Еще одно обобщение касается природы звезд, вокруг которых вращаются экзопланеты, и заставляет нас иначе отнестись к возможности существования во Вселенной других обитаемых миров, кроме нашего. Размышляя о жизни в планетных системах, мы опираемся на представление о том, что многие из звезд в них относятся к тому же типу, что и Солнце. Но еще большее число звезд, о которых известно, что вокруг них вращаются планеты (возможно, потому, что их малая масса облегчает обнаружение их планет), являются красными карликами с малой светимостью. Они обычно излучают в десятки раз меньше энергии, чем Солнце, имеют около четверти его массы, трети его диаметра и температуру поверхности в два раза ниже. Красные карлики — самый распространенный тип звезд в нашей галактике, но из-за низкой светимости их трудно обнаруживать за пределами ближайшего окружения. Небольшое количество излучаемой энергии, даже с учетом их небольшой массы, дает им важное преимущество — красные карлики имеют самый большой срок жизни, измеряемый триллионами лет, в отличие от звезд типа Солнца, которые живут какой-то десяток миллиардов лет. Неудивительно, что планеты вокруг красных карликов вращаются на сравнительно небольших расстояниях. У многих из них период обращения измеряется часами, а диаметры орбит намного меньше диаметра орбиты Меркурия. Но самая важная особенность многих из этих планет, имеющая решающее значение для перспектив существования жизни, — температура на их поверхности сравнима с земной. Вращаясь вокруг тусклой красной звезды по орбите с очень малым диаметром, планета может получать столько же тепла, сколько получает планета, вращающаяся по орбите с бо́льшим диаметром вокруг гораздо более яркой звезды.
Нам, жителям XXI века, доступна роскошь знания основных фактов о планетах Млечного Пути. Мы знаем, каковы их размеры, массы, температуры на поверхности, а также формы, размеры и периоды их орбит, и можем быть уверенными в данных. Многие из этих планет можно назвать планетами земного типа, которые находятся на орбитах, близких к земным, и обращаются вокруг звезд, подобных Солнцу. Почти все они расположены в пределах нескольких сотен световых лет от Солнечной системы, на расстояниях менее одной сотой расстояния до основной массы звезд нашей галактики.
Что могут сказать нам эти знания? Возможно ли, чтобы на обнаруженных нами экзопланетах однажды появилась и эволюционировала жизнь? И, что не менее важно, можем ли мы делать выводы о вероятности более широкого ее (и даже развитых цивилизаций) распространения, например, в более обширных пределах Млечного Пути и за его пределами?
С другой стороны, открытие большого числа экзопланет позволило избавиться от мнения, бытовавшего всего одно поколение назад, — что если где-то еще в нашей галактике и зародилась жизнь, то таких мест не может быть много и они сильно удалены друг от друга. Как оказалось, Млечный Путь и, предположительно, другие галактики тоже изобилуют множеством разнообразных космических «лабораторий», и молодых, и очень старых, в которых могла зародиться и достичь небывалого расцвета жизнь. Но огромные расстояния даже до ближайших к нам космических соседей уничтожают всякую надежду посетить какие-либо из этих мест, поэтому мы вынуждены продолжать следовать проторенным астрофизиками путем и расширять свои знания, получая дополнительную информацию благодаря более точным наблюдениям.
Наиболее яркие признаки обитаемости других миров должны находиться в их атмосферах. В последующих главах мы обсудим, опираясь на наше нынешнее понимание процессов зарождения жизни, какими должны быть планеты, чтобы на них могли появиться живые организмы. Например, на них должна иметься жидкость, в которой могут плавать и взаимодействовать молекулы. А для существования жидкости на поверхности твердого объекта, в свою очередь, должна образоваться атмосфера, состав которой будет меняться с появлением форм жизни. На Земле, например, живые организмы обогатили атмосферу кислородом. Цивилизация тоже внесла свои изменения, и не самые лучшие, учитывая, насколько наша планета загрязнена, но мы героически боремся, чтобы это изменить, хоть пока и проигрываем в этой битве.
Как же отличить атмосферу с естественным содержимым от атмосферы с компонентами, созданными жизнью? Один из очевидных способов — сравнить измерения, полученные в разное время. Если обнаружатся две или более составляющие, которые не должны существовать одновременно, то мы можем сделать вывод, что что-то постоянно их привносит. Это «что-то» может быть живым. Если использовать в качестве примера нашу собственную планету, то наиболее вероятными компонентами атмосферы, которые могли бы подсказать инопланетному уму, что у нас есть жизнь, были бы молекулы кислорода и метана. Без постоянного пополнения запасов молекулы метана вскоре вступят в химическую реакцию с кислородом (которого примерно в сто тысяч раз больше) и исчезнут. Тот факт, что в нашей атмосфере сохраняется небольшое, но обнаружимое количество метана, свидетельствует о присутствии на поверхности Земли живых организмов, в первую очередь коров и других жвачных животных, которые постоянно выделяют этот газ. (Поскольку метан задерживает тепло гораздо эффективнее, чем углекислый газ, даже небольшое, но растущее его количество способствует глобальному потеплению, угрожающему нашей окружающей среде.)
Благодаря запуску космического телескопа Уэбба мы можем лучше изучить экзопланеты — например, его спектроскопические возможности способны раскрыть дополнительные подробности о составе их атмосфер. К сожалению, даже с его помощью невозможно обнаружить одновременное существование кислорода и метана. Конечно, другие формы жизни могут иметь совершенно другой метаболизм, настолько отличный от присущего жизни на Земле, что мы не сможем обнаружить их по этому признаку. Тем не менее астрофизики нацелены именно на поиски двух этих составляющих. На данный момент мечта остается несбыточной, требуя возможностей, превосходящих те, которые имеются у телескопа Уэбба, и ждет появления нового поколения космических аппаратов для более углубленного исследования атмосфер или получения детальных изображений экзопланет, которые могли бы напрямую доказать существование жизни. Если когда-либо астрофизики смогут достичь в этом успеха, их достижение будет названо великим, а их самих возведут в ранг героев.
Часть IV. Возникновение жизни
Глава 13. Жизнь во Вселенной
Наши исследования Вселенной привели нас, как и следовало ожидать, к самой заповедной и, пожалуй, самой великой тайне на свете — возникновению жизни и в особенности тех ее форм, с которыми нам когда-нибудь, возможно, доведется наладить общение. Веками