Может ли жизнь появиться не на планете, а в космическом пространстве?

Когда мы думаем о том, существуют инопланетяне или нет, мы обычно представляем их на планете, похожей на Землю, которая вращается где-нибудь у далекой звезды. Едва ли кто задумывается о том, что они живут в самом космосе. Но эта идея имеет право на жизнь. В апреле 2016 года ученые еще больше убедились в том, что ключевые элементы жизни могут появиться из простых веществ в сомнительных для жизни условиях межзвездного пространства.

Корнелия Майнерт из Университета Ниццы во Франции и ее коллеги показали, что смесь замерзшей воды, метанола и аммиака — все эти соединения в изобилии имеются в «молекулярных облаках», где образуются звезды — могут превращаться в самые разные молекулы сахаров под воздействием ультрафиолетовых лучей, которые также наполняют космос. Среди этих сахаров и рибоза, часть ДНК-подобной молекулы РНК.

Из этого следует, что фундаментальные молекулы жизни могут быть сформированы во внешнем космосе, а после попасть на планеты вроде Земли автостопом, вместе с ледяными кометами и метеоритами. Ну и что, спросите вы? Мы десятилетиями знали, что прочие строительные блоки жизни могут выходить из химических реакций вроде этой, а после попадать в кометы, астероиды и планеты. Но не все так просто. Возможно, самой жизни не нужна теплая и уютная планета, купающаяся в лучах солнца, чтобы зародиться. Если сырые ингредиенты находятся в подвешенном состоянии в космосе, может ли жизни зародиться из них?

Идеи о происхождении жизни нечасто рассматривают такой сценарий. И без того сложно выяснить, как жизнь зародилась на ранней Земле, не говоря уж об условиях, в которых температуры близки к абсолютному нулю, а вместо атмосферы почти полный вакуум.

Создать основные строительные блоки жизни, сахара и аминокислоты — это еще самое простое. Есть масса химически возможных способов это сделать, имея в наличии хотя бы простые молекулы юных солнечных систем.

Куда сложнее заставить эти сложные молекулы собраться в нечто, способное поддерживать такие жизненные процессы, как воспроизводство и метаболизм. Никто никогда такое не делал. Никто не предлагал возможного способа это сделать — даже в самой уютной лабораторной среде, не говоря уж о самом космосе.

И все же нет никаких причин, почему жизнь не могла бы появиться далеко от какой-либо звезды, где-нибудь в бесплодной пустыне межзвездного пространства. Совсем наоборот.

Но сначала нам нужно договориться о том, что считать «жизнью». Ведь совсем не обязательно искать что-нибудь знакомое. Например, можно представить что-нибудь вроде Черного Облака в одноименном классическом фантастическом романе Фреда Хойла 1959 года: некий живой газ, который плавает в межзвездном пространстве и с удивлением обнаруживает жизнь на планете. Правда, Хойл не предложил внятного объяснения, как газ без определенного химического состава мог бы стать разумным. Пожалуй, мы будем представлять что-нибудь более твердое.

Хотя мы не можем быть уверены, что вся жизнь основана на углероде, как у нас на Земле, есть все основания полагать, что так и есть. Углерод намного более гибкий строительный блок для сложных молекул, чем тот же кремний, второй по популярности теоретический базис для жизни. Ученые любят рассуждать о том, какой могла бы жить инопланетная биохимия на основе кремния, в первую очередь.

Астробиолог Чарльз Кокелл из Университета Эдинбурга в Великобритании считает, что основа жизни на Земле — углерод и необходимость воды — «отражает универсальную норму». Он признает, что его взгляд несколько консервативен, а это наука, как правило, отвергает. Но давайте возьмем условную жизнь на углероде. Как она могла бы зародиться в условиях глубокого космоса?

С химической основой все понятно. Как и сахара, жизни на Земле нужны аминокислоты, строительные блоки белков. Но мы знаем, что они могут быть образованы и в космическом пространстве, поскольку их находят в «примитивных» метеоритах, которые никогда не видели поверхности планеты.

