в 1979 году, инопланетная тварь выглядела уже довольно своеобразно (заметен творческий подход), но у нее все равно были голова и зубы.

Вернемся к «Контакту». Это была первая лента, на премьерный показ которой меня позвали. Я удостоился личного приглашения, поскольку много лет был другом Карла Сагана и Энн Друян. Два момента на этом мероприятии меня ошарашили – просто потому, что я нечасто бываю в Голливуде. Идешь по красной дорожке, вдоль которой выстроились фотографы, а потом заходишь в кинотеатр, который весь увешан постерами и украшен в стилистике фильма. Разумеется, выдают газировку и попкорн. Вот, я тянусь за стаканчиком попкорна и спрашиваю человека за стойкой: «Сколько стоит»? А он отвечает: «Пятьдесят долларов!» – ну, я в шоке, конечно. Посмаковав немного мое отчаяние, он объявляет: «Конечно, бесплатно». Я же, секунд пять поразмыслив над ситуацией, осознал: «Бесплатно, он должен был бесплатным. Ну как они могут брать деньги за попкорн на мировой премьере?» Попросил прощения, поспешно признался, что я недогадлив, с Восточного побережья приехал. А потом, после фильма, был прием. На каждом столике для коктейлей стоял маленький телескоп или другой причудливый астрономический прибор. Подумал, что это очень стильная находка, и поинтересовался, где они взяли такие настольные украшения: вероятно, одолжили в каком-то любительском астрономическом кружке. Хотелось узнать, ведь это, вероятно, был очень активный кружок, раз в нем нашлось столько оборудования. Так что подхожу к одному из организаторов и спрашиваю: «Скажите, а где вы взяли телескопы?» Он смерил меня таким взглядом, как будто по умолчанию подразумевалось безмолвное «Вы идиот!», а потом сказал вслух: «Взяли в реквизите». Второй тупой вопрос за вечер от гостя с Восточного побережья. Ясное дело, в хранилищах с реквизитом найдется все – в том числе и телескопы.

В этом фильме есть сцена с участием главных героев (которых играют Джоди Фостер и Мэтью Макконахи). Они сидят и смотрят на звезды, и она показывает ему звезды и планеты. Затем они подсаживаются друг к другу чуть ближе, и она решает вкратце рассказать ему об уравнении Дрейка. Начинает с того, что в галактике Млечный Путь 400 миллиардов звезд (довольно точно). Я называл вам цифру 300 миллиардов, но в нашем случае такая погрешность допустима, не важно. Далее она говорит (кстати, ее героиня – исследовательница, занимающаяся поиском разумной жизни во Вселенной): «В одной лишь нашей Галактике 400 миллиардов звезд; если бы хотя бы у одной из миллиона были планеты, и всего на одной из миллиона среди этих планет была жизнь, и хотя бы на одной из миллиона обитаемых планет существовала разумная жизнь, то нас окружали бы буквально миллионы разумных цивилизаций».

Первый заход «одна из миллиона» уменьшает 400 миллиардов до 400 тысяч. Второй заход – что? Верно, уменьшает величину еще в миллион раз, до 0,4. Третий заход? Вынужден тебя огорчить, Джоди, у тебя остается 0,0000004 цивилизации на Галактику, а не миллионы. Это же была мировая премьера – попробуйте догадаться, кто сидел в зале, на один ряд ближе меня к экрану – Фрэнк Дрейк собственной персоной. Меня чуть удар не хватил, но оказалось, что Фрэнк воспринял ее совершенно невозмутимо. Может быть, его очаровала столь романтичная сцена. Сразу после этих выкладок Джоди целуется с Макконахи, а в следующем кадре они уже в постели. Поэтому цитировать уравнение Дрейка в такой ситуации – действительно какая-то слегка гиковская романтика. Не отрицаю. Но сравнив собственную реакцию с реакцией Фрэнка Дрейка, я задумался: а не слишком ли я заморачиваюсь подобными вещами?

