Глава двадцать третья

Сказка о Златовласке и трех планетах

Жила-была солнечная система, и вот однажды – давным-давно, около четырех миллиардов лет назад, – она поняла, что уже почти сформировалась.

У самого-самого Солнца появилась Венера – и так близко была она к Солнцу, что энергия солнечных лучей испарила весь ее запас воды. А Марс был от Солнца далеко – и вся его вода замерзла. И только одна планета – Земля – оказалась от Солнца как раз на таком расстоянии – «в самый раз», – что вода на ней осталась жидкой, и поэтому на поверхности Земли смогла зародиться жизнь. Этот пояс вокруг Солнца стали называть обитаемой зоной.

Сказку про трех медведей рассказывают детям во многих странах, а в Англии ее героиню зовут Златовлаской. Она тоже любила, чтобы все было «в самый раз». В домике трех медведей одна миска с кашей была слишком горячая. Другая – слишком холодная. И только третья пришлась Златовласке «в самый раз». А еще в домике трех медведей было три кроватки, и одна была слишком жесткая, другая – слишком мягкая, а третья – «в самый раз», в ней Златовласка и уснула. Когда три медведя вернулись домой, то обнаружили не только пропажу каши из третьей миски, но и Златовласку, которая сладко спала в постели маленького медвежонка. Не помню, чем там все кончилось, но на месте трех медведей – всеядных хищников, находящихся на самом верху пищевой цепочки, – я бы Златовласку съел.

Златовласку, наверное, заинтересовала бы относительная пригодность Венеры, Земли и Марса для обитания, но на самом деле сюжет об этих планетах гораздо сложнее трех мисок с кашей. Четыре миллиарда лет назад поверхности планет еще вовсю бомбардировали богатые водой кометы и богатые минералами астероиды, пусть и гораздо реже, чем раньше. Во время этой партии в космический бильярд некоторые планеты мигрировали из родных мест поближе к Солнцу, а некоторых выбило на орбиты большего диаметра. А многие из десятков сформировавшихся планет оказались на нестабильных орбитах и упали на Солнце или на Юпитер. Еще несколько планет просто вышвырнуло из Солнечной системы. Оставшиеся в итоге единицы вращались именно на тех орбитах, которые оказались «в самый раз», чтобы пережить на них миллиарды лет.

Земля осела на орбите со средним расстоянием до Солнца примерно 150 миллионов километров. На этом расстоянии Земля перехватывает весьма скромную долю общей энергии, испускаемой Солнцем, – всего-то две миллиардные. Если предположить, что Земля впитывает всю эту энергию, то средняя температура нашей планеты составляет около 280 К, то есть 7 °C, – посередине между зимней и летней температурами. При нормальном атмосферном давлении вода замерзает при 273 К, а кипит при 373 К, так что, к вящей нашей радости, почти вся вода на Земле пребывает в жидком состоянии.

Однако не надо спешить. Иногда в науке получаешь верные ответы, исходя из неверных предпосылок. На самом деле Земля поглощает лишь две трети доходящей до нее солнечной энергии. Остальное земная поверхность (особенно океаны) и облачный покров отражают обратно в космос. Если добавить в формулу коэффициент отражения, то средняя температура Земли падает уже до 255 К, что куда как ниже точки замерзания воды. В наши дни должен действовать еще какой-то механизм, который удерживает среднюю температуру на более удобной отметке.

И снова не торопитесь. Все теории эволюции звезд говорят нам, что четыре миллиарда лет назад, когда из пресловутого первобытного бульона на Земле формировалась жизнь, Солнце было на треть тусклее, чем сегодня, значит, средняя температура Земли была ниже точки замерзания. Может быть, Земля в далеком прошлом была просто ближе к Солнцу? Однако после периода усиленных бомбардировок, который давно закончился, мы не знаем никаких механизмов, которые сдвигали бы стабильные орбиты в пределах Солнечной системы. Может быть, в прошлом парниковый эффект был сильнее? Наверняка мы не знаем. Зато знаем, что обитаемые зоны в первоначальном смысле этих слов имеют лишь отдаленное отношение к тому, может ли существовать жизнь на планетах, расположенных в границах этих зон.