Они могут появляться в ледяных гранулах в процессе химической реакции под названием синтез Штреккера, названного в честь немецкого химика 19 века, который его открыл. В этой реакции участвуют простые органические молекулы, кетоны или альдегиды, в сочетании с цианистым водородом и аммиаком. В качестве альтернативы для инициации предлагается химия в сочетании с ультрафиолетовым светом.

На первый взгляд кажется, будто этим реакциям нет места в глубоком космосе, поскольку нет источников тепла или света, чтобы их подтолкнуть. Молекулы, которые сталкиваются между собой в холодных, темных условиях, не имеют достаточно энергии, чтобы началась химическая реакция. Они словно пытаются перепрыгнуть барьер, который слишком высок для них.

Но в 1970-х годах советский химик Виталий Гольданский показал обратное. Некоторые химические вещества могут реагировать даже будучи охлажденными до температуры в четыре градуса выше абсолютного нуля — это почти как температура самого космоса. Все, что им нужно, это помочь высокоэнергетическим излучением вроде гамма-лучей или электронных лучей — космических лучей, которые проносятся через весь космос.

При таких условиях, как обнаружил Гольданский, формальдегид, распространенная в молекулярных облаках молекула на основе углерода, может собираться в полимерные цепочки в несколько сотен молекул длиной. Гольданский полагал, что такие космические реакции могли бы помочь молекулярным строительным бокам жизни собраться из простых ингредиентов, цианистого водорода, аммиака и воды.

Заставить же подобные молекулы слиться в более сложные формы намного труднее. Высокоэнергетическое излучение, которое могло помочь начаться первым реакциям, теперь становится проблемой. Ультрафиолет и другие формы излучения могут вызывать реакции, подобные тем, что продемонстрировала Майнерт. Но Кокелл говорит, что они будут так же разбивать молекулы, как и собирать. Возможные биомолекулы — предшественники белков и РНК, например, — будут разбиваться на части быстрее, чем производиться.

«В итоге рождается вопрос: сможет ли совершенно чужеродная среда обеспечить появление и рост самовоспроизводящихся химических систем, которые смогут развиваться», говорит Кокелл. «Не вижу причин, почему это не могло бы произойти в очень холодных условиях или на поверхностях ледяных гранул, но вообще, сомневаюсь, что в таких условиях могут появиться очень сложные молекулы».

Планеты предлагают два более мягких источника энергии: тепло и свет. Жизнь на Земле зависит от солнечного света, поэтому не будет лишним предположить, что жизнь на «экзопланетах» возле других звезд также будет опираться на энергетические резервы своих собственных светил.

Жизненно важное тепло также есть везде. Некоторые ученые считают, что первая жизнь на Земле полагалась не на солнечный свет, а на вулканическую энергию, которая выходила из недр планеты, а также на горячие источники в глубоком море. Даже сегодня эти источники извергают богатое минералами теплое варево.

Тепло есть также на крупных спутниках Юпитера. Оно рождается в процессе действия мощных приливных сил, которые оказывает на спутники гигантская планета, сжимающая недра лун и нагревая их в процессе внутреннего трения. Эти приливные энергии приводят к тому, что на ледяных спутниках Европа и Ганимед тают океаны, а Ио вообще обладает самой мощной вулканической системой в Солнечной системе.

Трудно представить, как молекулы, вынужденные прятаться в ледяных гранулах межзвездного пространства, могли бы найти эту заботливую энергию. Но ведь могут быть и другие варианты?

В 1999 году планетолог Дэвид Стивенсон из Калифорнийского технологического института предположил, что галактики могут быть полны «блуждающих планет», которые плавают за пределами звездных окрестностей, слишком далеко от своей родительской звезды, чтобы почувствовать ее гравитацию, тепло или свет.

