Более полувека назад астроном Института SETI Фрэнк Дрейк составил знаменитое ныне «уравнение Дрейка», первым из ученых систематизировав представления научного мира о поиске внеземной жизни. Таким образом, Дрейк создал «дорожную карту», согласно которой, чтобы искать жизнь во Вселенной осмысленно, нужно прежде всего понять процессы формирования галактик и планетарных систем, а затем установить, сколько планет могут быть пригодными для обитания, сколько — стать местом развития жизни, цивилизации и технологий, наконец, какая часть развитых цивилизаций пожелает с нами связаться. Хотя уравнение Дрейка связано с поиском внеземных цивилизаций, оно учитывает большинство аспектов современной астробиологии. Уравнение показывает, что проблема происхождения жизни и возможности ее существования вне Земли требует комплексного подхода, и в настоящее время астробиологи разделяют эту точку зрения. Астробиология, будучи междисциплинарной наукой, использует достижения во всех сферах знания, пытаясь ответить на следующие вопросы: «Как зарождается и развивается жизнь? Существует ли жизнь повсюду во Вселенной? Каково будущее жизни на Земле и вне ее?»

Эти вопросы представляют собой пазл поистине космического масштаба, причем отсутствие ряда ключевых элементов мешает его собрать. У нас нет четкого определения понятия жизни. Могла ли она оказаться занесенной на Землю в результате панспермии (при ударах комет и астероидов, на которых имелось вещество с других объектов Солнечной системы) и планетарного обмена (в частности, есть гипотеза, что Марс и Земля могли обмениваться веществом в период формирования)? Или же она возникла на нашей планете путем абиогенеза — процесса естественного самозарождения живой материи из простых органических соединений в ходе химических реакций? У нас отсутствуют данные о том, когда — или в каких условиях — имел место переход от добиотических химических процессов к жизнедеятельности. Неизвестно, является ли жизнь вселенской нормой или отклонением от нее. Но если мы все-таки хотим собрать пазл, имеет смысл начать с самих себя.

Земная биосфера, в которой мы обитаем, хотя и не дает ответов на поставленные выше вопросы, но хранит летопись нескольких миллиардов лет эволюции и адаптации жизни под воздействием средовых и космических катастроф. Далее, Солнечная система, к которой относится наша планета, является своего рода лабораторией, где в продолжение космических эпох природа создавала миры с разнообразными условиями, намного превосходящими по сложности любой наш эксперимент. Самые совершенные инструменты позволяют нам взглянуть на фрагменты пространства и времени за пределами Солнечной системы и кое-что узнать о том, как формируются галактики, звезды и планеты. Далеко не последнюю роль в научном инструментарии играет человеческий разум, способный строить модели, разрабатывать теории и ставить ничем не ограниченные мысленные эксперименты.

Благодаря всем этим средствам мы начинаем понимать, куда смотреть и на что обращать внимание при поиске внеземной жизни. Наше восприятие неизбежно антропоцентрично — мы ищем жизнь, какой ее знаем. И это разумно: всегда проще начинать с известного, если известно немногое, а наши знания о жизни все еще весьма ограниченны. Чем больше мы узнаем, тем сложнее становятся гипотезы и модели. Совершенствуется и технология их проверки, позволяя делать все новые открытия и уточнять базовые теоретические построения. Это цикличный процесс. Последние несколько десятилетий изучения самых экстремальных уголков Земли, а также Солнечной системы и глубокого космоса в корне изменили наши представления о пригодности для обитания и возможности существования жизни.

Первая проблема, осложняющая поиск жизни во Вселенной, — отсутствие общепринятого определения, что такое жизнь. Биологи, биохимики и генетики до сих пор не пришли к единому мнению, а некоторые ученые считают, что это в принципе невозможно, поскольку отсутствует определенное качество, однозначно отличающее живое от неживого. Однако одна из попыток дать определение жизни представляет ценность как основа для дальнейших исследований. В 1944 г. Эрвин Шрёдингер назвал живым то, «что избегает скатывания в состояние равновесия» или, по крайней мере, оттягивает его, противодействуя энтропии — необратимому рассеиванию энергии вплоть до полной однородности. Пока продолжается метаболизм в форме биохимических процессов, например питания и выделения отходов, сохраняется и биологическая активность — иначе говоря, живое остается живым.

