Обнаружение признаков жизни в дальних мирах
Атмосфера Земли
14 апреля 1969 г. был выведен на орбиту зонд «Нимбус-3», предназначенный для исследования состояния земной атмосферы с высоты около 1050 км. Среди его инструментов имелся спектрограф IRIS, способный анализировать спектр получаемого света и идентифицировать химические элементы и соединения, через которые прошел этот свет.
IRIS выявил, например, наличие водяного пара (H2O), углекислого газа (CO2) и озона (O3). Эти молекулы относительно легко обнаружить методом спектроскопии, поскольку они дают уникальный рисунок спектральных линий в инфракрасном диапазоне — полосе электромагнитного спектра непосредственно перед областью видимого света. Напротив, такие молекулы, как азот (N2), составляющий около 78% земной атмосферы, и кислород (O2, 21%), не выявляются спектрографом IRIS, поскольку не дают характерного расположения спектральных линий в инфракрасном диапазоне. Разумеется, состав атмосферы Земли был прекрасно известен задолго до измерений «Нимбуса-3», но благодаря этому спутнику мы впервые взглянули из космоса на свет атмосферы нашей планеты. Сегодня изучение атмосферы отдаленных планет вне Солнечной системы является одним из самых многообещающих направлений исследования в рамках поиска внеземной жизни. До сих пор нам не удалось напрямую обнаружить инопланетную жизнь, но, возможно, химические следы ее присутствия в дальних мирах позволят установить ее существование.
Именно этот вопрос я и хочу обсудить в данной главе: каким образом атмосфера планеты может рассказать о ее обитаемости? Для начала узнаем, как атмосфера нашей родной планеты пришла к своему нынешнему состоянию, поскольку она не всегда была такой, как сейчас. Когда Земля формировалась около 4,5 млрд лет назад, она состояла главным образом из водорода и гелия — самых распространенных газов в газопылевом диске, где образуются планеты. Скорее всего, эта примитивная атмосфера просуществовала недолго: водород и гелий очень легкие, и гравитационной силы относительно небольшой планеты типа Земли недостаточно, чтобы их удержать. Кроме того, эти газы сдувал в космос солнечный ветер — поток высокоэнергичных частиц от Солнца. В ту отдаленную эпоху он, вероятно, был интенсивнее нынешнего, поскольку протосолнце находилось на ранней стадии развития. Частые столкновения с другими космическими телами — астероидами и планетезималями — также приводили к потере первичного газового слоя вокруг Земли.
Изменение состава земной атмосферы произошло главным образом вследствие сочетания двух факторов: многократных вулканических извержений (они были обычны во времена, когда постепенно снижающаяся температура внутри Земли все еще оставалась очень высокой) и ударов комет и астероидов. Во время извержения вулкана в атмосферу поступает огромное количество водяного пара, углекислого газа и соединений серы, так что присутствие молекул этих веществ в современной атмосфере Земли не удивительно. Принято считать, что азот и большая часть воды попали на Землю с астероидами. Поскольку углекислый газ, молекулярный азот и водяной пар тяжелее водорода и гелия, атмосфера, состоящая из этих веществ, сохранялась лучше первичной. Этому способствовала и земная магнитосфера — магнитное поле, окружающее Землю вместе с атмосферой и защищающее их от солнечного ветра. Благодаря сочетанию подходящей температуры и наличия магнитосферы Земля обзавелась не только атмосферой, но и круговоротом воды. На нашей планете вода, испаряющаяся с поверхности суши и океанов, по большей части конденсируется на определенной высоте, образуя облака, откуда водяной пар возвращается на землю в виде осадков. Например, атмосфера Венеры является настолько горячей, что испарившаяся вода не может конденсироваться в облака. В сочетании с отсутствием у Венеры защитной магнитосферы это привело к тому, что планета миллионы лет безвозвратно теряла воду. На сегодняшний день Венера является чрезвычайно сухой планетой.
Эти процессы объясняют появление в земной атмосфере различных газов, за исключением двух — молекулярного кислорода и озона, ныне содержащихся в ней в значительных количествах. Между тем молекулярный кислород исключительно химически активен и с легкостью вступает в реакции с другими веществами. В рамках химии трудно объяснить тот факт, что он составляет чуть более одной пятой атмосферы Земли.
