11. Экзопланета Земля

С места на место на Земле можно перемещаться по-разному: кому нравится плыть, кому бегать, кому ходить, кому ползать, – но любой из этих способов дает возможность полюбоваться вблизи неисчерпаемой сокровищницей всяких земных диковин. То заметишь жилку розового известняка на стене каньона, то увидишь, как божья коровка ест тлю на стебле розы или крабик выкапывается из песка. Надо только присмотреться.

Если глядеть в иллюминатор взлетающего самолета, все эти детали быстро исчезают. Никаких вкусненьких тлей. Никаких любопытных крабиков. Выходишь на крейсерскую высоту километров в десять – и уже не узнаешь сетку крупных автострад.

Когда поднимаешься еще выше, в космос, детали продолжают пропадать. Из иллюминатора Международной космической станции, которая проходит на высоте около 400 километров, днем можно различить Париж, Лондон, Нью-Йорк и Лос-Анджелес, но только потому, что в школе на уроке географии выучил, где они находятся. Ночью крупные города, конечно, ярко светятся. Днем, вопреки распространенному мнению, Великие пирамиды в Гизе, скорее всего, не увидишь, а Великую китайскую стену – и подавно. Отчасти они незаметны потому, что по цвету сливаются с почвой и камнем окружающего пейзажа. И хотя Великая китайская стена тянется на тысячи километров, в ширину она всего метров семь, гораздо у́же федеральных автострад в Америке, которые еле-еле различимы с борта трансконтинентального авиалайнера.

С орбиты невооруженным глазом были видны клубы дыма от горящих нефтяных вышек Кувейта в конце первой войны в Персидском заливе в 1991 году и от горящих башен-близнецов Всемирного торгового центра в Нью-Йорке 11 сентября 2001 года. Кроме того, оттуда видны границы между коричневыми засушливыми землями и зелеными орошаемыми. Вот, в общем-то, и все – люди больше не сотворили ничего такого, что можно различить с высоты в несколько тысяч километров. Зато явления природы оттуда видны прекрасно – например, бури в Мексиканском заливе, ледоход на севере Атлантики, извержения вулканов где угодно.

С Луны, до которой почти 400 000 километров, Нью-Йорк, Париж и остальные города-блестки не видны даже как мельчайшие искорки. Но даже оттуда можно разглядеть, как движутся по планете крупные атмосферные фронты. С Марса, когда он находится ближе всего к Земле – на расстоянии примерно 50 миллионов километров, – в большой любительский телескоп можно разглядеть крупнейшие горные цепи со снежными вершинами и контуры земных континентов. Если же улететь на Нептун, за четыре с половиной миллиарда километров, – по космическим масштабам это соседняя улица, – само Солнце станет в тысячу раз тусклее и будет занимать на небе площадь в тысячу раз меньше, чем на земном небосклоне. А как же сама Земля? Она превратится в точечку не ярче тусклой звезды и почти затеряется в свете Солнца.

В 1990 году космический аппарат «Вояджер-1» сделал из-за орбиты Нептуна знаменитую фотографию, на которой Земля выглядит, по выражению американского астрофизика Карла Сагана, как «бледно-голубая точка». И это он Земле еще польстил. Без подписи на фото ее и не найти.

Что было бы, если бы какие-нибудь высокоумные инопланетяне из глубин Вселенной изучали небеса своими органами зрения, совершенными от природы, да еще и с помощью новейших оптических приборов, порожденных их совершенной цивилизацией? Какие видимые качества планеты Земля они бы отметили?

Прежде всего, конечно, голубой цвет. Вода покрывает более двух третей поверхности Земли, и одно ее полушарие практически полностью занимает Тихий океан. Любое разумное существо, располагающее соответствующим оборудованием и знаниями, позволяющими разглядеть цвет нашей планеты, несомненно, сделало бы вывод о наличии воды – третьей по распространенности молекулы во Вселенной. Если бы у его оборудования было достаточно высокое разрешение, инопланетянин увидел бы не просто бледно-голубую точку. Он рассмотрел бы изрезанные контуры берегов – явное свидетельство, что вода эта жидкая. А еще умный инопланетянин сообразил бы, что если на планете есть жидкая вода, то температура и атмосферное давление на ней попадают во вполне определенные рамки.