Эти миры, говорил Стивенсон, могли сформироваться как и обычная планета, близко к звезде, в ее среде из газа и пыли. Но затем гравитационный буксир крупных планет вроде Юпитера или Сатурна привел к тому, что планеты ушли со своих траекторий и были выброшены в пустое пространство между звездами. Может показаться, что их ждет холодное и бесплодное будущее. Но Стивенсон утверждал, что напротив, эти планеты-изгои могут быть «наиболее распространенными живыми мирами во Вселенной» — поскольку они могут оставаться достаточно теплыми, чтобы поддерживать существование жидкой воды под землей.

Все твердые планеты внутренней Солнечной системы имеют два внутренних источника тепла.

Во-первых, каждая планета имеет огненное ядро, еще горячее после образования. Во-вторых, радиоактивные элементы. Они разогревают недра планеты в процессе распада — кусок урана теплый на ощупь. На Земле радиоактивный распад внутри мантии отвечает за половину общего нагрева.

Изначальное тепло и радиоактивный распад внутри твердых блуждающих планет может согревать их миллиарды лет — возможно, достаточно, чтобы планеты оставались вулканически активными и чтобы хватало энергии для начала жизни.

Планеты-изгои также могут иметь плотные, удерживающие тепло атмосферы. По сравнению с газовыми гигантами вроде Юпитера и Сатурна, атмосфера Земли тонкая и хрупкая, поскольку тепло и свет Солнца уносит прочь легкие газы вроде водорода. Меркурий же так близко к Солнцу, что у него вообще нет никакой атмосферы.

Но на блуждающих планетах размером с Землю, которые будут далеко от влияния родной звезды, может остаться и первичная атмосфера. Стивенсон подсчитал, что температуры и давления на такой планете будет достаточно, чтобы поддерживать воду в жидком состоянии на поверхности даже в отсутствие какого-либо солнечного света.

Более того, планеты-изгои не будут подвержены падениям крупных метеоритов, как когда-то Земля. Они могут быть выброшены из родной солнечной системы даже со своими спутниками на поводке, которые впоследствии обеспечат некоторый нагрев за счет приливных сил.

Даже если у такой планеты нет плотной атмосферы, она все еще может быть обитаемой.

В 2011 году планетолог Дориан Эббот и астрофизик Эрик Швитцер из Университета Чикаго подсчитали, что планеты в три с половиной раза больше Земли могут быть покрыты толстым льдом целиком. Под ним будет океан жидкой воды на много километров ниже поверхности, согретый недрами.

«Общая биологическая активность будет ниже, чем на планете вроде Земли, но вы все еще можете что-нибудь найти», говорил Эббот. Он надеется, что когда космические зонды исследуют подповерхностные океаны ледяной луны Юпитера в ближайшие десятилетия, мы узнаем больше о возможности существования жизни на ледовитых планетах.

Эббот и Швитцер называют эти потерянные миры «планетами Степпенвольфа», поскольку «любая жизнь на таких мирах будет подобна одинокому волку, блуждающему по галактической степи». Срок обитаемости жизни на такой планете может быть до 10 миллиардов лет или около того, подобно тому, что на Земле, говорит Эббот.

Если он прав, за пределами нашей Солнечной системы могут быть блуждающие планеты в межзвездном пространстве, а на них — инопланетная жизнь. Обнаружить их на таком расстоянии, крошечные и темные, будет очень сложно. Но если повезет, такая планета может пройти на расстоянии тысяч а. е. (расстояние от Земли до Солнца) и отразить крошечное количество солнечного света. Мы могли бы попытаться увидеть ее с нашими современными телескопами.

Если жизнь может образоваться и выжить на межзвездной планете Степпенвольфа, говорят Эббот и Швитцер, из этого можно сделать простой вывод: жизнь должна быть повсюду во Вселенной. Да, жизнь на них будет чертовски странной. Представьте себе купание в теплых вулканических источниках под вечной ночью, как зимой в Исландии. Но для тех, кто больше ничего не знает, это будет похоже на дом.