Строго говоря, определение Шрёдингера описывает непосредственно наблюдаемую деятельность жизни, но необязательно ее сущность, однако не будем углубляться в тонкости. Если принять, что метаболическая активность позволяет обнаруживать жизнь и измерять ее параметры, с ее помощью можно искать биологические признаки за пределами Земли. Этот подход уже применяется на Марсе в миссиях аппаратов «Викинг» (следует признать, со спорными результатами).

Из-за удаленности экзопланет мы ограничены методами дистанционного сбора данных, но понемногу учимся распознавать спектральные маркеры жизни, наблюдая свечение продуцирующих живую материю химических соединений в атмосфере. (Подробнее об этом читайте в главе 17.) Этот способ осложняется тем, что многие газы-маркеры, в частности метан и кислород, не являются безоговорочным признаком жизни, поскольку образуются вследствие как геологических, так и биологических процессов. Биоминерализация — выработка минералов организмами, часто с целью упрочения своих тканей, — в обозримом будущем останется недоступной для удаленного наблюдения с помощью телескопов и может быть выявлена только на месте. Методы удаленной идентификации биомаркеров совершенствуются по мере того, как мы все лучше понимаем жизнь, изучая ее процессы и отходы жизнедеятельности на Земле. Во всяком случае, это отправная точка, и нам, делающим первые шаги в исследовании дальнего космоса, не следует пренебрегать обучающими возможностями, предоставляемыми родной планетой и Солнечной системой.

В настоящее время самым вероятным кажется предположение, что жизнь развилась из простых органических соединений на основе шести важнейших элементов: углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы. Эта гипотеза предполагает переходный момент, когда химические элементы образовали живую материю. Появилась ли жизнь в момент преобразования или явилась результатом этой трансформации и многих последующих ее форм, остается неизвестным. Наука, философия и религия ищут собственные ответы на этот вопрос. Указания на то, как и где произошел переход от химических реакций к биологическим процессам, теоретически могут содержаться в геологической летописи нашей планеты.

Вплоть до недавнего времени самым ранним косвенным свидетельством существования жизни оставался графит возрастом 3,7 млрд лет, найденный в Западной Гренландии. По результатам исследования изотопа углерода и данным лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния источником углерода послужила биогенная органическая материя, иначе говоря, он был создан живыми организмами. Новое исследование позволяет предположить, что биогенный углерод присутствует в скалах на западе Австралии возрастом 4,1 млрд лет. Первые свидетельства наличия жизни в архейскую эру (4-2,5 млрд лет назад) в форме строматолитов и микроокаменелостей были обнаружены также в Западной Австралии в песчанике возрастом 3,48 млрд лет. Строматолиты образуются вследствие поглощения и структурирования крупинок осадочных пород мелководным сообществом микроорганизмов (сине-зеленых водорослей и др.) — цианобактериальным матом. В результате возникают слоистые окаменелости.

Следы жизни были обнаружены в остатках древнейших земных скал. Однако такие скалы редки. Они всего лишь на несколько сотен миллионов лет моложе первоначальной коры нашей планеты и были сформированы сразу же после остывания Земли. К сожалению, большинство геологических свидетельств тех древнейших времен были рециклированы в мантию вследствие эрозии и тектоники. Возможно, свидетельства перехода химических реакций в биологические процессы также навсегда утрачены и мы никогда не сможем найти их на родной планете. Тем не менее они могут сохраниться в любом другом месте Солнечной системы благодаря планетарному обмену между молодыми Землей и Марсом.

Чтобы жизнь могла возникнуть и развиваться, необходимы определенные факторы: вода, энергия, питание и защита от таких угроз, как слишком сильное солнечное или космическое излучение. Предположительно, земная жизнь зародилась, когда условия на нашей планете стали достаточно стабильными, чтобы поддерживать ее существование. Как уже было сказано, самые древние косвенные свидетельства наличия жизни имеют возраст 4,1 млрд лет, причем тогда все еще продолжалась регулярная бомбардировка Земли тяжелыми астероидами, метеоритами и кометами, которые нарушали целостность грунта на значительную глубину и оказывали огромное влияние на планетарный климат. Считается, что в этот период формировались первые океаны (4,2-3,8 млрд лет назад, по разным моделям). Благодаря большой глубине океаны представляли собой долговременно стабильную и защищенную среду, где биохимические процессы могли протекать вблизи гидротермальных источников.

