Под знаком Юпитера

(Заметки о 5-ой международной конференции по Биоастрономии на Капри)

...Такие конференции проводятся каждые три года. И организаторы стремятся, соревнуясь друг с другом, проявить максимум гостеприимства, фантазии, пригласить самых интересных докладчиков, выдающихся ученых. На этот раз в конференции приняли участие сразу три нобелевских лауреата - химик Кристиан Де Дюв, биолог Манфред Эйген и физик Чарльз Таунс. Но, разумеется, не только и не столько их присутствие определило успех конференции, - рождение нового понимания серьезнейших проблем, связанных с жизнью во Вселенной. Прежде всего, на Капри собралось около 200 специалистов в различных областях науки, так или иначе имеющих отношение к этой проблеме. Как следствие - максимально широкий спектр направлений исследований, начиная с обнаружения в межзвездной среде органических молекул и заканчивая стратегией и техникой поиска сигналов от внеземных цивилизаций. С другой стороны, за минувшие три года произошло, по крайней мере, два события космического масштаба, - падение на Юпитер кометы Шумейкеров-Леви и пролет вблизи Земли кометы Хиякутаки, - изучение которых сыграло очень важную роль для существенных сдвигов в различных областях биоастрономии. Наконец, пожалуй, главное, - были обнаружены планеты вблизи нескольких солнцеподобных звезд. Это выдающееся открытие выводит все построения, связанные с поисками Жизни, во Вселенной, на совершенно другой уровень достоверности. Исследования в этой области получают, наконец, не только в переносном, но и в буквальном смысле, твердую основу. Отмечу, попутно, что и название этих заметок, родилось под влиянием атмосферы конференции, пронизанной мыслью: "Планеты за пределами Солнечной системы существуют!"

Перейдем теперь к более или менее систематическому изложению основных итогов конференции. Многие выводы и обобщения были сформулированы здесь не впервые, однако опирались они на больший объем наблюдательных данных, новые методы их обработки, дополнительные лабораторные исследования.

I. АСТРОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ.

В этом направлении исследований за последние годы получено множество впечатляющих результатов.

На основе наблюдательных данных, полученных в ИК, субмиллиметровом и миллиметровом диапазонах, обнаружено более 100 различных типов органических молекул, входящих в состав разных астрономических объектов. Они встречаются в межзвездных облаках, околозвездных газово-пылевых комплексах, и атмосферах планет Солнечной системы. При этом зафиксировано хорошее совпадение наблюдавшихся спектров соединений и лабораторных образцов, что и позволило провести их отождествление. Очень важную роль в формировании "больших" молекул играют частицы пыли и льда, которые, по-видимому, абсорбируют реагенты и фиксируют их в зоне реакции. Жесткие частицы, а также ультрафиолетовое излучение часто выполняют функции катализирующих факторов.
Примерами органических соединений, обнаруженных в космическом пространстве, являются: этанол (CH₃CH₂OH), формамид (HCONH₂), CH₃CONH₂ (ацетамид). Есть основания полагать, что найдена одна из аминокислот - глицин! Подчеркнем, что эти органические молекулы могут соединяться в более сложные структуры, являющиеся основой для рождения собственно биологических молекул - ДНК и РНК.
Все яснее становится значительная роль комет и метеоритов, как факторов планетарной и биологической эволюции. Прежде всего, установлено, что кометы и метеориты богаты органическими компонентами, необходимыми для построения биологически значимых соединений - аминокислот, пуринов, пирамидинов. Более того, в одном из метеоритов, углистом хондрите Марчизон (1969) были обнаружены 8 аминокислот. Как я уже упоминал, много интересных результатов было получено при анализе исследований падения кометы Шумейкеров-Леви на Юпитер. В частности, именно при ИK-спектроскопии следов воздействия кометы на атмосферу планеты были обнаружены HCN-полимеры. Причем они могли как образоваться при взрыве, так и присутствовать в комете, либо атмосфере Юпитера. Отметим, что процессы полимеризации играют определяющую роль в возникновении ДНК и РНК. Механические и тепловые аспекты взаимодействия комет и метеоритов с планетами также играют существенную роль в их эволюции. Так возможно значительное изменение масс планет (за время существования Земли на нее выпало до 10²⁶ г вещества), эрозия и изменение состава их атмосфер, повышение температуры гидросферы вплоть до испарения. Разумеется, многие из такого рода взаимодействий приводят к катастрофическим для многих форм жизни последствиям и могут прекращать жизнь высокоразвитых цивилизаций. Именно в связи с существованием такого рода реальной опасности был создан специальный фонд для контроля за относительно малыми телами в Солнечной системе ^* (его электронный адрес: spacequard@saturn.ias.fra.cur.it). Надо сказать, что структура поверхности внутренних планет, в частности, Марса и Меркурия, вполне подтверждает предположение о значительной вероятности столкновений с кометами и метеоритами. Разумеется детальные исследования Солнечной системы прояснят многие особенности "круговорота вещества" и его связи с происхождением жизни вблизи нашей звезды. Так уже очевидна роль внешних планет и их окрестностей как поставщиков комет и метеоритов во внутренние части Солнечной системы. Есть основания предполагать, что условия на некоторых спутниках планет- гигантов могут быть пригодны для возникновения и развития жизни. Большие надежды на новые результаты в этой области связаны с космическим полетом к Сатурну (проект "Кассини").

