Можливість існування інопланетян уперше з фантастики стає наукою. Коли ми їх знайдемо?
Вперше в історії питання існування позаземних форм життя вийшло за межі філософії та наукової фантастики.
Розповідь ВВС Earth Прочитати оригінал цієї статті англійською мовою ви можете на сайті BBC Earth.
Кріс Маккей розпочав свої пошуки позаземного життя у 1976 році, коли на Марс сіли "Вікінг-1" і "Вікінг-2". Перша посадка на Марс – це, безперечно, важлива подія, але Кріса – тогочасного першокурсника магістратури – вона особливо схвилювала, бо спускові апарати знайшли те, що можна було прийняти за ознаки життя на червоній планеті.
Космічні апарати зафіксували, що щось у ґрунті – можливо, мікроби – поглинає поживні елементи і виробляє гази, наприклад, діоксид вуглецю. Але коли інструменти не виявили жодних органічних молекул, які є будівельним матеріалом будь-якого організму, вчені зробили висновок: ні, чужинців тут немає.
Однак деякі науковці, зокрема Кріс Маккей, донині сумніваються у тлумаченні даних з "Вікінгів", які, однозначно не доводячи існування життя на Марсі, водночас дуже інтригують. Щодо Маккея, нині планетолога у Дослідницькому центрі Еймса – підрозділі НАСА, ці дані спонукали його заглибитись в астробіологію, попри застереження з боку інших науковців. "Мені не просто цього не радили, – пригадує він, – з мене відверто глузували через захоплення цією галуззю науки".
Сорок років по тому, він може потішитись тим, як змінились думки у науковій спільноті. Космічні кораблі-роботи і далі досліджують сонячну систему, відвідуючи планети, супутники й астероїди – і знаходять водянисті середовища, де могло б існувати мікробне життя.
Існування живих чужинців у Сонячній системі, не лише на Марсі – це реальна можливість.
За межами Сонячної системи астрономи знайшли тисячі світів. За їхньою оцінкою, лише у нашій Галактиці можуть бути сотні мільярдів планет. Багато з них можуть бути подібними до Землі, з океанами, атмосферою і, так, життям.
Найближчими десятиліттями, за допомогою нових роботів і телескопів, науковці планують продовжувати пошуки ознак життя у Сонячній системі та за її межами. "Є немалий шанс, що вже на початку 2030-х років ми знайдемо землеподібні планети і докази життя на них", – стверджує Джим Кастінг, планетолог з Університету штату Пенсильванія, США.
Вперше в історії людства вчені мають план і можливість дізнатися, чи ми не одні. "Це прекрасно, що наука врешті матиме що сказати по цьому питанню, не лишаючи його виключно філософії, – каже астроном Джейсон Райт, також з Університету штату Пенсильванія. – Так, це питання і досі непросте, але воно непереборно нас вабить".
Завойовники галактик
Безсумнівно, з усіх форм інопланетного життя нам найбільше хотілося б знайти істот розумних: таких, як у фільмі "Інопланетянин" або романі Карла Сагана "Контакт". Попри інцидент у Розвеллі та події фільму "Зона 51", таких близьких зустрічей ще не відбулося. Втім, науковці прагнуть до них вже багато десятиліть, намагаючись зловити радіосигнали з віддалених цивілізацій. Сьогодні, наприклад, інститут SETI використовує для прослуховування сигналів антенну решітку Аллена.
Нещодавно пан Райт очолив проект пошуку високорозвинених цивілізацій, які б колонізували цілі галактики. У 1960-х роках фізик Фрімен Дайсон висунув ідею про те, що чужинці можуть задовольняти енергетичні потреби своєї цивілізації через енергію від зірок своїх планет. Від споживання цієї енергії – для живлення комп’ютерів, космічних кораблів тощо – випромінюється тепло, подібно до того, як нагрівається ваш комп’ютер під час використання. Якби така цивілізація захопила якусь галактику, ця галактика випромінювала б більше тепла, і за цією ознакою її можна було б знайти.
