метан. В составе земной атмосферы видимо‐невидимо следов наличия жизни на ней. Мы называем эти следы биологического происхождения химическими маркерами или биологическими признаками наличия жизни на Земле.
Можно подумать, что было бы несложно, пользуясь спектроскопическими методами, поискать подобные химические вещества в атмосферах экзопланет и по их наличию определить, есть ли там жизнь. Но на этом пути нас ожидает целых три проблемы.
Первая из них заключается в том, что экзопланеты – невероятно слабые источники света. Мы можем наблюдать их лишь потому, что они отражают свет своих материнских звезд. Увидеть отраженный планетой свет на тех расстояниях, которые отделяют нас даже от ближайших к нашей системе звезд, фантастически трудно. Тем не менее в последние годы астрономы сумели исследовать излучение многих экзопланет, используя высокочувствительные приемники и сложные методы наблюдений. Наилучшие результаты дал следующий способ: сначала мы измеряем характеристики света материнской звезды, когда планета полностью скрывается за ней, а затем измеряем их суммарное излучение, когда экзопланета находится перед своей звездой. После чего вычитаем первое измерение из последнего и получаем характеристики, описывающие свет самой экзопланеты, – ее спектр.
Вторая проблема – распознать маркеры наличия конкретных молекул в спектре экзопланеты. Как уже было сказано, каждый элемент и каждая молекула имеет уникальный световой «отпечаток». Но чаще всего уникальная часть спектра, по которой идентифицируется тот или иной биомаркер, составляет крайне малую часть общего спектра экзопланеты. Это значит, что нам необходимо получить от экзопланеты как можно больше света, для чего обычно требуются гигантские телескопы.
Третья проблема сложнее двух предыдущих. Как нам понять, какие именно биомаркеры действительно будут свидетельством того, что на экзопланете есть жизнь? Как мы уже говорили, большинство газов в земной атмосфере возникает или изменяется под воздействием живых организмов. Казалось бы, чтобы обнаружить признаки жизни в атмосферах планет, вращающихся вокруг далеких звезд, надо просто поискать в этих атмосферах такие же газы. Но это, опять‐таки, далеко не так просто, как кажется.
Проблема в том, что практически каждая молекула в атмосфере Земли, которую мы считаем биомаркером, может возникнуть и в ходе небиологических процессов. Возьмем, например, кислород. Ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляет молекулы воды в атмосфере, высвобождая атомы кислорода, которые могут заново соединяться друг с другом, образуя молекулярный кислород. Поэтому хотя почти весь молекулярный кислород в атмосфере образуется в результате фотосинтеза – но все же не весь. Или, например, метан. Как мы уже говорили, образование метана может происходить множеством способов, и большинство из них не имеет отношения к биологии. То же самое можно сказать и о сероводороде (имеющем характерный запах тухлого яйца): он образуется в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий, обитающих на Земле в экстремальных условиях, – но кроме того, он выделяется при различных вулканических процессах. Этот список можно было бы продолжить, но наша мысль уже должна быть понятна: почти у каждой молекулы, которую мы могли бы счесть потенциальным биомаркером, свидетельством наличия жизни на экзопланете, помимо биологического существует и небиологический механизм образования.
Некоторые ученые предлагают использовать для поисков жизни комбинации молекул биологического происхождения. Возьмем для примера кислород и метан. Концентрация метана на Земле нестабильна, потому что он окисляется (сгорает) в атмосфере. Но он там очевидным образом присутствует, так как легко образуется в ходе биологических процессов наравне с кислородом. Если бы мы могли «выключить» всю жизнедеятельность на Земле, метан исчез бы из ее атмосферы всего за насколько десятков лет. Кислород, если бы вся жизнь на Земле исчезла, продержался бы дольше, целых несколько тысячелетий, но тоже в конце концов исчез бы, поглощенный различными минералами в ходе процесса окисления. Таким образом, одновременное присутствие кислорода и метана могло бы служить биомаркером, даже несмотря на то, что по отдельности наличие этих газов ничего нам не дает.
Находить биомаркеры на экзопланетах, конечно, гораздо труднее, чем просто искать газы, возникающие в ходе биологических процессов на Земле. Это активно развивающаяся область исследований и предмет постоянных дискуссий среди исследователей экзопланет. Промежуточный итог этих дебатов на сегодняшний день выглядит так: мы не можем с полной уверенностью говорить о том, что обнаружили признаки жизни на экзопланете на основе наличия в ее атмосфере спектральных линий отдельных атомов и молекул – по крайней мере не на основе тех атомов и молекул, которые мы на настоящий момент там реально наблюдаем. По‐видимому, наиболее перспективный путь подобных поисков – поиск сочетаний газов биологического происхождения.
Следующий шаг
Итак, резюмируем, что нам известно к концу этой главы: мы уже знаем, что жизнь на почти любой из экзопланет должна развиваться путем естественного отбора (дарвиновской эволюции), и мы успели понять, как трудно найти действительно неопровержимое доказательство того, что жизнь там на самом деле существует. Давайте, однако, на время отложим эту проблему в сторону и сосредоточимся на том, как законы естественного отбора могли бы работать в тех многообразных условиях самых разных экзопланет, о которых нам уже известно. Наконец‐то обратимся к тому, что мы и называем исследованием воображаемой жизни.
В следующих главах мы представим вам ряд кратких фантастических очерков, в которых говорится о том, как человек, надлежащим образом защищенный и обеспеченный высокочувствительной измерительной аппаратурой, мог бы воспринимать условия окружающей его среды на самых разных экзопланетах, оказавшись там. Мы выбрали такой способ знакомства с новыми планетами по одной простой причине: как мы уже много раз повторяли, в настоящий момент земная жизнь – единственная разновидность жизни, о которой нам известно. Человек же – единственный вид живых организмов, о чьей реакции на новую среду мы можем более‐менее успешно догадываться.
Помня об этом, давайте отправимся наконец в мир, который мы назовем Айсхейм – Царство льда.
6
Айсхейм – царство льда
Жизнь в морозилке
Вы в длинном темном туннеле. Его стены – из твердого, как камень, льда. Единственным источником слабого света служит далекое жерло вулкана – оттуда из недр планеты прямо в туннель извергается расплавленное вещество. У себя под ногами вы с трудом различаете трубу, проложенную по направлению к выходу из туннеля. От нее поднимается горячий влажный воздух, и вы понимаете, что по ней течет горячая вода, протапливающая во льду проход от кратера к выходу. У вас урчит в животе: по пути сюда вы успели проголодаться. Неподалеку от вулканического кратера вы замечаете колонии белых и красных кольчатых червей. Берете одного на пробу – неплохо. Может, они станут для вас основным блюдом – здесь, на странной планете Айсхейм.
Мы начнем наше исследование гипотетически возможной жизни на экзопланетах с водных миров – таких как наш Айсхейм. Этот мир относительно просто устроен, и анализировать его тоже несложно. Эта планета напоминает слоеный