Гидротермальные источники на океанском дне — это места с экстремальными условиями существования, и развивающаяся там жизнь должна была выдерживать громадное давление. Мы называем организмы, умеющие жить в сложных условиях, экстремофильными. Если там выжили древнейшие организмы, фактически давшие начало всей жизни на Земле, их стоило бы отыскать, поскольку вода, энергия, питательные вещества и защита присутствуют (одновременно) на некоторых планетах и спутниках Солнечной системы, хотя и представляющих собой несравненно менее благоприятные для жизни места, чем Земля. Наше поколение лишь начинает постигать, как невероятно разнообразны потенциальные условия обитания в Солнечной системе, но мы быстро идем вперед. За каких-то полвека общепринятые представления об обращающихся вокруг Солнца планетах и их спутниках совершенно преобразились. Вместо ледяных и мертвых небесных тел мы увидели в них интригующие миры с многообещающими возможностями, превращающими жизнь из исключения в правило.

В то же время космические и наземные телескопы позволяют нам бросить взгляд на невероятно разнообразные объекты дальнего космоса. Множество экзопланет — планет вне Солнечной системы — могут отвечать условиям пригодности для обитания. В 1992 г. была открыта первая экзопланета типа горячего Юпитера, вращающаяся вокруг пульсара PSR 1257 примерно в 2300 св. годах от Солнца. Три года спустя впервые подтвердилось наличие планеты (51 Пегаса Ь) на орбите звезды основной последовательности. С тех пор идентифицированы тысячи кандидатов на звание экзопланет. Многие слишком близки к звезде и постоянно находятся в расплавленном состоянии. Велико число газовых гигантов, превышающих размерами Юпитер и Нептун, а также скованных вечным холодом ледяных планет. Но среди тысяч предполагаемых и подтвержденных экзопланет имеется несколько десятков размером с Землю и более крупных «суперземель», расположенных в обитаемой зоне материнской звезды. Они особенно интересуют ученых. В настоящее время самыми главными претендентами на звание потенциально обитаемых считаются Кеплер-186f — экзопланета земных размеров на орбите красного карлика почти в 500 св. годах от нас, вероятный водный мир Кеплер-62f" в тысяче с лишним световых годах и каменистая «земля» Кеплер-442b еще немного дальше. Ближе к нам — в 42 св. годах — находится открытая в 2009 г. «суперземля» Глизе 1214b, возможно имеющая океан. Недавно список пополнила «суперземля» созвездия Волка 1061c в обитаемой зоне красного карлика всего в 13,8 св. года от нас. На данный момент это самая близкая к Земле потенциально обитаемая планета.

Потенциал обитаемости экзопланет оценивается с учетом ряда факторов, в числе которых расстояние от центра обитаемой зоны планетарной системы — зоны Златовласки, соответствие некоторым параметрам Земли, пригодность для вегетации, вероятность наличия подходящей для жизни атмосферы, определенные температура и масса, причем от температуры зависит в том числе, какие формы жизни могли бы там существовать. Очевидно, все эти параметры рассчитаны для жизни, «какой мы ее знаем», хотя во Вселенной возможны самые разные типы биохимии. Наши критерии, вероятно, не учитывают многие факторы, пока не осознанные нами, однако позволяют дать консервативную оценку числа планет, способных поддерживать жизнь.

К счастью, огромное количество данных, которые мы в настоящее время получаем благодаря орбитальному телескопу «Кеплер» и наземным телескопам, скоро позволит расширить список условий обитаемости и биохимических параметров. Давайте познакомимся с приемами нашей работы. Вышеперечисленные экзопланеты находятся так далеко, что зонды летели бы к ним много тысяч лет. Поэтому на сегодняшний день нам доступны только дистанционное зондирование с помощью телескопов, анализ данных и моделирование. Мы разработали много методов обнаружения планетарных систем путем дистанционного зондирования, в том числе транзитный, метод лучевых скоростей, измерение колебаний отраженного света, метод Доплера, радионаблюдение пульсаров, гравитационное микролинзирование, а теперь еще и прямое наблюдение в чрезвычайно мощные телескопы. Чем больше у нас данных, тем точнее — и совершеннее — модели, описывающие потенциально обитаемые инопланетные миры и биосферы. Мы также пользуемся знаниями, полученными при исследовании собственной Солнечной системы и земных экосистем с экстремальными условиями. Так, мы узнали, что пригодными для жизни могут быть некоторые планеты и спутники, не находящиеся в зоне Златовласки, и что жизнь, если уж она зародилась, проявляет невероятную стойкость и обнаруживается везде. Вскоре мы сможем изучить состав атмосферы некоторых экзопланет с помощью мощных спектроскопов, установленных на телескопах. Зная, какие газы присутствуют на планете, мы получим ценные свидетельства возможности или невозможности существования на ней жизни.

