Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса - Уильям Уоллер

Каменистые планеты, подобные Земле, стали наследниками этого элементного изобилия. Астрономы предполагают, что эти планеты выросли из кристаллов, содержащих кремний и углерод, которые ранее затвердели в относительно прохладных внешних слоях атмосферы красных гигантов. Изгнанные прочь звездными ветрами, заледеневшие кристаллы промчались по Млечному Пути и смешались с формирующимся облаком межзвездного газа, которое оказалось на их пути. По мере того как части этих облаков под воздействием гравитации сжимались в протозвездные туманности и последующие протопланетные диски, кристаллы собирались в микроскопические пылинки, те скапливались в хондры размером с каплю, потом — в планетезимали размером с гальку, и, спустя несколько миллионов лет гравитационной конденсации, — в планеты, подобные Земле. Идея, согласно которой наша планета и все ее обитатели — это «звездное вещество», может показаться надуманной, но это правда!

Как только Земля стала полноценной планетой, жар, высвобожденный при ее формировании, и энергия радиоактивных изотопов урана и тория поддерживали и тепло в ее недрах, и динамику конвективных течений, благодаря чему становились возможны тектонические сдвиги, вулканизм и другие процессы горообразования, характерные для земной поверхности на протяжении миллиардов лет. Считается, что атомные ядра урана и тория возникли в горячей среде, богатой нейтронами и ассоциируемой с двойными системами нейтронных звезд, в которых обе звезды движутся по спирали внутрь и впоследствии сливаются. (В Интернете можно найти периодическую таблицу элементов с указанием их космического происхождения; вот одна из возможных ссылок: apod.nasa. gov/apod/ap171024.html.) На Земле этих нестабильных изотопов достаточно, и их постоянная радиоактивность вносит свой вклад в геологические циклы поднятия земной коры, выветривания, аккумуляции, седиментации, метаморфизма и субдукции. Без этих тектонических «примочек», действовавших на протяжении сотен миллионов лет, у нас не было бы ни осадочных, ни метаморфических горных пород, способных сохранить присутствие предшествующих форм жизни в течение этого «глубокого времени», и мы ничего не знали бы о нашем биологическом прошлом. Но случилось иначе, и ископаемые остатки в горных породах ясно показали, что мы — всего лишь недавние участники биологического бытия и становления, оставивших нам необычайно богатое наследство.

Преемственность жизни

Геологическая летопись жизни на Земле показала, что микроскопические формы жизни могут эволюционировать во все более макроскопические и сложные организмы с обменом веществ, способных воспроизводить себе подобных и преображать окружающий мир. За последние 3,5 млрд лет «бродячий цирк» живых существ превратился в обширную и удивительную систему органического мира, состоящую из царств, порядков, семейств, родов и видов. Какие еще живые существа могли бы населять большой космос? Этот ключевой вопрос волнует и астрономов, и геологов, и химиков, и биологов. На сегодняшний день нам еще только предстоит найти какие-либо явные свидетельства существования жизни за пределами Земли. Но это не помешало нам непрестанно искать любые намеки в доступных нам образцах метеоритов, лунных пород и планетного вещества. К сожалению, вряд ли мы знаем, на что именно нам следует смотреть.

Большую часть поисков мы вели на планетах и спутниках, где вода может находиться в жидкой форме и где могут удерживаться химические вещества на основе углерода. Жидкая вода — главный растворитель во всех биохимических процессах, происходящих на Земле. Однако играть подобную роль в мирах, где температура намного выше или ниже земной, могли бы и другие жидкие растворители. Показательный пример — поверхность Титана, спутника Сатурна: в его атмосфере, насыщенной азотом, были обнаружены «моря» метана и этана — и все это при умопомрачительной температуре в –179 °C. Какие химические метаморфозы могли бы (медленно) происходить в этой сюрреалистической обстановке?

Химические процессы, основанные на углероде, составляют всю органическую химию, которая, в свою очередь, представляет собой фундамент жизни на Земле. Но даже хотя углерод — и главный солист в ансамбле, другие элементы из его группы в периодической таблице Менделеева (кремний, германий и другие) при определенных обстоятельствах вполне могут взять на себя эту роль. Итак, мы даже не знаем, на какие химические сигналы обращать внимание при проведении спектроскопических исследований экзопланет. Сейчас лучшая идея, к которой мы смогли прийти — это поиск в планетарных атмосферах всего, что укажет на присутствие молекул метана, озона и кислорода. В частности, свободный двухатомный кислород (O2) обладает высокой реакционной способностью, и если мы обнаружим его, то он может стать свидетельством биохимических процессов, активно пополняющих запасы кислорода в атмосфере — таких, как фотосинтез. Наличие озона (O3) тоже могло бы указать на свободный двухатомный кислород. Ему свойственны яркие линии поглощения в инфракрасной части электромагнитного спектра, поэтому астрономы так хотят найти его с помощью огромных телескопов новейшего поколения.

А какие формы жизни могли бы населять этот мир? Являются ли автономные клетки обязательным условием для обмена веществом и энергией с окружающей средой? И как эта среда (включая ее гравитационные, тепловые, магнитные и электрические свойства) ограничит формы жизни, населяющие иные миры? Должна ли жизнь, возникнув, всегда эволюционировать в сторону усложнения? Так было на Земле, но, возможно, в других мирах этот путь не был столь предопределенным.

Как показывают эти вопросы, поиск внеземной жизни с открытыми глазами — сложнейшее дело. И все же космохимики, астробиологи и специалисты междисциплинарных областей всерьез взялись за решение этой грандиозной задачи. Постоянно растущая группа из примерно 4000 экзопланет, которые вращаются вокруг бесчисленного множества звезд, побудила их продолжить поиски с новыми силами. Для нас, землян, поиск только начался.

Завершающий пассаж

Всесторонний обзор биологической эволюции на Земле выходит за рамки данного путеводителя для начинающих. Однако цель этой книги — подчеркнуть реальные узы, соединяющие нас с большим космосом. Мы все разделяем богатое космическое достояние, сделавшее нас теми, кто мы есть, и путь к этому был долгим — 13,8 млрд лет назад возникла вся материя; около 12 млрд лет назад образовался Млечный Путь; 4,6 млрд лет назад сформировались Солнце и Солнечная система; 3,5 млрд лет назад на Земле появилась микробная форма жизни; 500 млн лет назад эволюционировали сложные жизненные формы; 300 млн лет назад жизнь вышла из моря на сушу; 240 млн лет назад на планете воцарились динозавры; 66 млн лет назад их эра закончилась, а всего несколько миллионов лет назад наступил расцвет гоминид.

Мы состоим из звездного вещества и так же связаны с космосом, как и породившая нас Галактика. Тем не менее многие ключевые