«Зона жизни» в космосе...

«Зона жизни» в космосе: основные темы европейской Недели астрономии и наук о космосе.

Поиск инопланетной жизни привлекает не только широкую публику, но и ученых; главный его приоритет — жизнь земного типа, с которой можно было бы наладить культурный, а то и торговый обмен. Впрочем, найти чуждую нам жизнь, зародившуюся где-нибудь в озерах холодного этана, вспоенную метановыми дождями, было бы не менее интересно. За последние несколько лет благодаря появлению новых приборов и новых методик расчета астрономы добились таких успехов, что уже вполне серьезно можно надеться: в течение десяти лет мы найдем внеземную жизнь. Подробный разговор про космические чудеса, экзопланеты и другие необходимые условия для жизни астрономы вели в конце апреля 2009 года на Европейской неделе астрономии и наук о космосе в Хартфордширском университете. Вот несколько тем, которые там были обсуждены. 

Биохимия Вселенной 
Всем известно, что для земной жизни нужна вода. Оказывается, это вещество было во Вселенной всегда: доктор Джон Мак-Кин из Нидерландского института радиоастрономии нашел ее не где-нибудь, а в джетах — потоках вещества, которое с огромной скоростью вылетает из того, что хочется назвать полюсами черной дыры. В данном случае это была сверхмассивная дыра в центре далекой галактики MG J0414+0534, свет от которой шел до нас 11,1 миллиарда лет. Мы видим ее такой, какой она была вскоре после возникновения Вселенной. Плотность воды в джете оказалась столь велика, что ее молекулы сформировали мазер — аналогичный лазеру усилитель лучей микроволнового диапазона. Яркость далекого мазера в десять тысяч раз превосходит яркость Солнца, и, по мнению авторов открытия, такие облака воды должны быть совсем не редкость. «Сейчас получается, что шанс встретить такое явление — один на миллион. Но я не верю, будто мы такие счастливчики: наверняка последующие наблюдения покажут, что эта вероятность гораздо выше», — говорит доктор Мак-Кин. <!--TBegin--><!--TEnd-->

Сложные органические соединения в межзвездном газе нашли ученые из ФРГ (Институт радиоастрономии им. Макса Планка и Кёльнский университет) и США (Корнелловский университет). Они изучали спектры излучения молекул, составляющих плотное облако горячего газа в области образования звезд, которая расположена вблизи центра нашей Галактики. И впервые нашли этиловый формиат С₂Н₅ОСНО, а также, что особенно важно, содержащее азот соединение н-пропил цианид C₃H₇CN. До сих пор в межзвездном пространстве находили менее сложные многоатомные молекулы: синильную кислоту HCN, гликолевый альдегид СН₂ОНСНО, метанол СН₃ОН или ацетилен С₂Н₂. 

Чтобы понять, откуда могут взяться крупные органические молекулы в такой малоплотной среде, как космическое пространство, ученые построили математическую модель и выяснили, что реакции синтеза должны идти на поверхности частиц покрытой льдом пыли, причем сложные молекулы собираются не из отдельных атомов, а из готовых функциональных групп. А раз так, то ничто не мешает собраться аналогичным по сложности аминокислотам. 

Радиоастрономы уже пытались найти в космосе простейшую из них — глицин NH₂CH₂COOH, правда, безуспешно. Открытие сложного цианида подсказывает: мельчайшие кирпичики жизни в космосе наверняка есть, надо лишь внимательнее смотреть на спектры, ведь чем сложнее молекула, тем хуже она светит. Говорят, что строящийся в пустыне Атакама радиотелескоп будет очень чувствителен и с легкостью различит искомые спектры среди множества линий. 

Потерянные планеты 
Подавляющее большинство найденных экзопланет — горячие либо холодные юпитеры и нептуны, то есть газовые и ледяные гиганты. Редко-редко улыбнется удача, и охотник за планетами встретит какую-нибудь сверхземлю — каменистую планету массой всего в несколько раз больше, чем у Земли. Однако похоже, что и многие из них никакие не земли, а остатки тех же нептунов, потерявших свои атмосферы, ледяные щиты и океаны. 

Как и все в мире, планетные системы подчиняются определенным закономерностям. А выявить эти закономерности можно, накопив статистику. Сейчас известно более 270 планетных систем. И у четверти с лишним из них имеются планеты, радиус орбиты которых не превышает 0,2 астрономические единицы (расстояние от Солнца до Земли). Закономерность же состоит в том, что подавляющее большинство этих планет имеет радиус орбиты в пределах 0,015—0,06 а. е., а ближе ни одной планеты не найдено. И чем старше звезда, тем дальше от нее расположена ближайшая планета. Расчет, проведенный учеными из Аризонского университета, показал, что когда-то были планеты и с меньшими радиусами орбит, просто они упали в звезду. Эту гипотезу легко проверить. Со временем скорость вращения звезды вокруг своей оси уменьшается. Однако при падении в нее планеты эта скорость резко возрастает. Например, Юпитер, упав в Солнце, уменьшил бы время обращения светила с 30 до 7 дней. И такие аномально быстро (для своего возраста) вращающиеся красные гиганты действительно есть. Другая примета — повышенное содержание металлов в звезде. 