Ретельно вивчивши знімки 100 тисяч галактик, зроблені орбітальним телескопом WISE, команда Райта нічого не знайшла. Але такий метод виявив би лише передову чужинську цивілізацію – завойовника галактик. Можливо, чужинці обмежуються своїми планетами? Щоб це з’ясувати, каже пан Райт, треба детальніше дослідити кожну галактику, шукаючи всередині регіони, які продукують більше тепла. "Це було б дуже дивно, – каже він. – Не думаю, що цьому можна було б знайти природне пояснення".
Тим не менше, мрія знайти розумних чужинців видається нездійсненною. Врешті-решт, життя на землі існує близько 3,5 мільярдів років, а розумне життя (звісно, якщо вважати людей розумними) – лише останні 200 тисяч років. Більшу частину земної історії, нашу планету населяли лише примітивні мікроорганізми. Якщо ми і знайдемо десь життя, скоріше за все воно буде мікробним. Не виключено, що це станеться прямо в нашому "космічному дворі".
Інопланетні сусіди
Одне з місць цікавих потенційних досліджень – Титан, найбільший супутник Сатурна. Він має щільну атмосферу і єдиний з тіл сонячної системи вкритий морями і озерами – щоправда, заповнені вони не водою, а рідким метаном. Науковці переконані, що рідина важлива для життя, але це може лише означати, що істоти на Титані суттєво відрізняються від землян.
Це не значить, що життя там неможливе – хіба що менш імовірне. Живим істотам на Титані також довелося б виносити надзвичайно холодну температуру – близько -180 градусів за Цельсієм.
Для життя у відомому нам розумінні цього слова, найважливіший інгредієнт – це рідка вода. А космічні кораблі раз у раз переконуються, що Сонячна система досить мокра. У березні, спостереження телескопу "Габбл" дозволили припустити, що під поверхнею Ганімеда, найбільшого супутника Юпітера, знаходиться океан. Прямо зараз, космічний апарат Dawn знаходиться на орбіті Церери, карликової планети в поясі астероїдів, яка на 40% складається з води (за об’ємом) і теж, можливо, містить ґрунтовий океан.
Серед інших можливих прихистків життя – Марс, супутник Сатурна Енцелад і супутник Юпітера Європа. Щодо Марса, найімовірніше, що життя існувало на ньому в минулому, коли ця планета була теплою й повною рік і озер. Сьогодні Марс пустельний і негостинний для живих істот.
Утім, мікроорганізмам, можливо, вдається якось існувати під його поверхнею. "На мою думку, шанси існування життя на Марсі – десь 50/50", – каже пан Кастінг. Та якщо воно й існує, то певно, не менше ніж у кілометрі глибини, де досить тепло, щоб вода приймала рідку форму. Однак, щоб точно це підтвердити, необхідно, щоб туди прибули астронавти і пробурили свердловину.
Для виявлення життя на Європі також необхідні свердловини. Потенційно заселений тамтешній океан вкритий товстим шаром льоду – можливо, кілька кілометрів завтовшки. Вчені вже багато років хочуть відвідати Європу і, можливо, скоро матимуть такий шанс. Проект бюджету на 2016 рік, поданий Білим домом, включає 30 мільйонів доларів на цю космічну місію. Та висадитись і пробурити свердловину складно і дорого, тому, навіть якщо місію і затвердять, напевно, вона полягатиме лише у дослідженнях з космосу.
Ось чому пан Маккей вважає, що краще спрямувати зусилля на Енцелад, який теж, імовірно, має підземний океан. "З усвідомленням того, яка важка Європа і наскільки недоступний її океан, людей більше вабитиме Енцелад", – каже він. Нещодавно він брав участь у розробці пропозиції місії НАСА на Енцелад.
Пейзаж на інших планетах часто морозний
Цей крижаний супутник став першочерговою принадою для дослідників у 2009 р., коли космічний апарат Cassini помітив струмені води, що били на сотні кілометрів у космос. Ці струмені, що виходять прямо з ґрунтового океану, можуть містити прямі докази життя. "Лишається тільки пролетіти крізь струмені води з Енцелада, – каже пан Маккей. – Це найкращий шанс виявити, чи є там життя". Й бурити нічого не потрібно.