Но дело не только в химии.
Признаки или маркер жизни
На Земле молекулярный кислород (O2), состоящий из двух соединенных друг с другом атомов кислорода, а также озон вырабатываются живыми организмами. В результате фотосинтеза земные высшие растения, например деревья и цветущие растения, становятся практически неисчерпаемым источником кислорода, что и объясняет его нынешнее изобилие в атмосфере. Молекула озона (O3), состоящая из трех атомов кислорода, возникает вследствие разрушения и рекомбинации молекулярного кислорода, из-за чего озон считается показателем высокой концентрации кислорода на Земле. До появления жизни количество кислорода было пренебрежимо мало, о чем свидетельствует химический состав древнейших минералов. На сегодняшний день принято считать, что первые живые организмы на нашей планете — прокариоты — возникли около 3,8 млрд лет назад. Это были относительно простые организмы, предшественники современных бактерий, — простые, но исключительно живучие и приспособляемые. В последующие 600 млн лет прокариоты колонизировали Землю и процветали, не ведая конкуренции, осваивая всевозможные комбинации «пищи» и метаболизма. Например, метаногены, как явствует из названия, выделяют в качестве отходов жизнедеятельности метан, а Shewenella putrefaciens питается трехвалентным железом (Fe3+)и выделяет двухвалентное железо (Fe2+), запасая высвобождающуюся при этом энергию. Другие прокариоты питались сульфатами, нитратами и цианидами. Если бы мы смогли получить инфракрасный спектр Земли в то время, то увидели бы на нем признаки наличия водяного пара, углекислого газа и, возможно, незначительного количества метана и соединений азота или серы, выделяемых этими организмами. Признаки озона совершенно точно отсутствовали бы. Для большинства наших древних предков кислород был таким же смертельным ядом, каким для нас является цианистый калий. Лишь когда концентрация кислорода в атмосфере стала достаточно высокой, возобладал дарвиновский естественный отбор и некоторые прокариоты научились пользоваться кислородом. Это стало ключом к успеху.
Эволюция от прокариот к более развитым одноклеточным организмам (эукариотам), а затем к многоклеточным заняла около миллиарда лет и стала одним из самых важных событий в истории жизни на Земле. Именно кислород, обеспечивающий намного больше энергии, чем все, что питало предшествующие формы, объясняет высокие темпы развития земной жизни. Организмы осваивали сложные процессы, меняющиеся на протяжении сотен миллионов лет в соответствии с текущими условиями существования. В последние 500 млн лет, отличающиеся умеренным климатом и изобилием пищи, успешной стратегией выживания стал гигантизм, о чем свидетельствует эра динозавров. Однако в период сокращения кормовой базы и ухудшения климата лидерство перехватили не столь крупные, но более адаптивные теплокровные — млекопитающие. Наши древнейшие предки прокариоты не исчезли с лица Земли, но вынуждены были спрятаться от кислорода в такие места, как гидротермальные источники и скалы с высоким содержанием металлов и силикатов. Эти укромные уголки до сих пор служат средой обитания экзотических сообществ микробов, вероятно очень похожих на самых первых обитателей Земли.
Еще одним гениальным достижением земной жизни стала эволюция самого важного биохимического процесса в известной нам Вселенной — фотосинтеза. С его помощью растения и некоторые бактерии могут запасать энергию солнечного света в химических связях клеток своих тканей. Не будь фотосинтеза, высокоразвитая жизнь не смогла бы развиться из-за нехватки пищи или возобновляемой энергии, достаточной для поддержания сложных организмов. Высшие растения имеют фотосинтезирующий пигмент хлорофилл, способный улавливать солнечный свет и производить глюкозу и молекулярный водород. Таким образом, высокое содержание кислорода в атмосфере является прекрасным примером «биомаркера» — признака, что на планете имеется или имелась когда-либо в прошлом жизнь. Для полноты картины следует упомянуть пурпурные сульфобактерии — чрезвычайно древние фотосинтезирующие организмы, использующие в процессе фотосинтеза не воду, а сероводород (H2S). В отличие от зеленых растений, эти бактерии не выделяют кислород.