В видимом свете можно было бы различить и шапки льдов на полюсах, растущие и сокращающиеся из-за сезонных колебаний температуры. А также вычислить период обращения нашей планеты – 24 часа: за такое время в окуляры попадали бы узнаваемые участки суши. Еще инопланетяне разглядели бы крупные атмосферные фронты и их перемещения; тщательно изучив эти данные, собратья по разуму наверняка научились бы отличать черты атмосферных облаков от черт поверхности самой Земли.

А теперь пора проверить все это на практике. Ближайшая экзопланета – ближайшая планета, вращающаяся вокруг другой звезды, а не Солнца, – находится в соседней звездной системе Альфа Центавра, примерно в четырех световых годах от нас, которую видно в основном из южного полушария. Расстояние от нас до большинства зарегистрированных экзопланет составляет от десятков до сотен световых лет. Яркость Земли приблизительно в миллиард раз меньше яркости Солнца, а поскольку наша планета находится очень близко к Солнцу, то наблюдать ее непосредственно в телескоп, улавливающий видимый свет, практически невозможно. Это все равно что пытаться разглядеть светлячка на голливудской съемочной площадке, где светят мощные прожекторы. Так что, если инопланетяне нас и найдут, то скорее всего в результате поисков в других диапазонах, а не в видимом свете, например, в инфракрасном, где наша яркость по сравнению с Солнцем несколько выше. Впрочем, может быть, их инженеры придумали какую-то принципиально другую стратегию.

Может быть, они поступают так, как обычно делают наши собственные охотники за планетами: смотрят на звезды и ждут, не будет ли их свет слегка дергаться через равные промежутки времени. Если свет звезды периодически дергается, это выдает существование планеты на орбите, даже если сама планета очень тусклая и ее не видно.

Вопреки распространенному мнению, строго говоря, планета не вращается по орбите вокруг своей звезды. На самом деле планета и ее звезда вращаются по орбитам вокруг общего центра масс. Чем массивнее планета, тем заметнее реакция звезды – и тем легче зарегистрировать подергивания, когда анализируешь ее свет. К несчастью для инопланетян-охотников за планетами, Земля очень маленькая, так что Солнце шевелится едва-едва, что еще сильнее затрудняет задачу инопланетных инженеров.

Телескоп «Кеплер», который запустило НАСА, специально сконструирован и настроен так, чтобы искать землеподобные планеты вокруг солнцеподобных звезд, и применяет при этом другой метод поиска, что позволяет существенно расширить каталог экзопланет. «Кеплер» ищет звезды, чья общая яркость немного падает через равные промежутки времени. В таких случаях «Кеплер» благодаря точному прицелу улавливает, как звезда становится чуть-чуть тусклее, поскольку прямо перед ней проходит одна из ее планет. Этот метод тоже не позволяет видеть планету как таковую. Даже каких-то особенностей поверхности звезды так не различишь. «Кеплер» просто регистрирует изменение светимости звезды, однако это позволило нам добавить в каталог тысячи экзопланет, в том числе сотни звездных систем с несколькими планетами. Кроме того, данные «Кеплера» помогают рассчитать размер экзопланеты, период ее обращения и расстояние от звезды. Также можно сделать обоснованную оценку массы планеты.

Если вам интересно, то когда Земля проходит перед Солнцем – а ведь в любой момент можно найти какую-то точку Галактики, откуда открывается именно такой вид, – мы блокируем одну десятитысячную долю поверхности Солнца и тем самым ненадолго заставляем его тускнеть на одну десятитысячную обычной яркости. Уж как есть. Так что инопланетяне обнаружат Землю, но ничего не смогут узнать о происходящем на ее поверхности.

Тут на помощь приходят радио– и микроволновое излучения. Может быть, у наших любопытных инопланетян есть что-нибудь вроде пятисотметрового радиотелескопа из китайской провинции Гуйчжоу. Если они еще и сумеют настроиться на нужную частоту, то наверняка заметят Землю, то есть заметят нашу высокоразвитую цивилизацию как один из ярчайших источников на небе. Вспомните, сколько у нас всяких устройств, которые генерируют радио– и микроволновое излучение: не только обычные радиопередатчики, но и телевидение, мобильные телефоны, микроволновые печки, пульты, открывающие двери гаражей и машин, коммерческие радары, военные радары, спутники связи. Мы ярко сияем в длинноволновом диапазоне, и это яснее ясного говорит, что на нашей планете происходит что-то необычное, поскольку в естественном состоянии маленькие каменистые планетки почти не излучают радиоволн.