А что будет с теми планетами, которые сейчас опасно близки к своим звездам? Если это газовый или ледяной гигант, то он с большой вероятностью потеряет всю свою атмосферу, и вот почему. Вокруг звезды существует так называемая полость Роша, попав внутрь которой небесное тело должно развалиться из-за приливных сил. При этом именно газовую оболочку приливные силы унесут в первую очередь. В результате уменьшится масса планеты и соответственно радиус Роша, и оставшееся каменистое ядро сможет еще долгие миллионы, а то и миллиарды лет крутиться поблизости от своего солнца. Возможно, такая судьба постигла открытую в 2009 году CoRoT-Exo-7b — самую маленькую среди известных экзопланет с радиусом в 1,7 раз больше земного, но в 5 с лишним раз тяжелее Земли. Эта, несомненно, каменистая планета, вращается на расстоянии 0,017 а. е. от звезды. Как говорит доктор Гельмут Ламмер из Института космических исследований Австрийской академии наук, юпитеры теряют свою атмосферу, подойдя к звезде на 0,015 а. е., а нептуны — на 0,045 а. е. 

Наличие множества планет, вращающихся почти вплотную к звезде, подсказывает, что огненная стихия не очень-то способна их уничтожить. Более того, есть планеты, которые благополучно прошли самую настоящую преисподнюю. Их обнаружил доктор Джей Фаризи с коллегам из Лестерского университета, которые изучали белых карликов — они получаются после взрыва подобных Солнцу звезд. Размером карлик с Землю, а светит сильно. Как же можно заметить у такого объекта планеты? Доктор Фаризи обратил внимание, что спектр некоторых карликов не совсем таков, как следовало из теории. Причина — падение пыли. А пыль может получиться от того, что какой-то астероид подлетел слишком близко к звезде и разрушился. Это может случиться, если его орбита искривится из-за взаимодействия с планетой. Значит, даже после взрыва у звезды могут остаться планеты, правда, вряд ли на них сохранится жизнь. Таких карликов с планетами предположительно один—три на сотню.

Зона жизни 
Живые существа, похожие на земные, могут существовать только на планете, попавшей в «зону жизни», — на таком расстоянии от звезды, где существует жидкая вода. И такие планеты найти удалось.

Две из них обращаются вокруг красного карлика Gliese 581, что в созвездии Весов на расстоянии 20,5 световых лет от Земли. У этой звезды самая большая экзопланетная система из ныне известных — в апреле 2009 года группа астрономов, возглавляемая главным охотником за планетами, Мишелем Майером из Женевской обсерватории, нашла там четвертую планету с массой всего в 1,9 раз больше земной (легчайшая из ныне найденных экзопланет.) Она вращается почти вплотную к звезде (видимо, это тоже ядро какого-нибудь нептуна), и жизни на ней нет. Зато открытие новой планеты заставило пересчитать орбиты трех ранее найденных. И оказалось, что две их них расположены в зоне жизни (см. рис.). Это Gliese 581с и Gliese 581 d (соответственно 0,3 и 0,4 массы Нептуна). На первой из них, если ее атмосфера схожа с земной, температура поверхности оказывается в пределах от 0 до 40°С. Наличие сразу двух планет в зоне жизни может породить два очень интересных мира, возможное взаимодействие которых наверняка вдохновит фантастов. А можно ли найти следы этой жизни, не отправляя экспедицию за десятки световых лет? 

Хиральность и инопланетяне 
Есть много способов найти следы жизни. Можно искать истлевшие кости или черепки горшков. Можно искать органику в образцах почвы. Можно искать радиосигналы в космосе. Давний автор «Химии и жизни» Г.А.Скоробогатов предлагал искать распределение каких-нибудь характеристик планеты по степенному закону — он соответствует искусственным объектам, в то время как все природные распределены по экспоненциальному. 

Ученые из американского Национального института стандартов и технологии во главе с Томом Гермером («Proceedings of the National Academy of Sciences», 20 апреля 2009) решили искать жизнь по проявлениям хиральности. Ход их рассуждений таков. 

В неживой среде все оптические изомеры должны присутствовать в равном количестве. При наличии жизни это правило будет нарушаться, ведь жизнь означает самокопирование во многих экземплярах. Значит, в копиях присутствуют только те оптические изомеры, которые имеются в оригинале. По мере развития жизни эти изомеры и будут доминировать на планете. В частности, на нашей планете доминируют левовращающие аминокислоты. При отражении света хиральные молекулы дают соответствующим образом поляризованный луч. Если их много, это скажется на спектре излучения планеты в целом. 

Макет прибора для изучения поляризации спектра отражения американские ученые построили и испытали его на растениях и микроскопических водорослях. Теория была подтверждена практикой — от них отражался поляризованный свет, который ни с чем нельзя было спутать. Далее при финансировании Научного института космических телескопов (STSI) и Европейского космического агентства планируется построить детектор, предназначенный для изучения небольших водоемов, а потом и крупных областей Земли. В случае успеха можно будет создать приставку для орбитального телескопа, предназначенную для поиска космических источников поляризованного света. 

И если такой источник удастся найти, да еще в районе звезды, обладающей планетами, да еще земного типа, то вопрос «одиноки ли мы во Вселенной?» потеряет свою актуальность. А вопрос о том, какая она, эта инопланетная жизнь, напротив, обретет научно-практическую значимость. 

Нельзя сказать, что американские исследователи придумали нечто принципиально новое. Изучать инопланетные спектры и искать их подобие в спектрах земных растений начал советский астроботаник — академик АН Казахстанской ССР Г.А.Тихов. Делал он это вскоре после войны по данным аэрофотосъемки и построил стройную гипотезу о ходе сезонных изменений растительного покрова на Марсе. Эта гипотеза считается отвергнутой, поскольку, согласно нынешним воззрениям, Марс меняет цвет своей поверхности из-за перемещения влаги в атмосфере, зато в результате этих работ были получены ценные данные для планирования сельского хозяйства. Возможно, новое применение давних идей Тихова поможет найти следы жизни на дальних мирах.

Известия Науки