Центральным в программе конференции был раздел

II. ПОИСК ПЛАНЕТ ЗА ПРЕДЕЛАМИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ.

Принципиально важными для понимания механизмов формирования планетных систем являются исследования звезд на стадиях эволюции, предшествующих их попаданию на главную последовательность. Звезды типа T Tau находятся именно в этой фазе своего существования. Их возраст - 10⁶-10⁷ лет, они окружены мощными аккреционными дисками, которые распадаются за < 10⁵ лет независимо от времени жизни самой звезды. По данным субмиллиметровых наблюдений массы около 30% дисков значительно больше массы газопылевого облака, из которого образовалось Солнце. Таким образом из дисков, в конечном итоге, могут формироваться планетные системы. В этом сценарии коллапс диска сопровождается бурными процессами потери массы в виде ветра, направленных потоков вещества, а также сильным рентгеновским излучением горячей плазмы. Это значит, что первоначальные стадии молекулярной эволюции могут проходить в весьма жестких, нестабильных условиях. Примером прямого обнаружения аккреционных дисков вокруг звезд типа T Tau является исследование звезд HL Tau и L1551/IRS5 с помощью интерферометра с базой 1 км на волне 2.7 мм. Были получены размеры дисков (100-200 а.е.), обнаружены газовые потоки им перпендикулярные. Необходимо подчеркнуть, что исследования в миллиметровом диапазоне с помощью интерферометров высокой чувствительности нового поколения являются одним из наиболее перспективных методов планетологии. Таким образом можно получать не только информацию о структуре протопланетных облаков, но и обнаруживать планеты, измеряя положения звезд с точностью вплоть до 10 микросекунд дуги.
Остановимся теперь подробно на "изюминке" конференции - обнаружении планет у звезд солнечного типа. Это открытие было сделано почти одновременно двумя группами исследователей - швейцарской и американской. Причем первым повезло больше, и они немного опередили своих коллег, сообщив об обнаружении планеты массой 0.5 массы Юпитера у звезды 51 Peg осенью 1995 года. На конференции же приводились параметры около 10 планет, большинство из которых было открыто уже американцами. Вот имена первооткрывателей - Мишель Майор и Дидье Кюлоз из Женевской обсерватории, Джефф Марси и Пол Батлер из университета Сан-Франциско. Спектральные наблюдения, проведенные ими, относятся к наиболее сложным в современной оптической астрономии. И, хоть использовались телескопы умеренных размеров (около 3 м), скрупулезные методические ухищрения с использованием специальных опорных источников позволили реализовать предельную на сегодня точность при измерении лучевых скоростей 3-10 м/с. Полуамплитуды кривых лучевых скоростей звезд, у которых обнаружены планеты, лежат в диапазоне 20-600 м/с. Массы планет изменяются от 0.47 (51 Peg) до 10 (HD 114762) масс Юпитера. Попутно отметим, что для обнаружения планет земного типа точность должна быть доведена до 1 см/с (т.е. улучшена в 100 раз!). Самое же поразительное, что шесть из открытых внесолнечных "юпитеров" расположены на меньших расстояниях от своих звезд, чем Венера от Солнца! У четырех же звезд (51 Peg, 55 Can, Boo, And) планеты находятся практически в их атмосферах, на расстояниях 8-20 радиусов Солнца. Обнаруженная картина полностью противоречит сложившимся представлениям о структуре планетных систем, основанным на моделировании эволюции протопланетного облака и наших знаниях о Солнечной системе. Появление "горячих юпитеров" открывает массу возможностей для содержательных теоретических построений, в том числе и впрямую связанных с молекулярной эволюцией и происхождением жизни. Например, уже показано, что несмотря на значительную инсоляцию, планеты такого типа могут быстро охлаждаться и сжиматься, оценены их температуры и радиусы. В заключение обсуждения этого раздела программы конференции лишь упомяну об интересной возможности обнаружения внесолнечных планет по регистрации генерируемого в их атмосферах мазерного излучения H₂O.

