Мыслящая Вселенная
Шрифт:
С овладением термоядерной энергией появится возможность создания космических транспортных средств со скоростью, составляющей 0,1 % скорости света. Такую скорость называют миллисветовой, то есть в тысячу (милли) раз меньше скорости света. Это позволит осваивать планеты и Луну, а также строить в космосе колонии или, как их раньше называл К.Э. Циолковский, «эфирные города». При дальнейшем усовершенствовании технологии преобразования энергии станет возможным на порядок увеличить транспортные скорости. И вообще космический транспорт станет основным потребителем энергии. Надо будет перевозить немало материалов, оборудования. Большие скорости транспорта — это большой расход энергии. Кроме строительства жилых колоний в космосе будут также создаваться промышленные комплексы и средства поиска внеземных цивилизаций и средств связи с ними. Но и здесь, за пределами своей планеты, наша цивилизация не может позволить себе бесконечно увеличивать энергопотребление (даже в том случае, если будет решен вопрос, откуда потреблять). Мы и здесь натыкаемся на некоторый порог, переход через который привел бы к недопустимому изменению новой среды обитания цивилизации — межпланетного пространства. Чтобы межпланетная среда осталась пригодной для функционирования в ней цивилизации, потребление энергии в ней не должно превышать 0,1 % от всей энергии, излучаемой Солнцем. Это составляет около 1024 Вт. Чтобы снять это ограничение, казалось бы, надо действовать по принципу матрешек, то есть вырываться еще дальше — в межзвездное пространство. Но при этом необходимы качественные изменения. Скорость космического транспорта должна увеличиться, а это равнозначно качественному увеличению источников энергии, они должны стать значительно более мощными и одновременно более компактными.
СКОЛЬКО ИМЕЕТСЯ ВНЕЗЕМНЫХ ЦИВИЛИЗАЦИЙ?
Считается, что жизнь может возникнуть и развиваться не только на планетах, но и на астероидах, холодных звездах и т. д. Но специалисты считают, что надо прежде всего рассматривать цивилизации, обитающие на планетах. Не только Солнце, но и другие звезды обладают планетными системами. Но далеко не на каждой планете создаются такие физико-химические условия, при которых возможно зарождение и развитие жизни. Одним из основных условий этого является соответствующая температура. Она должна находиться в пределах, обеспечивающих нормальное протекание химических реакций. При слишком низких и слишком высоких температурах нормальное протекание реакций невозможно, поэтому невозможно возникновение и развитие жизни. Кстати, очень высокие температуры для жизни более опасны, чем очень низкие. Известно, что простейшие виды бактерий и вирусов при температуре, близкой к абсолютному нулю, могут находиться в состоянии анабиоза. Для развития жизни должна быть обеспечена не только температура в некоторых пределах, но и не очень быстрые ее изменения. Очень резкие колебания температуры являются губительными для возникновения и развития жизни.
Температура планеты зависит от величины той энергии, которую она получает от своей звезды. Эта энергия зависит как от энергетических возможностей звезды (ее светимости), так и от удаления планеты от звезды. Если данная планета будет находиться слишком близко к звезде, то ее температура может оказаться недопустимо высокой (с точки зрения возникновения жизни). Если же планета находится слишком далеко от звезды, то на ней будет чрезмерно холодно для того, чтобы там возникла и развивалась жизнь. Значит, для звезды с данной конкретной светимостью имеются некоторые предпочтительные удаления, на которых нахождение планеты окажется оптимальным в смысле возникновения жизни. Зоны в пределах указанных расстояний специалисты назвали «зонами обитаемости». Ясно, что для звезд с разными светимостями «зоны обитаемости» находятся на различных удалениях от звезд. Чем выше светимость звезды, то есть чем более «ранним» является ее спектральный класс, тем больше ее «зона обитаемости». Легко понять, что светимость звезды не должна быть чрезмерно малой или чрезмерно высокой. Если рассматривать все звезды в нашей Галактике, то окажется, что из каждых ста звезд примерно только одна или две имеют светимости, оптимальные для возникновения жизни на их планетах. Таким образом, из 150 миллиардов звезд нашей Галактики примерно миллиард звезд обладает светимостью, необходимой для возникновения и развития жизни на планетах этих звезд.
