В поисках инопланетян

Если инопланетная жизнь может быть такой же простой, как бактерии, или сложной, как люди, — у нас есть оптимальные планы по поиску того и другого. Физик Энрико Ферми задал знаменитый вопрос «Где они?», чем выразил свое удивление отсутствием каких-либо признаков существования других разумных цивилизаций в галактике Млечный Путь. Несмотря на то, что за годы было предложено много решений «парадокса Ферми», ни одно из них пока не оказалось верным. Вопрос, одиноки ли мы в Млечном Пути (или вообще во Вселенной), остается одним из самых интригующих вопросов науки, в частности астрономии.

Учитывая огромное число неопределенностей, связанных с появлением, эволюцией и выживаемостью любой внесолнечной жизни (если таковая существует), мы попытаемся кратко определить самые общие, обнаруживаемые удаленно сигнатуры инопланетной жизни (простой и разумной) и оценить ожидаемую эффективность различных поисковых стратегий. Эта тема особенно актуальна, потому что наблюдения (по большей части телескопа Кеплер) показали, что в Млечном Пути содержится не меньше миллиарда планет земного типа, вращающихся вокруг звезд размером с Солнце или меньше, в «зоне Златовласки», в которой на поверхности планеты может существовать жидкая вода (потенциально обитаемая зона). Поиск внеземной разумной жизни совсем недавно получил мощный толчок в рамках инициативы Breakthrough Listen — десятилетнего проекта на 100 миллионов долларов, который займется поиском искусственных передач в электромагнитной полосе от 100 мегагерц до 50 гигагерц.

Простая жизнь появилась на Земле почти сразу после того, как планета достаточно остыла, чтобы поддерживать водные организмы. Но чтобы обнаружить жизнь на расстоянии, она должна развиться до точки, за которой ее химия будет преобладающей на поверхности планеты, а атмосфера будет значительно изменена под ее влиянием: чтобы образовались химические «биосигнатуры», которые можно будет определить на расстоянии. К примеру, саму Землю сложно было принять за обитаемую в течение первых двух миллиардов лет ее существования. Если говорить об эволюции разумной жизни, основные открытые вопросы остаются такими:

    Каковы геохимические ограничения эволюции сложной жизни?
    Каковы временные рамки, определенные этими ограничениями?

Существуют ли эволюционные «фильтры», из-за которых так сложно сделать переход к разуму? На Земле, к примеру, потребовалось около трех миллиардов лет, чтобы появились базовые многоклеточные формы жизни. Потребовалось четыре с половиной миллиарда лет (и ряд непредвиденных обстоятельств вроде тектоники плит и падений астероидов), чтобы добраться до простейших способностей межзвездной связи. (То есть радиоприем и радиопередача). Отсюда следует, что для начала важно понять, насколько распространены в Млечном Пути планетарные системы старше Солнечной системы.

Текущий возраст Солнечной системы в два раза меньше возраста нашего галактического диска и в два раза меньше прогнозируемого срока жизни Солнца. Отсюда мы полагаем, что примерно половина звезд в нашем галактическом диске старше Солнца. Последнее исследование на тему истории формирования планет заключило, что Солнечная система образовалась близко к середине эпохи формирования гигантских планет, и близко 80 процентов ныне существующих планет земного типа могли уже существовать в момент образования Земли. Благодаря этому, у нас есть почва для зондирования возможной разумной жизни где-то там.

Какие биосигнатуры можно считать самым надежным доказательством существования простой жизни (на достаточно старой твердой планете в обитаемой зоне)? Даже если не считать какую-либо биосигнатуру достаточно убедительной, атмосфера, богатая кислородом (скажем, 20% или больше), будет первой целью. Потому что если небиологические процессы (вроде расщепления диоксида углерода под действием интенсивного ультрафиолетового излучения) могут производить кислород в атмосфере планеты, лишь при определенных редких обстоятельствах насыщение будет высоким. В сочетании с другими потенциальными биосигнатурами вроде метана подозрение биологического происхождения кислорода может быть усилено.

Телескоп

Выходит, идеальным первым шагом в поиске сигнатур внеземной жизни в относительно ближайшем будущем будет поиск кислорода, но вкупе с другими биосигнатурами. Этого можно (в принципе) достичь с помощью больших наземных массивов относительно недорогих коллекторных телескопов (вроде Европейского очень большого телескопа нового поколения), если оснастить их высокодисперсными спектрографами. Линии кислорода из спектра экзопланеты будут легко сдвинуты по Доплеру относительно кислорода в атмосфере Земли, благодаря чему их будет относительно несложно обнаружить (но и не просто). Куда сложнее будет обнаружить метан в инфракрасном спектре.