Знаменитое уравнение Дрейка, на которое всегда ссылаются при поисках внеземного разума, позволяет дать приблизительную оценку того, сколько цивилизаций в принципе можно обнаружить в галактике Млечный Путь. Уравнение вывел в 60-е годы XX века американский астроном Фрэнк Дрейк, и в то время понятие обитаемой зоны было ограничено представлением о том, что планеты должны находиться от своей звезды на расстоянии, которое «в самый раз» подходит для существования жизни. Смысл одного из вариантов уравнения Дрейка примерно таков: начнем с числа звезд в галактике (сотни миллиардов). Умножим это огромное число на долю звезд, у которых есть планеты. Получившееся число умножим на долю планет, находящихся в обитаемой зоне. Теперь умножим результат на долю планет, на которых развилась жизнь. Результат умножим на долю планет, на которых развилась разумная жизнь. Результат умножим на долю планет, где технический прогресс дошел до такого этапа, что можно наладить межзвездную коммуникацию. Если теперь учесть темп формирования звезд и ожидаемую продолжительность жизни технологически развитой цивилизации, получится количество развитых цивилизаций, которые в эту самую минуту, вероятно, дожидаются нашего телефонного звонка.

Маленькие холодные звезды с низкой светимостью живут сотни миллиардов, а может быть, и триллионы лет, а значит, у их планет достаточно времени, чтобы вырастить на себе два-три вида живых организмов, однако их обитаемые зоны находятся от звезды слишком близко. Планета, которая сформировалась в этой зоне, быстро попадает в так называемый приливный захват звезды и вращается всегда одной стороной к ней, отчего в обогреве планеты возникает сильнейший перекос – вся вода на «лицевой» стороне планеты испарится, а вся вода на «обратной» замерзнет. Если бы Златовласка жила на такой планете, мы бы обнаружили, что кашу свою она ест, вертясь вокруг своей оси, словно цыпленок на гриле, – на самой границе между вечным солнцепеком и вечной тьмой. У обитаемых зон вокруг звезд-долгожителей есть и другой недостаток – они очень узкие, так что у планеты очень мало шансов случайно оказаться на орбите с радиусом, который «в самый раз».

Зато вокруг горячих, больших, ярких звезд раскинулись огромные обитаемые зоны. Однако эти звезды, к сожалению, встречаются редко и живут всего несколько миллионов лет, а потом взрываются, так что их планеты едва ли можно рассматривать как кандидаты при поисках жизни в привычном нам виде, – разве что там происходит какая-то очень быстрая эволюция. И едва ли первыми из первобытной слизи выберутся животные, способные придумать дифференциальное исчисление.

Уравнение Дрейка можно считать математикой Златовласки, методом, которым можно оценить, каковы шансы, что где-то в галактике все сложилось «в самый раз», как надо. Однако в уравнение Дрейка в его первоначальном виде не входит, например, Марс, который расположен далеко за пределами обитаемой зоны Солнца. А между тем на Марсе полным-полно извилистых пересохших рек с дельтами и поймами, а это неопровержимо доказывает, что когда-то в прошлом на Марсе было вдоволь жидкой воды.

А как же Венера, «сестра» Земли? Она попадает точнехонько в обитаемую зону Солнца. Эта планета, полностью покрытая толстым слоем облаков, обладает самой высоким коэффициентом отражения во всей Солнечной системе. Нет никаких очевидных причин, почему на Венере может быть плохо и неуютно. Однако на ней наблюдается чудовищный парниковый эффект. Толстая венерианская атмосфера в основном состоит из углекислого газа и поглощает почти 100 % того небольшого количества излучения, которое достигает ее поверхности. Температура на Венере составляет 750 К, и это рекорд во всей Солнечной системе, хотя расстояние от Солнца до Венеры почти вдвое больше, чем до Меркурия.

Поскольку Земля поддерживала на себе жизнь на протяжении всей ее эволюции – миллиарды лет бурных перипетий – значит, сама жизнь, наверное, обеспечивает какой-то механизм обратной связи, который сохраняет на планете жидкую воду. Эту идею развили биологи Джеймс Лавлок и Линн Маргулис в 70-е годы, и она называется «гипотеза Геи». Эта достаточно популярная, но противоречивая гипотеза предполагает, что набор биологических видов на Земле в каждый момент времени действует, словно коллективный организм, который непрерывно, пусть и непреднамеренно, корректирует состав атмосферы и климат Земли таким образом, чтобы они способствовали наличию и развитию жизни, – то есть наличию на поверхности воды в жидком состоянии. Мне кажется, это очень интересно и достойно изучения. Гипотеза Геи – любимая гипотеза сторонников философии нью-эйдж. Но я готов спорить, что какие-то давно покойные марсиане и венерианцы наверняка тоже отстаивали эту идею миллиард лет назад…

