собой весьма сплюснутую систему; фактически он настолько плоский, что во многих численных моделях имеет смысл учитывать только два измерения — галактоцентрическое расстояние и угловую координату в плоскости Галактики. Если какой-либо процесс изотропен в том смысле, что
в среднем отсутствует зависимость от углового положения, то для задания пространственных координат требуется лишь одна координата — галактоцентрическое расстояние. При нашем нынешнем, весьма скудном понимании предпосылок астробиологической эволюции имеет смысл использовать эту одномерную модель для большинства соответствующих процессов. Хотя нам следует признать возможные исключения (например, вертикальные колебания относительно плоскости Галактики могут приводить к гравитационным возмущениям в облаке Оорта, вызывая тем самым кометные ливни на обитаемых планетах; или же спиральные рукава Галактики могут нести повышенный риск близких вспышек сверхновых или встреч с гигантскими молекулярными облаками, что чревато последствиями для форм жизни20), на данный момент даже модели, учитывающие только радиальную зависимость, дают богатые и неожиданные результаты, большинство из которых были получены лишь с начала нынешнего века.
Солнце расположено вблизи внутреннего края рукава Ориона нашей Галактики, на расстоянии 8,33 ± 0,35 кпк от Галактического центра. В ходе астрономического прогресса XX века это расстояние постепенно «сокращалось» — от первоначальной грубой оценки в 10 кпк до принятого МАС значения в 8,5 кпк и, наконец, до современного значения. Возраст Солнечной системы обычно оценивается в21
τ⊙ = (4.5681 ± 0.0004) × 109 years. (2.2)
Разумеется, необходимо учитывать, что четко определенного «возраста Солнечной системы» может вообще не существовать, поскольку различные части нашей планетной системы возникли в разное время; ярчайшим примером этого является Луна, которая, согласно преобладающей теории, образовалась в результате медленного столкновения с Землей через 20–100 млн лет после формирования нашей планеты.
Солнце со своей свитой планет и других тел Солнечной системы обращается вокруг Галактического центра с периодом около 250 млн лет и совершает колебания как в плоскости Галактики (радиальные колебания), так и перпендикулярно ей (вертикальные колебания). Небольшие радиальные колебания означают, что с точки зрения наблюдателя в инерциальной системе Галактического центра орбита Солнца не является замкнутой, а образует фигуру в виде розетки. Что касается вертикальных колебаний, наша планетная система в настоящее время находится очень близко к плоскости Галактики и совершает вертикальные движения относительно нее с амплитудой около 100 пк и периодом около 87 млн лет.22 Вопрос о том, связаны ли эти астрофизические временные масштабы причинно-следственной связью с историей земной биосферы, остается сложным и интригующим с середины 1980-х годов и не решен по сей день.23 В любом случае эти временные масштабы играют определенную роль в концепции Галактической зоны обитаемости, которая будет рассмотрена в разделе 2.3.
Что касается временной протяженности Млечного Пути, то она охватывает бóльшую часть истории Вселенной, определяемой уравнением (2.1). В 2013 году появились сообщения, что наиболее вероятный возраст известной звезды-субгиганта HD 140283, принадлежащей к чрезвычайно старому и бедному металлами населению гало, составляет 14,5 ± 0,8 млрд лет, что в пределах погрешности совпадает с возрастом Вселенной из уравнения (2.1)!24 Хотя предположение о том, что звезда может быть старше Вселенной, разумеется, абсурдно (погрешности здесь, скорее всего, занижены), это свидетельствует о том, что процесс формирования структур шел относительно быстро, а первые звезды образовались всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Наше Солнце, как мы знаем из уравнения (2.2), представляет собой относительно молодую звезду диска. А на другом конце шкалы мы наблюдаем в Млечном Пути множество областей активного звездообразования (Орион, Телец и др.), где можно обнаружить звезды практически нулевого возраста. Звездообразование будет продолжаться в будущем Галактики еще очень долго — оценки в области физической эсхатологии простираются вплоть до 1012–1014 лет в будущем.25 В отличие от предполагаемого отсутствия намеренного вмешательства в галактическом прошлом, такое отсутствие ничем не обосновано — да и в целом вряд ли является верным допущением — для будущего, в котором разумные существа, земные и внеземные (если они существуют), по всей видимости, окажут огромное влияние на свою астрофизическую среду. По причинам, которые могут быть как очевидными, так и непостижимыми, высокоразвитые технологические цивилизации могут решить продлить или сократить временные масштабы звездообразования. Некоторые из наиболее очевидных причин для этого мы обсудим в последующих главах.
Пригодность планет для жизни, определяемая земным типом жизни (и его умеренными расширениями), вытекает из свойств конкретных звездных и планетных населений Галактики. В частности, именно химический состав и динамические свойства звезд населения I в тонком диске Млечного Пути делают их планетные системы потенциально обитаемыми. Здесь необходимо провести одно важное различие между необходимыми и достаточными условиями обитаемости. Очевидно, что мы в состоянии установить некоторые из необходимых условий обитаемости, даже не имея глубокого теоретического понимания феномена жизни. Однако в высшей степени сомнительно (в лучшем случае), можно ли определить весь набор достаточных условий без такого глубокого понимания. Это порой приводит к путанице, особенно в научно-популярных материалах; смешение необходимых и достаточных условий служит одним из главных источников ошибок, заблуждений, затуманивания смысла и предрассудков нашей эпохи. Верный способ разграничить эти два понятия кроется в одной из наиболее интересных новых концепций, предложенных астробиологической революцией.
2.3. Галактическая зона обитаемости
Одна из ключевых вех в истории астробиологии связано с концепцией Галактической зоны обитаемости. Этот термин впервые появился в знаковой работе Гонсалеса, Браунли и Уорда в 2001 году, хотя идея о том, что не все уголки Вселенной одинаково гостеприимны для жизни, уходит корнями в прошлое.26 У нее были примечательные предшественники, включая Альфреда Рассела Уоллеса, который в своей знаменитой книге 1903 года «Место человека во Вселенной» утверждал, что лишь ограниченное число положений, которые Земля и Солнце могли бы занимать внутри нашей звездной системы, сделало бы возможным абиогенез и эволюцию жизни на нашей планете. Что интересно, Уоллес пришел к глубоко ошибочному выводу, будто обитаемость нашей Солнечной системы обусловлена ее расположением вблизи центра Млечного Пути! Однако сама лежащая в основе этого логика — а именно то, что, стоит нам признать Землю и нашу планетную систему незамкнутыми системами, вероятность зарождения жизни и разума должна варьироваться по всему спектру возможных пространственных координат в Галактике, — абсолютно верна. Двоякая задача, состоящая в том, чтобы (i) правильно определить все меняющиеся в пространстве причинные факторы, влияющие на обитаемость планеты, и (ii) верно количественно оценить влияние этих факторов на распределение потенциально обитаемых планет, оказалась крепким орешком даже при всех успехах современной астрофизики.
Со времени краха модели нашей звездной системы Каптейна (и Уоллеса) и пионерских работ Шепли,