Что касается очень быстрых колебаний температуры на планетах, то они могут быть обусловлены или очень быстрым изменением светимости звезды, или же таким движением планет, при котором в данном месте температура на них будет меняться очень быстро. Известно, что светимость звезды, если она «села» на главную последовательность, изменяется во времени незначительно. Например, светимость нашей звезды — Солнца за последние несколько миллиардов лет изменялась не более чем на несколько десятков процентов. Не в большей мере изменялась светимость и других звезд, находящихся на главной последовательности. Огромное количество красных карликов существенно изменяет свою светимость во времени. Поэтому на их планетах трудно допустить существование жизни. Надо иметь в виду, что красные карлики составляют подавляющее большинство всех звезд. Для зарождения и развития жизни на планете важна не только соответствующая температура. Для этого необходимо, чтобы планета обладала не очень малой, но и не очень большой массой. Если масса планеты слишком мала (например, как у Луны), то она не сможет удержать свою атмосферу. Как известно, если любое тело вблизи планеты движется со скоростью, которая превышает вторую космическую, то оно сможет преодолеть притяжение планеты и уйти в космос. Это справедливо и по отношению к любой частице атмосферного газа (молекуле, атому). На Луне вторая космическая скорость (астрофизики ее называют «параболической») равна всего 2,4 км/с. Поэтому частицы атмосферного газа Луны сумели покинуть ее. На Земле параболическая скорость значительно больше. Поэтому Земля удерживает свою атмосферу в течение многих миллионов лет. Но это не значит, что определенная часть атмосферных частиц не покидает зону, контролируемую земным притяжением. Чем легче частица, тем легче ей покинуть планету. Чем выше от земной поверхности, тем меньшую массу имеют частицы атмосферного газа. В самой верхней части земной атмосферы располагаются самые легкие частицы — атомы водорода. Они-то и убегают, причем весьма успешно. Достаточно всего нескольких лет, чтобы весь водород из земной атмосферы убежал (диссипировал) в космическое пространство. Но тем не менее водород в атмосфере Земли не только не исчезает, но и не уменьшается. Дело в том, что он непрерывно пополняется новым водородом, главным образом в результате образования водяного пара при испарении Мирового океана. Скорость, которую может иметь частица атмосферного газа, зависит не только от массы частицы, но и от температуры атмосферного газа. В верхней части атмосферы Земли температура достигает 500 °C и более. Поэтому и скорость частиц там может быть больше параболической скорости. Двигаясь с параболической скоростью, частица имеет возможность покинуть планету только в том случае, если ничто не мешает ей двигаться. Если же она при своем движении часто сталкивается, то направление ее движения изменяется. Поэтому, вместо того чтобы удаляться от планеты, часть частиц, испытавших столкновения, будет двигаться вниз, по направлению к планете. Можно сказать, что если частиц атмосферного газа много, то есть плотность атмосферы велика, то частицы, сталкиваясь друг с другом, сами себе мешают вырваться за пределы притяжения планеты. Если масса планеты настолько велика, что параболическая скорость становится недостижимо большой, то частицы атмосферного газа вообще лишены возможности выйти за пределы притяжения планеты. Они будут оставаться при ней в течение многих миллионов лет. Можно также сказать, что атмосфера такой планеты является первоначальной, «первобытной». Известно, что звезды и планеты образовались из среды, состоящей главным образом из водорода и гелия. Из этой же среды образовалась и атмосфера планеты. Она у планет большей массы должна иметь большую плотность. Это подтверждается планетами Юпитер и Сатурн, атмосферы которых действительно таковы: имеют очень большую плотность и состоят из водорода и гелия. Все это определяется тем, что массы этих планет велики. Если их массы увеличить еще в 5 — 10 раз, то они принципиально не будут отличаться от звезд-карликов.