Так что если любопытные инопланетяне направят в нашу сторону свой радиотелескоп, они, вероятно, сделают вывод, что на этой планете развита технология. Однако есть одна сложность: возможны и другие толкования. Не исключено, что инопланетяне не смогут отличить сигналы с Земли от сигналов крупных планет Солнечной системы, поскольку все они мощно излучают в радиодиапазоне, особенно Юпитер. А может, наблюдатели просто решат, что мы какая-то новая разновидность странных радиоизлучающих планет. Или примут радиоизлучение Земли за солнечное и сделают вывод, что Солнце – какая-то новая разновидность странных радиоизлучающих звезд.

В таком же тупике оказались наши, земные астрофизики из Кембриджского университета в Англии. Они изучали небеса при помощи радиотелескопа – искали любой сильный источник радиоволн – и Энтони Хьюиш с коллегами обнаружили очень странное явление – объект, пульсировавший с исключительно стабильным периодом чуть больше секунды. Его заметила Джоселин Белл, которая тогда была аспиранткой Хьюиша.

Вскоре коллеги Белл установили, что импульсы доходят откуда-то издалека. Возникло непреодолимое искушение решить, что сигнал имеет технологическое происхождение, что какая-то иная культура испускает его и тем самым выдает свою деятельность. Как вспоминает Белл, «у нас не было доказательств, что эти радиоимпульсы исключительно природного происхождения… я просто хотела защитить диссертацию по какой-нибудь новой технике, а маленькие зеленые человечки, вот глупенькие, выбрали именно мою антенну и мою частоту, чтобы сообщить нам о себе» (Jocelyn Bell, Annals of the New York Academy of Sciences 302 (1977):685). Однако не прошло и нескольких дней, как Белл обнаружила и другие повторяющиеся сигналы, исходящие из других точек нашей галактики Млечный Путь. Белл и ее коллеги поняли, что открыли новый класс космических объектов – звезды, состоящие из одних нейтронов, которые с каждым оборотом испускают в нашу сторону импульс радиоволн. Поэтому Хевиш и Белл и назвали их пульсарами.

Но оказывается, радиоперехват – не единственный способ космического шпионажа. Есть еще космохимия.

Химический анализ атмосфер планет – бурно развивающаяся отрасль современной астрофизики. Легко догадаться, что космохимия опирается на спектроскопию, анализ света при помощи спектрометра. Благодаря инструментам и методам спектроскопистов, космохимики могут сделать вывод о существовании жизни на экзопланете независимо от того, разумна ли эта жизнь и располагает ли она технологиями. Эта наука так действенна, поскольку любой элемент, любая молекула, где бы она ни находилась во Вселенной, по-своему поглощает, испускает, отражает и рассеивает свет. Как мы уже знаем, стоит пропустить этот свет через спектрометр, и обнаружатся характерные черты, которые по праву можно назвать химическими отпечатками пальцев. Самые наглядные отпечатки оставляют химические вещества, которые сильнее всего возбуждаются от давления и температуры среды. В атмосферах планет очень много таких веществ. А если на планете богатая флора и фауна, ее атмосфера насыщена биомаркерами – спектральными свидетельствами жизни. Скрыть эти свидетельства очень трудно, каково бы ни было их происхождение – биогенное (вызванное отдельными видами или всеми живыми существами), антропогенное (вызванное широко распространенным видом Homo sapiens) или техногенное (вызванное исключительно технологией).

Любопытные инопланетяне должны создать спектрометр, чтобы прочитать наши отпечатки пальцев, если, конечно, у них от природы нет спектроскопических сенсоров. Но главное – Земля должна пройти перед Солнцем (или каким-то другим источником), чтобы его свет пронизал нашу атмосферу и дошел до инопланетян. Тогда химические соединения в земной атмосфере провзаимодействуют с этим светом и оставят в его спектре бросающиеся в глаза черты.