Молекули життя
Така місія, спрямована на виявлення чужинців, звертала б увагу на два типи молекул: ліпіди та амінокислоти. Ліпіди включають жири та олії; вони є важливими для структури і функціонування клітин. Амінокислоти ж – це будівельний матеріал для білків.
Цікаво, що амінокислоти існують у двох варіантах, що є дзеркальним відображенням одне одного, як ліва рука і права. З 20 амінокислот, що утворюють життя на землі, 19 є лівосторонніми. Амінокислоти біологічного походження, певно, мають переважно ту саму орієнтацію, міркують науковці. Знайдення таких молекул було б явним натяком на існування життя. "Це був би джекпот!" – мріє пан Маккей.
Утім, він визнає, що цей сценарій межує з фантастикою. Мікроорганізми можуть не датися так легко у руки, або їх може взагалі там не бути. Космічні місії потребують часу і фінансування, тому, якщо один корабель нічого не знайде, на наступну спробу доведеться чекати багато років.
Можливі, вищі шанси на успіх лежать поза межами нашої Сонячної системи, серед мільярдів інших планет у Галактиці. Місія до Сонячної системи може відвідати лише одне місце за раз, тоді як космічний телескоп легко може осягати десятки чи навіть сотні потенційно заселених світів. Замість ліпідів чи амінокислот, такі телескопи шукатимуть інші молекули: кисень та інші гази, що свідчать про присутність живих чужинців.
Винюхування чужинців
Після безперечного успіху космічного телескопа "Кеплер", який відкрив тисячі планет, у 2017 р. НАСА запланувало запустити телескоп TESS (англ. Transiting Exoplanet Survey Satellite). Як і "Кеплер", TESS шукатиме планети, які обходять свої зірки, проявляючись як цятки тіні на світлі від зірки. Але, на відміну від "Кеплера", TESS зосередить пошуки на планетах, ближчих до Землі, які, відповідно, буде легше досліджувати, зокрема з метою виявлення життя.
Науковці, що "полюють" на чужинців, особливо зраділи новинам про TESS, оскільки згідно з планами він здійснюватиме попередній відбір планет для дослідження телескопом Джеймса Вебба, який після запуску у 2018 р. обшукуватиме ці планети на предмет наявність атмосферних газів, що можуть свідчити про життя.
Ідея ось у чому: коли планета знаходиться у позиції перед зіркою, частина світла від зірки проникає в атмосферу планети, що видно як тонкий контур навколо диску планети. Залежно від її хімічного складу, атмосфера поглинає світлові хвилі певної довжини. Вимірявши, які хвилі через неї проходять, астрономи можуть ідентифікувати гази, з яких складається атмосфера.
Астрономи вже досліджували атмосфери різних планет за допомогою "Габбла", і дієвість їхніх методів була підтверджена. Однак потужніший телескоп Джеймса Вебба дозволить ще детальніше аналізувати склад атмосфер.
Один з газів, який вони сподіваються знайти, – це кисень, який недовго затримується на самоті, прагнучи вступити в реакції з іншими речовинами. Отже, щоб підтримувати в атмосфері значну кількість кисню, планеті необхідно щось для поновлення його запасів – щось живе. На Землі це завдання виконують рослини і бактерії.
Порівняно з дослідженнями Марса чи навіть Енцелада, це видається ймовірнішим способом знайти життя. "Якби я сьогодні робив ставки, я б поставив на знайдення кисню на якійсь з екзопланет", – каже пан Маккей. Але кисень – це лише один газ. Земляни, наприклад, виробляють тисячі різних газів (згадайте лише всі запахи від людей, тварин і рослин). Втім, лише кілька з них продукуються в достатній кількості, щоб їх можна було виявити з космосу, тож астрономи намагаються з’ясувати, які гази можна вважати надійним показником існування життя. Серед номінантів – метан і діметилсульфід, які на Землі виробляються фітопланктоном.
