способствует расширению пространственно-временных границ традиционно понимаемых зон обитаемости; подробнее об этом пойдет речь в разделе 2.3. Пока же нам следует отметить, что существование галактик и других уровней космологической структуры, по-видимому, является
необходимой предпосылкой для возникновения любого типа жизни и разума. Однако оно не обязательно должно быть
непременным условием для последнего, поскольку мы можем представить себе не только развитые технологические цивилизации, живущие и путешествующие за пределами традиционно понимаемых структур (например, совершающие
межгалактические путешествия), но и, следуя по стопам
«Создателя звёзд» Олафа Стэплдона, даже перестраивающие или преобразующие такие структуры к собственной выгоде.10 Это еще один пример того, что нам необходимо противостоять искушению судить о будущем (и, возможно, о настоящем) на основе преимущественно безжизненного и лишенного разумной жизни прошлого.
Хотя наша Вселенная в целом, очевидно, обитаема, весьма актуален вопрос о том, какие именно части космологической структуры способны поддерживать жизнь — и насколько вероятно возникновение жизни в ту или иную эпоху. Поскольку бо́льшую часть пространственного объема Вселенной составляет межгалактическое пространство, которое заведомо непригодно для жизни, нам необходимо искать пики плотности материи, соответствующие таким структурам, как галактики, а также группы и скопления галактик. Господствующей парадигмой формирования структуры в новой стандартной космологии по-прежнему остается концепция «снизу вверх» с преобладанием холодной темной материи (CDM), предполагающая, что сначала формировались более мелкие структуры, которые затем объединялись в более крупные. В частности, отдельные галактики сформировались раньше, чем небольшие группы (такие как Местная группа, в которой живем мы) и скопления галактик (такие как скопление Девы — ближайшее к нам богатое скопление галактик, насчитывающее около 2000 галактик); сами галактики, по всей видимости, собирались из уже существовавших протогалактических фрагментов и впоследствии росли, поглощая как другие подобные фрагменты, так и множество карликовых галактик на протяжении своей истории. Наш Млечный Путь изобилует остатками подобных эпизодов галактического каннибализма.11
2.2 Размер и возраст Галактики
Поскольку парадокс Ферми обычно — хотя, как мы видели, не всегда и не обязательно — формулируется в контексте Млечного Пути, имеет смысл вкратце напомнить важные астрофизические факты о нашей Галактической обители. В то же время подобное рассуждение служит хорошим введением в важное понятие Галактической зоны обитаемости (далее — ГЗО), которая является одним из наиболее значимых направлений исследований в современной астробиологии, а также концепцией, имеющей очевидное значение для SETI и загадки Ферми.
Млечный Путь — это спиральная галактика с перемычкой (баром), обычно классифицируемая как «SBc» в морфологической классификации галактик Хаббла («камертонная диаграмма»).12 Из-за очевидного факта, что мы не можем наблюдать Млечный Путь со стороны, это свойство — как и некоторые другие описательные параметры нашей звездной системы — остается в некоторой степени дискуссионным. То, что мы можем видеть из нашей точки наблюдения глубоко внутри диска, показано на рисунке 2.1: наблюдается сильная концентрация как звездного, так и межзвездного вещества в плоскости диска. Хотя размер видимого диска Галактики (примерно соответствующий тому, что астрономы называют радиусом Холмберга13), как считается, составляет около 20 кпк, сегодня мы знаем, что действительно важная с точки зрения динамики материя, связанная с любой галактикой, простирается гораздо дальше. В частности, для галактик, подобных Млечному Пути (гигантских спиралей), гало темной материи простирается на галактоцентрическое расстояние не менее 50 кпк (прямые и неоспоримые доказательства), а возможно, и до 300 кпк (согласно множеству косвенных свидетельств, число которых растет с каждым годом). Хотя бо́льшая часть массы этого темного гало состоит из небарионной холодной темной материи, в нем присутствует и незначительное количество барионов, вероятно, в форме чрезвычайно разреженной и очень горячей водородно-гелиевой плазмы.14 В огромном объеме Галактического гало крайне мало звезд или каких-либо других «вещей» или «объектов» в традиционном понимании; любые события, интересные с точки зрения астробиологии и SETI, наверняка разворачиваются в пределах радиуса Холмберга Галактики.15
Рисунок 2.1 Млечный Путь, запечатленный обсерваторией Gaia Европейского космического агентства
(ESA) в течение первого года ее наблюдений, с июля 2014 года по сентябрь 2015 года. Другие галактики Местной
группы видны на изображении, в частности Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако, а также M31 и M33. Некоторые артефакты процедуры наблюдения также заметны — изогнутые структуры и более темные полосы имеют не астрономическое происхождение, а отражают особенности процесса сканирования. Поскольку эта карта основана на наблюдениях, выполненных в течение первого года миссии, обзор неба еще не является однородным; это отражает как постепенный характер накопления наших астрономических знаний, так и всепроникающий характер эффектов отбора, систематических погрешностей
и артефактов — весьма полезный урок для астробиологии и исследований по программе SETI.
Источник: Предоставлено ESA/Gaia/DPAC
По общепринятым оценкам, Галактика содержит около 3 × 1011 звезд. Сюда входят видимые звездные объекты в диске Млечного Пути; в гало же находится малоизученное количество рассеянных массивных компактных объектов гало (MACHO), которые могут быть (или не быть) остатками предыдущих поколений звезд, такими как белые или черные карлики или старые нейтронные звезды, а также субзвездными объектами (коричневыми карликами или планетами-гигантами). Звезды различных спектральных классов распределены по Млечному Пути неравномерно, причем классы, наиболее интересные для астробиологов — приблизительно звезды F, G и K, — концентрируются к плоскости Галактики.16 Хотя данные о планетах, очевидно, эмпирически гораздо более скудны, предварительные оценки показывают, что общее число планет огромно — вероятно, существенно выше числа звезд и ненамного меньше даже в самых консервативных моделях.17 Это особенно важно в контексте «расширенной обитаемости», которая рассматривает среды обитания, подобные Европе или Титану, как по меньшей мере потенциально интересные. В Млечном Пути вполне может быть более 1012 таких сред обитания, не говоря уже о более гипотетических вариантах, таких как свободно плавающие планеты, число которых на несколько порядков больше.18
Галактика состоит из нескольких компонентов: гало, балджа, бара, тонкого диска и толстого диска. Компонент, представляющий наибольший интерес для астробиологов, — это тонкий диск. В тонком диске находятся все богатые металлами звезды, подобные нашему Солнцу и относимые к звездному населению I типа. (В нем также содержатся все гигантские молекулярные облака, кометы и другие объекты, которые иногда гипотетически рассматриваются как альтернативные, непланетарные среды обитания для жизни; и, поскольку химия имеет хоть какое-то значение для этих альтернативных форм жизни, интересную химию можно обнаружить только в тонком диске.) Тонкий диск заметно моложе самой Галактики: если возраст старейших объектов Млечного Пути, проэволюционировавших шаровых скоплений, составляет около 13 млрд лет, то возраст населения тонкого диска обычно не превышает 10 млрд лет.19 Как следует из названия, тонкий диск представляет