Несомненно, сила притяжения планеты должна сказаться и на организации и функционировании живых организмов. Справедливо указывалось на то, что если эта сила велика (то есть масса планеты слишком велика), то функционирование и организация живых организмов затруднены. Можно заключить, что жизнь возможна на планетах, масса которых не меньше нескольких процентов от массы Земли, но не превышает десятикратной массы Земли. Следует подчеркнуть, что рассмотренные физические условия на планете (температура, состав атмосферы,
Из всего вышесказанного следует важный вывод: планеты с приемлемыми с точки зрения возникновения жизни массами располагаются на таком удалении от своей звезды, где обеспечивается оптимальный температурный режим для развития жизни. В этом и проявляется взаимосвязь различных физических условий на планетах данной планетной системы.
Теперь попробуем оценить, сколько можно ожидать всего внеземных цивилизаций. Это было сделано при разработке проекта по проблеме поиска внеземных цивилизаций «Циклоп». Следуя проекту, предположим, что каждая вторая звезда в Галактике имеет планетную систему. Далее предположим, что на одной из планет данной планетной системы имеются такие физико-химические условия, при которых может возникнуть жизнь. Но это только возможность. Она реализуется только на одной из пяти планет (а значит, и планетных систем). Далее предположим, что если на планете возникла жизнь, то на определенном этапе эволюции она станет разумной. Сообщество разумных особей со временем образует цивилизацию, овладевшую технологиями, с помощью которых станет возможной связь данной цивилизации с другими цивилизациями. Но надо учесть и желание цивилизации пойти на такой контакт. Ведь она может иметь техническую возможность вступить в контакт с другими цивилизациями, но не иметь желания вступать в такой контакт. Будем считать, что таких нелюдимых цивилизаций половина из всех наличных. Но приведенными выше предположениями не исчерпывается вопрос. Важно знать число цивилизаций, которые существуют одновременно. Здесь возникает непростой вопрос: какое время может существовать цивилизация на необходимой стадии развития, то есть в той стадии, когда она способна устанавливать контакты. Относительно продолжительности этого зрелого периода цивилизаций высказывались крайние точки зрения, некоторые — весьма пессимистичные. Например, если другие цивилизации будут развиваться по такому же пути, что и наша цивилизация, то этот зрелый период их существования исчисляется всего несколькими десятками лет. Такой пессимистический взгляд был навеян той опасностью, которая висит над нашей цивилизацией. Но абсолютное большинство ученых смотрит на эти вопросы более оптимистично. Они не считают необходимым ограничивать продолжительность зрелого периода цивилизации. В этом случае каждая из цивилизаций может существовать в этой фазе с высоким технологическим уровнем миллиарды лет.
Все сказанное выше можно выразить формулой, позволяющей определить число одновременно существующих высокоразвитых цивилизаций n:
n = №Р1-Р2-Р3-Р4
Здесь N — полное число звезд в Галактике (равно 1011); Р1 — вероятность того, что звезда имеет планетную систему (равна 0,5); Р2 — вероятность наличия на планете жизни (равна 0,2); Р3 — вероятность наличия на планете, где уже возникла жизнь, разумной жизни (равна 1); Р4 — вероятность возникновения на этой планете с разумной жизнью высокого технологического уровня, позволяющего установить контакт с другими цивилизациями (равна 0,5); t1 — величина периода, в течение которого цивилизация находится на высокоразвитом уровне; Т1 — возраст Галактики. Эту формулу впервые предложил еще в 1959 году один из первых исследователей внеземных цивилизаций Дрейк (он принимал участие в работе симпозиума в 1981 году). Эту формулу называют формулой Дрейка.
Если мы хотим определить вероятность того, сколько из всех существующих цивилизаций будет обнаружено с помощью определенных технологических средств, то должны в формулу Дрейка добавить еще один сомножитель Р5, который будет определяться тем, насколько подходящим образом выбраны все характеристики аппаратуры поиска (рабочая частота, направление поиска, ширина полосы и др.). Эта формула модифицировалась и другими исследователями. Если говорить несколько формально, то исследование многих фундаментальных вопросов (например, у скольких звезд имеются планеты, на скольких из них возникает жизнь и т. д.) можно рассматривать как уточнение, конкретизацию формулы Дрейка. В свою очередь, последняя вероятность Р5, позволяющая определить, сколько цивилизаций можно обнаружить в результате поиска, содержит практически всю основную информацию о технических средствах связи.
