Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее - Александр Потупа

Второй путь связан с прямыми астрономическими наблюдениями тех или иных спектральных линий конкретных космических молекул. Здесь удалось добиться весьма впечатляющих успехов. После регистрации в 1974 году радиолиний синильной кислоты (HCN) и метилциана (CH3CN) в спектре кометы Когуотека метеориты перестали быть единственными вне-планетными носителями органики в Солнечной системе.

Но сложные молекулярные соединения нашлись и в, казалось бы, заведомо безжизненной межзвездной среде. Первым был обнаружен формальдегид (Н2СО). Это произошло в 1969 году, а уже через год-другой высококачественные приемники миллиметрового излучения обеспечили целый поток открытий. Среди почти полусотни молекулярных соединений, наряду с 12 простейшими неорганическими молекулами и радикалами (H2, Н2О, NH3, ОН, H2S и т. д.), было обнаружено более 30 органических молекул. Среди них не только элементарные двух-трехатомные углеродосодержащие структуры, но и углеводороды, спирты, альдегиды, 3 кислоты (муравьиная, синильная и изоциановая), амиды кислот, амины, нитрилы и эфиры. Самая тяжелая из обнаруженных космоорганических молекул — цианоктатетраин (HC8CN) включает 11 атомов.

Все эти сложные соединения были найдены в газо-пылевых облаках, так или иначе связанных с процессом звездообразования. Это важнейшее обстоятельство указывает на то, что вступление в органическую фазу могло произойти задолго до завершения звездной и планетной конденсации. Разумеется, сформировавшаяся в относительно холодной среде достаточно сложная космическая органика могла частично или полностью погибнуть в результате разогрева. Но ее восстановление «своим ходом» в условиях обилия энергетических источников молодых планет или вследствие перезаражения метеоритами весьма вероятно. Во всяком случае, она присутствует в околозвездных газо-пылевых оболочках при температурах до 1000 К. В этом плане любопытно, что хотя бы часть органических полезных ископаемых может оказаться в некотором смысле старше Земли.

Пожалуй, самыми интересными объектами оказались так называемые черные или молекулярные облака. Во-первых, они являются самыми массивными из наблюдаемых галактических объектов (М Á 1000 М€). Предполагают, что в них сосредоточено не менее 1 % массы Галактики. Во-вторых, они содержат практически все зарегистрированные типы космоорганических молекул. Концентрация таких молекул относительно всего состава черного облака достигает 10-8-10-7, то есть суммарная масса его органики (М ~ 1028–1029 г) превышает массу планеты типа Земля. А во всей Галактике черные облака могут содержать не менее 30М€ органики. Если согласиться с довольно правдоподобной и общепринятой оценкой массы органики в Солнечной системе 1023 г и смело предположить, что в среднем вблизи всех остальных 1011 звезд Галактики ее примерно столько же, то получатся вполне сопоставимые результаты. Однако, скорее всего, перевес будет на стороне черных облаков.

Эта весьма эффектная, хотя и грубая оценка показывает, что органохимический спектр Вселенной вовсе не локализован по крайне малым окрестностям особо удачливых планет. В подходящих температурных условиях нет никаких препятствий для образования органических молекул в чрезвычайно разреженной (средняя концентрация 100-10000 атомов водорода в кубическом сантиметре) среде[151]. Однако плотность черных облаков, видимо, возрастает в их центральных областях, где и должны концентрироваться органические соединения. В формировании этих соединений важную каталитическую роль играют пылинки, на поверхности которых синтез органики должен идти особенно охотно.

Очень важна также радиационная защита, естественно выстраиваемая пылью внешних областей черного облака. Дело в том, что жесткое космическое излучение долгое время рассматривалось как решающий теоретический аргумент против сколь-нибудь заметного накопления органики в газо-пылевой среде. Видимо, черные облака успешно справляются с этой трудностью.

К сожалению, пока в них не обнаружено следов аминокислот, однако соответствующий синтез во внутренних областях вряд ли слишком маловероятен. Например, в Стрельце В2 есть метанимин (CH2NH), и он мог бы синтезироваться с муравьиной кислотой (НСООН) в глицин — аминоуксусную кислоту. Но концентрация этой аминокислоты вдоль луча зрения может лежать ниже достигнутого порога регистрации. Вполне вероятен там и синтез некоторых азотистых оснований нуклеиновых кислот.