Некоторые молекулы – аммиак, вода, углекислый газ – очень распространены во Вселенной и не связаны с наличием жизни. Однако есть и молекулы, которых становится очень много именно в присутствии живых организмов. На Земле существует яркий биомаркер – молекула метана, две трети которого производятся как побочный эффект какой-то деятельности человека: метан вырабатывается при нефтепереработке, выращивании риса, гниении сточных вод, а также в отрыжке и кишечных газах домашнего скота. Оставшуюся треть дают природные источники, в том числе гниющая болотная растительность и газы, вырабатываемые термитами. Однако в тех местах, где мало свободного кислорода, для образования метана не всегда требуется жизнь. Как раз сейчас астробиологии ведут жаркий спор о том, каково происхождение следов метана на Марсе и обильных запасов этого вещества на спутнике Сатурна Титане, где, надо полагать, нет ни коров, ни термитов.

Если инопланетяне посмотрят на наше ночное полушарие, обращенное в противоположную сторону от звезды, вокруг которой мы вращаемся, то они, вероятно, обнаружат, что на нашей планете много натрия, поскольку мы широко используем натриевые лампы для уличного освещения, которое включается на закате в городах и пригородах. Однако самым ярким показателем наличия жизни, скорее всего, служит все-таки свободный кислород, составляющий пятую часть нашей атмосферы.

Кислород – третий по распространенности после водорода и гелия элемент в космосе – химически активен и легко создает связи с атомами водорода, углерода, азота, кремния, серы, железа и так далее. И даже с самим собой. Таким образом, чтобы кислород существовал в стабильном состоянии, должно быть что-то, что высвобождает его с той же скоростью, с какой он расходуется. Здесь, на земле, его высвобождают живые организмы. Фотосинтез, которым занимаются растения и многие бактерии, создает свободный кислород в океанах и в атмосфере. Свободный кислород, в свою очередь, обеспечивает существование жизни с кислородным обменом веществ – а это и мы с вами, и практически все существа из царства животных.

Мы, земляне, уже знаем, какую важную роль играют особенности химического состава нашей планеты и ее атмосферы. Однако инопланетяне, которые заметят нас издалека, должны будут еще истолковать свои находки и проверить гипотезы. Действительно ли периодическое появление натрия носит техногенный характер? Свободный кислород определенно имеет биогенную природу. А метан? Он тоже химически нестабилен и, конечно, отчасти вырабатывается из-за антропогенных факторов, однако, как мы уже видели, иногда появляется и в отсутствие живых организмов.

Если инопланетяне решат, что химические особенности Земли однозначно свидетельствуют о наличии на ней жизни, то, вероятно, зададутся вопросом, разумна ли эта жизнь. Предположим, инопланетяне как-то общаются друг с другом и, вероятно, считают, что и другие разумные существа тоже как-то общаются. Вероятно, именно тогда они решат подслушать, что творится на Земле, при помощи радиотелескопов и проверить, какую часть электромагнитного спектра освоили ее обитатели. С какой бы стороны инопланетяне ни подошли – с химической или с радиоволновой – они, скорее всего, придут к одному и тому же выводу: планета, где так развита технология, должна быть населена разумными существами, которые, вероятно, развлечения ради изучают, как устроена Вселенная и как применять ее законы ради личной выгоды и на благо общества.

Если еще внимательнее присмотреться к химическим особенностям атмосферы Земли, там обнаружатся и другие биомаркеры человека – серная, угольная и азотная кислоты и другие компоненты смога от сгорания ископаемого топлива. Если по воле случая любопытные инопланетяне с социальной, культурной и технологической точки зрения более развиты, чем мы, они наверняка истолкуют эти биомаркеры как убедительное доказательство отсутствия разумной жизни на Земле.

Первую экзопланету открыли в 1995 году, а сейчас, когда я пишу эти строки, их число перевалило за три тысячи, причем большинство было открыто в небольшом закоулке Млечного пути в окрестностях Солнечной системы. Так что во Вселенной их еще полным-полно. Одна только наша Галактика состоит более чем из ста миллиардов звезд, а известная Вселенная вмещает около ста миллиардов галактик.

Наши поиски жизни во Вселенной подталкивают нас к поискам экзопланет, и некоторые из них напоминают Землю – разумеется, не во всех подробностях, а в общем. По последним данным, на основании экстраполяции нынешних каталогов, только в галактике Млечный Путь насчитывается около сорока миллиардов землеподобных планет. Когда-нибудь наши потомки, наверное, решат их посетить – если не по необходимости, то из любопытства.