Как свидетельствует изучение Солнечной системы, пригодную для жизни среду могут иметь не только сами планеты, но и их спутники как внутри, так и вне зоны обитаемости — а спутников намного больше, чем планет. Таким образом, открытие экзопланет подняло вопрос не только о возможной обитаемости их самих, но и о том, сколько потенциально живых миров вращаются вокруг них. Ни одной «экзолуны» мы пока не обнаружили, но это лишь вопрос времени.

Пятьдесят лет исследований планет изменили наши взгляды на то, какие планеты могут быть обитаемыми и каковы пределы условий, пригодных для жизни. За последние 25 лет, в особенности с момента запуска «Кеплера» в 2009 г., было открыто множество экзопланет, перевернувших представления ученых о том, сколько обжитых миров может находиться на очень маленьком участке одной только нашей Галактики. Астрономия и астрофизика открывают громадный потенциал обитаемости Вселенной, количество галактик в которой ныне оценивается в 100 млрд. Мысль, что мы можем быть одиноки в космосе, попросту идет вразрез со статистикой.

Внеземная жизнь может быть как отчасти понятной нам, так и совершенно чуждой. Однако если нашу планету допустимо считать представительной выборкой для оценки потенциально обитаемых планет и спутников, нужно сделать вывод, что природа создает намного больше простых организмов, чем сложных. Более того, свыше 2,5 млрд лет Земля была населена только микроорганизмами. Для развития сложной жизни требуется такая сумма условий, что в значительной части обитаемых миров жизнь будет ограничена простейшими формами, и, возможно, наша Солнечная система адекватно отражает пропорцию простой и сложной жизни во Вселенной.

Технологии и оборудование стремительно развиваются, и скоро поиск экзопланет продолжится новыми, более эффективными средствами как с Земли, так и с орбиты. В Солнечной системе миссии «ЭкзоМарс» и «Марс-2020» займутся поисками следов жизни, оставшихся, возможно, от раннего периода существования Красной планеты. За ними через несколько лет последует миссия на Европу, имеющая целью оценить потенциал обитаемости и поискать биомаркеры на этой ледяной «луне» Юпитера. Но одно дело — показать возможность обитаемости, и совсем другое — достоверно установить наличие жизни. Чтобы перейти от одного к другому, должны выполняться два ключевых условия: присутствие жизни и наша способность опознать ее признаки. В этом отношении Марс может стать ценным полигоном, поскольку в ранний период условия на нем были очень близки к земным. Автоматические миссии на Марс доказали, что кирпичики, из которых строится жизнь, там имелись, и, как уже было сказано, существует реальная возможность того, что на заре своего существования две наши планеты обменивались веществом.

Напротив, небесная механика не благоприятствовала обменам Земли и Марса с ледяными мирами внешней Солнечной системы. Если и там зародилась жизнь, она почти наверняка отличается от привычной нам, и распознать ее будет трудно. С другой стороны, экзотические физико-химические условия во внешней зоне Солнечной системы могут наконец избавить нас от ограничивающих представлений о жизни, какой мы ее знаем, и включить в концепцию живого совершенно иные схемы биохимии и метаболизма, возможно являющиеся нормой вне нашей планетарной системы.

В конечном счете мы стремимся найти тех, кто, подобно нам, прошел путь до развитой цивилизации и с кем мы однажды могли бы установить контакт. Наши технические приемы примитивны, а исследовательский арсенал все еще ограничен. Оптическая и радиоастрономия остаются основными средствами поиска внеземного разума. Нужно расширить подход и задействовать воображение — шире забрасывать сеть, возможно обогатив научный арсенал углубленными знаниями о межвидовой коммуникации на Земле и о взаимосвязи живого со средой обитания и окружающим пространством, как и о многом другом. Нужно смело раздвигать границы мышления и восприятия и пользоваться междисциплинарным подходом. Сегодняшние первые шаги в исследовании планет и космоса войдут в историю, поскольку в конце пути нас ждет встреча с братьями по разуму, начавшими аналогичный путь очень далеко от Земли. Никто не знает, когда может произойти контакт, но это не самое главное. Главное, что мы уже в пути.