Хотя на метеоритах найдены ароматические полимеры (они-то и составляют до 90 % органики углистых хондритов), пока ничего нельзя сказать о полимеризации таких соединений, как нуклеиновые кислоты и белки.

Нетрудно, разумеется, придумать условия для преодоления этого барьера (локальные источники энергии, повышенная концентрация катализаторов и т. д.), и вряд ли эти условия будут слишком искусственны. Но вряд ли они будут сильно отличаться от тех условий, которые привели к появлению протобионтов в первый миллиард лет эволюции Земли. Отличия результатов синтеза могут заключаться в ином аминокислотном составе белков (не наши 20!) или несколько иной структуре ДНК, что, конечно, даст отличный от земного генетический код, и совсем уже труднопредсказуемые последствия для верхних ветвей эволюции. Любопытно было бы помечтать о разумных существах, способных развиться в столь необычных условиях.

Но это слишком далеко идущая экстраполяция. В своем научно-фантастическом романе «Черное облако» Фрэд Хойл выдвинул идею как раз такого рода, причем за много лет до открытия реальной органики в черных облаках.

Нас пока будут интересовать более ограниченные выводы.

Видимо, органические молекулы и биомономеры — довольно распространенное космическое явление. Можно полагать, что дальнейшие этапы усложнения структуры успешно протекают в более специфических и соответственно более редких условиях. По современным представлениям все этапы от формирования биополимеров до технически развитых цивилизаций в первую очередь связываются с наличием подходящей планеты.

Считая образцом такой планеты Землю, мы можем попытаться оценить распространенность подобных объектов в Галактике.

Подходящие планеты — жизнь

Связывая дальнейшие пути эволюции с приповерхностным слоем планет, нужно найти какую-то разумную модель, где, во-первых, планеты — типичное явление, во-вторых, у некоторых из них условия на поверхности по крайней мере не разрушительны для известных типов биологических структур. Наконец, неплохо, чтобы эта модель допускала развитую жизнь на Земле и хоть в какой-то степени объясняла факт ее отсутствия на других планетах Солнечной системы.

Тем самым мы, конечно, резко сужаем горизонт поиска — фактически дело ограничивается существами, очень близкими к нам по биологической конституции. Зато мы хотя бы знаем, о какой конституции идет речь.

Весьма подробный анализ в этом направлении был проделан в 1970 году сотрудником исследовательской фирмы Рэнд Корпорэйшн Стефеном Доулом, и, насколько мне известно, его оценки пока принципиально не улучшались. По сути метод Доула приводит к отбору планет, которые по ряду основных параметров подошли бы для жизни человека, если бы последнему вздумалось заняться космической колонизацией в межзвездных масштабах. Оценку предприятия такого масштаба придется отложить до конца следующей главы — к сожалению, ее решение вовсе не сводится к наличию или отсутствию подходящих планет. Здесь же мы будем во многих отношениях следовать методу Доула.

Формулу для среднего числа подходящих планет[152] можно представить в простом виде:

NHP = NSPHP,

где NS — общее число звезд, несущих планетные системы, РHP вероятность того, что хотя бы одна из планет такой звезды имеет условия, близкие к земным.

Первый множитель можно оценить, определяя количество звезд в спектральном интервале от F5 до К5. Основой этого выбора служит тот факт, что у звезд, начиная с F5, резко меняется темп вращения по сравнению с более горячими классами. Это обычно трактуется как передача основной доли момента количества движения планетам, то есть косвенное свидетельство наличия последних. Далее, только у звезд класса F4 и более поздних время пребывания на главной последовательности превышает 4 млрд. лет, то есть минимальный срок для эволюционной цепочки прокариоты — человек по земным масштабам. Для более поздних классов М и К, то есть звезд, обладающих малыми массами (М меньше 0,63М€) и светимостями (L меньше 0,145L€), проблема заключена в малости радиуса экозоны, то есть области, где освещенности хватает для поддержания нормального температурного режима. В такой малой зоне даже химически богатая планета быстро потеряет собственное вращение из-за приливного трения, что поведет к крайне жестким температурным условиям на ее поверхности. Видимо, этот фактор ограничивает реальную ситуацию даже звездами класса KI (М ~ 0,73М€и L~ 0,252L().