Кстати, Джоди Фостер указали на ее ошибку, но слишком поздно, когда ничего изменить было уже нельзя. Она смутилась, поскольку так тщательно учила этот пассаж и так вдохновенно его играла, стараясь сохранить и ритмику, и романтизм. Но кого тут винить? Оказывается, Джоди верно прочла сценарий. Стоит ли упрекнуть сценариста? Возможно. Научного редактора сценария? Почему бы и нет. Карла Сагана, которого уже год не было в живых? Естественно, нет. Кто-то просто ошибся[17].

Вообще, я считаю, что фильм удался на славу; авторы смогли грамотно пройти по самой кромке между религией и наукой (герой Макконахи – религиозный философ). Авторы признают, что люди очень разные и каждый воспринимает эти проблемы по-своему. Кроме того, они отлично уловили, насколько «популярно» следует рассказать о внеземном разуме для широкой аудитории, в том числе для слегка чокнутых. Именно такая «блаженная» публика особенно к нам неравнодушна, даже если мы ничего не открываем. Мой почтовый ящик ломится от писем – самые разные люди делятся со мной своими новейшими теориями об устройстве Вселенной. У меня есть открытка, отправитель которой написал: «Когда я ночами смотрю на Луну, пиво становится вкуснее, чем нужно. Что мне делать?»

Просто для интереса, сознавая всю неопределенность полученных чисел, давайте подставим их в уравнение Дрейка и завершим вычисления:

N_c = Ns? f_HP ? f_L? f_i ? f_c ? (L_c/возраст Галактики),

N_c = 300 миллиардов ? (0,006) ? (0,5) ? (< 0,1) ? 1 ? (< 12 000 лет/10 миллиардов лет).

Получаем: N_c < 108.

Согласно нашим новейшим оценкам каждого из членов этого уравнения, в Галактике прямо сейчас может существовать до 100 цивилизаций, способных к контакту в радиодиапазоне. Наши крупнейшие радиотелескопы могут засечь аналогичные устройства, установленные на других планетах по всей Галактике. Итак, шанс есть. Поиски только начались.

Кроме того, в пределах 2,5 миллиарда световых лет вокруг имеется еще около 50 миллионов таких галактик, как наша, поэтому вышеупомянутое число можно умножить на 50 миллионов, и получится до 5 миллиардов внегалактических цивилизаций, которые могут вещать в радиодиапазоне. Все галактики, которые мы наблюдаем, в настоящий момент уже очень старые – им миллиарды лет. Этот срок более чем достаточен, чтобы там успела развиться разумная жизнь, если она вообще в состоянии там развиться. Самые далекие из таких внегалактических цивилизаций (до которых примерно 2,5 миллиарда световых лет) будут удалены от нас примерно в 40 000 раз сильнее, чем самые далекие из цивилизаций, которые мы могли бы обнаружить в нашей родной Галактике (до них не более 62 500 световых лет). По закону обратных квадратов радиояркость передатчиков внегалактической цивилизации будет всего на 1/1 600 000 000 000 по сравнению с цивилизацией из нашей Галактики. Вот почему речь обычно идет о поисках инопланетян в нашей Галактике.