Какими должны быть требования для космической миссии? Нам хотелось бы хотя бы создать нормальные ограничения редкости внесолнечной жизни, если такая миссия не найдет никаких биосигнатур. Моделирование показывает, что в случае, если ничего не обнаружится, чтобы сделать вывод типа «удаленно обнаруживаемая жизнь проявляется на менее 10% планет земного типа вокруг звезд солнечного типа», потребуется отсканировать и охарактеризовать атмосферы по меньшей мере трех десятков экзопланет земного типа. Такой подвиг потребует телескопа с диафрагмой свыше 8,5 метров в диаметре. Предложенная миссия Habitable-Exoplanet Imaging Mission (HabEx), которая планируется к проведению в следующие десять лет, обзаведется диафрагмой, которая будет удовлетворять выдвинутому требованию. Еще более амбициозный 9-12-метровый космический телескоп LUVOIR может выйти в космос к 2030 году.

В идеале, конечно, было бы хорошо выйти за рамки биосигнатур и искать прямые признаки существования технологически развитой цивилизации. Добиться этого можно было бы с помощью однозначного выявление разумного неприродного сигнала, особенно с помощью радиопередач, в рамках программы SETI. Тем не менее существует вероятность, что радиосвязь будет устаревшей формой связи для продвинутой цивилизации. Ее использование может быть недолгим для большинства цивилизаций, что теоретически снижает ее объемы во Вселенной. Что могло бы тогда быть подходящей сигнатурой? Потребление энергии, например, которое, как представляется, практически невозможно скрыть.

Кольцо Дайсона

Два наиболее доступных для продвинутой цивилизации долгосрочных источника энергии касаются, во-первых, перенаправления звездной светимости с помощью так называемой «сферы Дайсона», возможно, собирающей свет со многих звезд, а не только с одной; другой — управляемый синтез водорода в ядра потяжелее. В обоих случаях неизбежным эффектом будет избыток тепла, вырабатываемый в среднем инфракрасном (MIR) обнаружимом спектре. Другие возможные сигнатуры продвинутой цивилизации могут включать разные формы атмосферных промышленных загрязнений или радиоактивные продукты.

(Конечно, эти инопланетяне могут убирать за собой или уничтожить сами себя). Инфракрасные излучения, с другой стороны, не уберешь. Последнее крупное исследование, проведенное спутником WISE, выявило пять красных спиральных галактик, у которых комбинация светимостей MIR и низкого ультрафиолета не соотносятся с простыми наблюдениями высоких темпов звездообразования. Традиционное объяснение подобных наблюдений вроде присутствия крупных количеств внутренней пыли, впрочем, не исключается. Такие своеобразные объекты заслуживают последующих наблюдений, прежде чем мы сделаем однозначный вывод, могут ли они представлять сигнатуры доминирующих в галактике видов.

К сожалению, возможен такой вариант, что жизнь на основе биологического интеллекта может составлять лишь краткий этап в эволюции сложности, за которым следует так званая «сингулярность» — доминирование искусственного, неорганического интеллекта. Если это действительно так, самую развитую жизнь надо искать не на поверхности планеты (гравитация поможет в развитии биологической жизни, но для другой будет обузой). Скорее ее надо искать на бочке с топливом, к примеру, звезде, из энергетических соображений. И если уж такие разумные машины будут обмениваться сигналами, вряд ли мы распознаем его с помощью наших относительно примитивных органических мозгов.

Это может объяснить парадокс Ферми. Если этот сценарий справедлив, наши шансы на обнаружение простой жизни по биосигнатурам может быть куда выше шансов обнаружить разумных инопланетян. И тогда конечная цель обнаружить продвинутый интеллект, биологический или нет, будет еще интереснее для выполнения.

И самое интересное в том, что, возможно, впервые в истории человечества мы находимся в двух-трех десятилетиях от ответа на вопрос «одиноки ли мы?». Учитывая то, что ответ на этот вопрос может заставить нас пересмотреть сами основы нашего существования, его значимость сложно переоценить. В конце концов, мы никогда не узнаем, если не будем искать.