Как и следовало ожидать, в докладах из следующего раздела степень достоверности заключений, их подкрепленность экспериментальными данными существенно уменьшаются.

III. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ И ИНТЕЛЛЕКТА.

Хотелось бы отметить, что расширяется круг аргументов в пользу жесткой зависимости условий предбиологической и биологической эволюции от физических параметров планеты, где эта эволюция предполагается. Другими словами, считается, что на планете земного типа может возникнуть жизнь лишь земного типа. Однако, на наш взгляд, этот подход в настоящее время встречается с определенными сложностями, связанными с необходимостью существенного расширения понятия "жизнь земного типа". Речь идет об обнаруженных на океанском дне около 20 лет назад различных формах жизни, не вписывающихся в "классическую" схему. В частности, так называемые метанококки, чей генетический код был расшифрован лишь недавно, не могут быть отнесены ни к прокариотам (организмам без оформленного клеточного ядра), ни к эукариотам (организмам с оформленным клеточным ядром). Они относятся к третьему, промежуточному виду и, по-видимому, возникли уже на ранних стадиях формирования земной биоты. Важно, что характер обмена веществ у метанококков носит пекулярный характер. Они живут на больших глубинах вблизи гидротермальных источников при температурах значительно выше 100^o С и давлениях около 200 атм. Эти организмы поглощают водород, двуокись углерода, азот и тяжелые металлы, а выделяют метан. Несмотря на то, что метанококки возникли в земных условиях, они вполне могли бы существовать на планетах другого типа.
Увеличивается число свидетельств в пользу "короткой" шкалы предбиологической эволюции. Возможность ее связана с введением представлений о "естественном отборе", уже среди структурных блоков различных уровней сложности, из которых в конце концов формируются ДНК и РНК. Подобные проблемы подробно на конференции не обсуждались, тем не менее я упомяну о пионерских работах российского биофизика С.Э.Шноля с сотрудниками (см. популярное изложение в "Природа", 1990, N11, с.23), где показано, что время возникновения молекул жизни практически не зависит от степени их сложности.
Переходя от эволюции молекул к эволюции интеллекта остановлюсь лишь на уже давно ведущейся в США работе по сравнительному анализу умственных способностей млекопитающих разных видов. Основные выводы -

IV. ПОИСК ВНЕЗЕМНОГО ИНТЕЛЛЕКТА.

Ограниченность объема моих заметок не позволяет достаточно подробно остановиться на анализе этого раздела.

Как всегда, поражают воображение интернациональные проекты по поиску сигналов ВЦ в радиодиапазоне. Развиваются и создаются сверхмногоканальные системы регистрации с числом каналов от 50 до 250 миллионов. Разрабатываются рафинированные методы статистического анализа наблюдательных данных.
Производит сильное впечатление своим размахом любительский проект "Аргус" - создание 5 тыс. 5-метровых радиотелескопов с унифицированным комплексом приемной аппаратуры.
Практически нет реальных программ поиска сигналов ВЦ в оптическом диапазоне. Исключение - фотометрический поиск ВЦ с временным разрешением 10^-7 c в САО РАН.
В качестве объектов поиска фигурируют солнцеподобные звезды, центр Галактики, инфракрасные источники каталога IRAS (сферы Дайсона).
Экзотические проекты тоже обсуждались. Обосновывалась необходимость строительства обсерватории на обратной стороне Луны. Рассматривалась схема запуска космического корабля на расстояние 550 а.е. в ближайший фокус Солнца как гравитационной линзы (см. реф. 7.9).
Достаточно бегло обсуждались социально-философские аспекты выбора стратегий поиска и контакта с ВЦ. По-прежнему ощущается дефицит новых, перспективных идей, а также глубокого, содержательного анализа возможных стратегий поиска.

Некоторые краткие итоги. Биоастрономия существует и развивается, правда, в основном в своих естественнонаучных и инженерно-технических аспектах. Практически отсутствуют, по крайней мере, не обсуждаются, философские и гуманитарные представления о проблеме ВЦ в целом. Увлечение компьютерами сказывается и здесь. Удручает, что работы по биоастрономии из России практически представлены не были.

Конференция была отлично организована и осталась в памяти, как сочетание напряженной работы и прекрасного отдыха.

Г.М. Бескин