Поиск внегалактических цивилизаций далеко не так безнадежен, как мог бы показаться на первый взгляд. Разумная цивилизация могла бы сообщать о себе сразу во все стороны либо выбрать небольшой участок неба и отправить туда точечный сигнал. Например, этот сигнал был бы в 10 раз мощнее, если бы захватывал 1/10 часть неба. Цивилизация могла бы «просигналить» в 50 миллионов раз сильнее, если бы нацелила сигнал в 1/50-миллионную часть неба. Большинство наблюдателей не заметили бы этого сигнала, но те немногие, кто оказался бы на этом небольшом участке неба, засекли бы его на очень большом расстоянии. На самом деле, сам Фрэнк Дрейк избрал в 1974 году именно такую стратегию, когда арендовал радиотелескоп в Аресибо (диаметр телескопа – 300 метров) и отправил точечный сигнал в шаровое скопление М13. (Оказывается, сигнал отправили не туда, и, когда он прибудет к цели, скопление М13 будет уже в другом месте. Поскольку все это скопление движется по орбите вдоль Млечного Пути, к моменту прибытия сигнала оно окажется за пределами той области неба, в которую он направлен. Сигнал совершенно не затронет это звездное скопление, но эта деталь в данном случае несущественна.) Если цивилизации, сигнализируя о себе, проявляют некоторую изобретательность – например, используют как «обширные», так и «точечные» сигналы, – то их видимая светимость будет распределяться в очень широких пределах по закону Ципфа: сигнал с наивысшей видимой светимостью превосходит любой N-ный по порядку сигнал примерно в N раз. Таким образом, в пределах 50 миллионов галактик цивилизация с максимальной видимой светимостью сигнала будет вещать примерно в 50 миллионов раз заметнее, чем самый «сильный» радиопередатчик из нашей Галактики. Если у нас будет в 50 миллионов раз больше шансов, то, возможно, нам повезет и мы наткнемся на какой-нибудь очень яркий сфокусированный луч. Следовательно, «заметнейшая» внегалактическая цивилизация может посылать сигнал, чья видимая светимость составит 1/32 (= 50 000 000/1 600 000 000) по сравнению с ярчайшим возможным сигналом из нашей Галактики. Учитывая такие соображения, от поиска внегалактических цивилизаций также не следует отказываться.

Наконец, расскажу о некоторых подводных камнях в уравнении Дрейка. Зона обитаемости может быть гораздо уже, нежели мы рассчитали. Если бы Земля находилась от Солнца дальше, чем находится сейчас, то на планете стало бы холоднее и полярные льды образовывались бы активнее; в таком случае отражательная способность планеты увеличилась бы и Земля стала бы остывать еще сильнее. Мог бы начаться лавинообразный ледниковый период. Если бы Земля находилась ближе к Солнцу, то льды растаяли бы, отражательная способность планеты снизилась и на ней стало бы еще жарче. Стал бы выделяться метан, заключенный в торфе, и парниковый эффект продолжал бы усиливаться.

В ходе жизненного цикла Солнце разгорается и становится все жарче. Чтобы компенсировать этот процесс, должен ослабнуть парниковый эффект либо должна возрасти отражательная способность – только так планета удержится в рамках температурного режима, от которого полностью зависит существование нашей цивилизации. Если звезда в процессе развития разгорается, то зона обитаемости отодвигается от нее, и планета должна оставаться в этой зоне достаточно долго, чтобы на ней успела развиться разумная жизнь. Как я уже упоминал, считается, что планета должна быть непрерывно обитаема на протяжении миллиардов лет – лишь при таком условии на ней успеет развиться разумная жизнь.

Интересно, что и жизнь как таковая может влиять на этот баланс. Если звезда относится к главной последовательности (принадлежит к классу M) и практически не меняется за 10 миллиардов лет, то поначалу планета может быть пригодна для примитивной жизни; но потом, когда жизнь превращает атмосферу из углекислотной (CO2) в кислородную, парниковый эффект ослабевает, и на планете может начаться вечный ледниковый период. Вот вам еще одна причина, по которой система звезды спектрального класса M не лучший вариант для формирования разумной жизни.

Жизнь может влиять на зону обитаемости и иным образом. Атмосферный диоксид углерода может связываться в виде карбоната кальция в раковинах морских животных и при отмирании этих организмов откладываться в виде осадочных пород (известняка); таким образом, парниковый эффект будет ослабевать. Вулканы могут насыщать атмосферу углекислым газом, усиливая парниковый эффект. Разумеется, и живые существа вроде людей могут добывать ископаемое топливо, например уголь и нефть веками лежавшее в земле (где оно сформировалось из останков древних организмов). Далее это топливо сжигается и насыщает атмосферу с углекислым газом. Следовательно, примерные характеристики зоны обитаемости для конкретной планеты теснейшим образом связаны с ее геологией, метеорологией и даже биологией.