Звісно, виявлення газів ще не дорівнює виявленню життя. Неживі речі, наприклад, термальні джерела і вулкани, можуть видавати на-гора багато з тих самих речовин. Щоб визначити, чи має певний газ біологічне походження, астрономи мають дослідити хімічні та інші властивості планети.
Навіть за позитивного результату, за відсутності повідомлень від інопланетян, астрономи зможуть стверджувати лише про більшу чи меншу ймовірність інопланетного життя. "Ми не будемо точно впевнені, що життя там існує, але зможемо опрацювати всі можливі сценарії та визначити ймовірність цього", – каже Сара Сіґер, астроном з Массачусетського технологічного інституту.
Телескоп Джеймса Вебба проходить випробування перед запуском у космос
Інша проблема – ніхто не знає, які форми може мати інопланетне життя, тож всі гіпотези так чи інакше оперують земними біологічними ознаками. "Не можна мислити занадто вузько і шукати лише щось подібне до земних форм, – каже пан Райт. – Водночас не можна спиратись на надто розмиті узагальнення, коли ти сам не знаєш, чого шукаєш".
Щоб вийти за обмеження земних уявлень, пані Сіґер хоче ідентифікувати усі гази, що можуть стабільно існувати в атмосфері у достатній кількості, незалежно від того, чи виробляються такі гази на Землі. Щоб виявити, чи можна вважати їх надійними ознаками життя, вони працюватиме у зворотному порядку, реконструюючи біологічні процеси, через які ці гази утворилися, і таким чином встановлюючи їхнє джерело.
Час діяти
Якщо телескоп Джеймса Вебба виявить життя, це буде велика удача. Його розробляли за багато років до того, як астрономи дізналися, що у Галактиці мільярди планет; відповідно, він не призначений для пошуків планет і чужинців.
TESS знайде тисячі планет, але лише деякі з них будуть придатні для дослідження телескопом Джеймса Вебба. Для цього планета не повинна бути надто малою порівняно зі своєю зіркою. Інакше потужне світло від зірки засліпить тінь від планети, і видимість атмосфери буде мізерно малою. За порівнянням пані Сіґер, дослідження планети на фоні зірки схоже на дослідження світлячка у світловому потоці прожектора, з відстані у півтори тисячі кілометрів.
"Це буде непросто, – каже вона. – Ми матимемо хіба жменьку планет, придатних для пошуків життя".
Телескопи Джеймса Вебба і TESS обмежені уже самою необхідністю дочекатись, поки планета пройде перед зіркою – а такий збіг циклів не завжди можливий. Якщо телескоп Джеймса Вебба нічого не виявить, доведеться чекати спеціально розробленого телескопа, який не залежатиме від орбітальних рухів.
Такий телескоп зможе роздивлятись планету безпосередньо, але для цього необхідно якось заблокувати світло від зірки цієї планети. Пані Сіґер якраз працює над розробкою, що потенційно це уможливить. Це окремий корабель, який отримав назву Starshade ("Зоряна тінь"); він розгортається, як парасоля, блокуючи світло від зірки і дозволяючи окремому космічному телескопу роздивлятись планету.
При успіхові цього проекту, телескоп зможе дослідити планету розміром приблизно як Земля, що рухається по орбіті зірки розміром з Сонце. TESS на це нездатний, бо яскравість такої зірки засліплює і не дозволяє бачити планету. Науковці отримають доступ до більшої кількості потенційно заселених планет, до того ж порівнянних з Землею, і шанси на знайдення життя зростуть. "Якщо ми матимемо такий телескоп, гадаю, у нас будуть хороші шанси на успіх", – погоджується пан Кастінг.
Зрештою, сама лише величезна кількість та різноманітність планет – уже хороша підстава для оптимізму у пошуках інопланетного життя. "Ми знаємо, що у планет є атмосфери, ми вже багато які з них дослідили, тож вперше в історії ми маємо унікальні можливості, – підсумовує пані Сіґер. – Проґавити їх буде нерозумно".