В настоящее время специалисты уверены в том, что мы пока что не обнаружили сигналы от внеземных цивилизаций, так как для этих целей использовалась аппаратура, не удовлетворяющая необходимым требованиям (по частоте, ширине полосы, направлению, мощности, форме сигналов, времени измерения и т. д.), и поэтому вероятность Р5 пока что равна нулю.
«ПОЯС ЖИЗНИ» В ГАЛАКТИКЕ
Мы уже говорили, что Галактика вращается вокруг оси, перпендикулярной галактической плоскости. Но это вращение своеобразное: угловая скорость вращения на разных удалениях от центра различная. Чем дальше от центра, тем угловая скорость вращения меньше. Солнце со своей планетной системой находится на удалении 10 кпк от центра Галактики. Здесь скорость вращения Галактики составляет 25 км/с кпк. Для сравнения укажем, что вдвое ближе к центру эта угловая скорость почти вдвое больше (45 км/с • кпк).
В Галактике имеются спиральные рукава, которые вращаются как единое целое, с одной и той же угловой скоростью. На определенном удалении от центра Галактики скорость вращения рукавов совпадает со скоростью вращения вещества Галактики. Эту зону (кольцо, пояс) называют зоной коротации (буквально, со-враще-ния). Как уже говорилось, рукава Галактики представляют собой волны плотности. В коротационной зоне скорость их равна скорости вращения Галактики. Это ставит зону коротации в особые условия, существенно отличные от тех, которые имеются ближе к центру Галактики и дальше от него. Условия эволюции облаков межзвездного газа и образования звезд в зоне коротации отличаются от условий вне этой зоны. В этих особых условиях находится наше Солнце со своей планетной системой. Оно вращается вокруг центра Галактики с угловой скоростью, которая в 10 раз больше угловой скорости вращения Галактики на этом удалении от центра. Поэтому Солнце перемещается по окружности с центром, совпадающим с центром Галактики, и при этом пересекает попеременно разные рукава Галактики. В настоящее время оно движется между рукавами Персея и Стрельца. Весь этот путь оно должно пройти за время, равное 4,6 миллиарда лет. При вхождении в спиральный рукав условия принципиально меняются. Вблизи внутренней кромки рукава происходит эффективное образование новых звезд с небольшими массами (вроде нашего Солнца), а также массивных Сверхновых II типа. Вспышки Сверхновых вблизи Солнца должны оказаться губительными для биосферы Земли. Этот вопрос был детально рассмотрен В.И. Красовским и И.С. Шкловским. Они выдвинули гипотезу, что раньше вблизи Солнца уже вспыхивала Сверхновая звезда и Солнце с тех пор движется через радиотуманность. В результате вспышки Сверхновой в окружающее пространство выбрасываются высокоэнергичные заряженные частицы (космические лучи), которые действуют на биосферу губительно. Их интенсивность после вспышки Сверхновой увеличивается примерно в сто раз. Определенный радиационный фон, вызванный действием космических лучей, на Земле существует всегда. Его оценивают величиной D — 0,04 бэр/год. Если этот фон увеличится в сто раз из-за увеличения интенсивности космических лучей после взрыва Сверхновой, то вследствие риска гибели от рака и от летальных мутаций должно вымирать 0,056 % населения земного шара. Чтобы оно не уменьшалось, надо, чтобы прирост населения покрывал это уменьшение (а также уменьшение численности населения по другим причинам). Если прироста не будет, то все население земного шара вследствие действия радиации должно вымереть за 10 тысяч лет. Такое время Солнечная система движется в радиационном облаке, образовавшемся после взрыва Сверхновой. В наше время прирост населения земного шара составляет 2,3 % в год, то есть оно должно удваиваться за 30 лет. В период с 1830 года до наших дней эти цифры значительно меньше: ежегодный прирост всего 0,7 %, а период удвоения составляет 100 лет. В ранние периоды прирост населения был вообще мизерным. Так, от древнего до среднего палеолита ежегодный прирост населения составлял всего 4 человека на 10 тысяч населения. При таком приросте удвоение численности населения могло бы произойти только в течение 17 000 лет. Ясно, что такой прирост неспособен компенсировать вымирание населения в случае вспышки Сверхновой звезды.