* * *

Если расширить понятие обитаемой зоны, окажется, что для нее нужен всего-навсего любой источник энергии, чтобы растапливать лед. Один из спутников Юпитера, ледяная Европа, разогревается приливными силами гравитационного поля Юпитера. Подобно мячу для игры в ракетбол, который нагревается от частых ударов, Европа нагревается от перепада динамических нагрузок из-за того, что одну ее сторону Юпитер притягивает сильнее, чем другую. Что в результате? Нынешние данные наблюдений и теоретических расчетов показывают, что под корой льда толщиной в километр на Европе раскинулся океан жидкой воды либо, возможно, снеговой жижи. Учитывая изобилие жизни в океанских глубинах на Земле, Европа – самый соблазнительный кандидат на наличие жизни в Солнечной системе вне Земли.

Другой недавний прорыв в нашем понимании, что такое обитаемая зона, – это живые организмы, недавно получившие название «экстремофилы»: организмы, которые не просто выживают, но даже процветают в условиях крайнего холода или крайней жары. Если бы среди экстремофилов были биологи, они бы наверняка считали, что это они нормальные, а экстремофилы – это все те, кому неплохо живется при комнатной температуре. Среди экстремофилов есть жаролюбивые термофилы, которые обычно живут у подводных горных кряжей посреди океанов, где вода, разогретая под огромным давлением до температуры гораздо выше обычной точки кипения, выплескивается из-под земной коры в холодную толщу океана. Условия там похожи на обстановку в кухонной скороварке: особо прочная кастрюля с герметичной крышкой позволяет разогреть воду под давлением до температуры выше кипения, избежав при этом кипения как такового.

На холодном океанском дне из горячих источников поднимаются минералы, создающие гигантские пористые трубы высотой в десяток этажей – в середине там жарко, у краев, где они прямо соприкасаются с океанской водой, немного прохладнее. При всех этих температурах в трубах обитают бесчисленные виды живых существ, которые никогда не видели Солнца и которым все равно, есть оно или нет. Эти крепкие орешки питаются геотермальной энергией, которая складывается из того, что осталось еще со времен формирования Земли, и жара, который постоянно просачивается в земную кору из-за радиоактивного распада природных, однако нестабильных изотопов давно знакомых химических элементов – в их числе, например, алюминий-26, которого хватает на миллионы лет, и калий-40, которого хватает на миллиарды.

Океанское дно – вероятно, одна из самых стабильных экосистем на Земле. Что будет, если с Землей столкнется гигантский астероид и вся жизнь на ее поверхности вымрет? Океанские термофилы будут жить-поживать как ни в чем не бывало. Возможно, после каждой волны вымирания они даже эволюционируют и заново заселяют земную сушу. А что будет, если Солнце по загадочным причинам исчезнет из центра Солнечной системы, а Земля сорвется с орбиты и будет дрейфовать в космическом пространстве? Это событие даже не попадет в термофильские газеты. Однако пройдет пять миллиардов лет, и Солнце превратится в красный гигант, расширится и поглотит всю внутреннюю часть Солнечной системы. Земные океаны при этом выкипят, да и сама Земля испарится. Вот это уже будет сенсация.

Если термофилы живут на Земле повсюду, возникает серьезный вопрос: что если жизнь зародилась глубоко в недрах блудных планет, которых вышвырнуло из Солнечной системы во время ее формирования? Их «гео»-термальных резервуаров хватило бы на миллиарды лет. А что можно сказать о бесчисленных планетах, которые насильно изгнали изо всех остальных солнечных систем, успевших сформироваться в нашей Вселенной? Может быть, межзвездное пространство кишмя кишит жизнью, которая возникла и эволюционировала в глубинах бездомных планет?

Обитаемая зона – это вовсе не аккуратно очерченная область вокруг звезды, куда попадает идеальное, «в самый раз», количество солнечного света, – на самом деле она везде. Так что домик трех медведей, возможно, тоже не занимает никакого особого места в мире волшебных сказок. Миска с кашей, температура которой «в самый раз», могла найтись в любом жилище, даже в домиках трех поросят. Мы выяснили, что соответствующий множитель уравнения Дрейка – тот самый, который отвечает за существование планет в пределах обитаемой зоны, – вполне может вырасти почти до 100 %.

Так что у нашей сказки очень многообещающий финал. Жизнь совсем не обязательно редкое и уникальное явление, возможно, она встречается так же часто, как и сами планеты.

А термофильные бактерии жили с тех пор долго и счастливо – примерно пять миллиардов лет.