Теория Лавлока и определение биомаркера
Результаты спектроскопии, проведенной такими спутниками, как «Нимбус-3», полностью изменили наши представления о жизни на Земле. Со стороны она предстает одной из множества возможных форм существования, которые можно обнаружить, во всяком случае теоретически, направив телескоп на другую планету. Полеты к Венере и Марсу космических аппаратов, не обнаруживших никаких следов жизни, положили конец мифу об обитаемости двух ближайших к нам планет. В отношении Марса еще остается надежда найти подземные организмы или окаменевшие остатки погибших организмов (Моника Грейди писала об этом в главе 7). Некоторые шансы на обитаемость имеют ряд спутников Юпитера или Сатурна, где жизнь могла возникнуть самостоятельно благодаря разогреву приливными силами вследствие огромной силы притяжения планет-гигантов. Бесспорно, однако, что сложная жизнь в Солнечной системе существует только на Земле.
Благодаря развитию технологии мы теперь можем искать жизнь и за пределами Солнечной системы. Вероятность обнаружить ее где-либо во Вселенной растет пропорционально числу открываемых экзопланет (на начало 2016 г. их было около 2000). Мы имеем лишь самые базовые знания о большинстве открытых экзопланет, такие как масса и примерный размер. Но совсем недавно мы научились определять химический состав их атмосферы и температурные условия. Изучать атмосферу экзопланет позволили два метода — транзитная и затменная спектроскопия и спектроскопия методом прямого наблюдения. Транзитный и затменный методы позволяют отделить измеряемые параметры планеты от параметров звезды, вокруг которой она вращается, благодаря изменению положения планеты относительно звезды, а именно когда она проходит перед диском звезды или скрывается за ним. Спектроскопия методом прямого наблюдения — многообещающая новинка, о которой рассказала в предыдущей главе Сара Сигер.
При помощи телескопов «Хаббл» и «Спитцер», а также наземных обсерваторий мы приступили к анализу ключевых химических компонентов и температурных характеристик самых перспективных транзитных экзопланет. Среди них преобладают горячие газовые планеты на очень близких к звезде орбитах. Совсем недавно нам удалось настолько усовершенствовать инструменты и методы анализа данных, что стало возможно определить основные черты атмосферы экзопланет типа «суперземля» — каменистых планет с массой до десяти масс Земли. Однако исследованные на данный момент «суперземли» все-таки слишком горячие, чтобы рассчитывать на их обитаемость.
Новые методы прямого наблюдения начали приносить первые сведения об атмосфере молодых газовых планет, расположенных в значительном удалении от материнской звезды. Самыми значительными текущими проектами на основе этих методов являются Gemini Planet Imager для телескопа Gemini в Чили и SPHERE — инструмент телескопа VLT в пустыне Атакама, также в Чили. Другие ценные инструменты прямого наблюдения экзопланет созданы для телескопов в Калифорнии и на Гавайях.
Итак, как узнать, что планета пригодна для жизни, а возможно, и обитаема? Очевидно, самым важным для понимания происхождения и эволюции планет является знание об их химическом составе и состоянии атмосферы, и без этих данных невозможно выдвигать какие-либо предположения о наличии на них жизни. Последние 50 лет ученые ломали головы над этой проблемой, и в ближайшие десятилетия нам, по всей видимости, удастся получить некоторые ответы, хотя многие препятствия до сих пор не преодолены. Законы физики универсальны — одинаковы в Лондоне, на Луне и на Проксиме Центавра, а Вселенная, по большому счету, однородна, однако у нас до сих пор нет научного определения жизни, применимого и за рамками наших знаний о жизни на Земле. На Земле кислород и озон являются газами биологического происхождения. Следует ли из этого, что нужно искать эти две молекулы на других планетах как доказательство их обитаемости? То есть являются ли эти газы универсальными биомаркерами или присутствуют лишь на Земле?
Джеймс Лавлок одним из первых попытался ответить на эти вопросы строго с научных позиций. В революционных статьях о внеземной жизни, опубликованных еще в начале 1960-х, он стремился дать универсальное определение жизни, которое являлось бы научным и в то же время практичным. Его интерес к этой теме был вызван ожидающимся запуском зондов НАСА «Викинг-1» и «Викинг-2», которые должны были сесть на Марс и наряду с прочим заняться поиском следов жизни на его поверхности. Лавлок скептически отнесся к всевозможным механизмам, с помощью которых его коллеги собирались искать эти следы, в том числе к маленьким ловушкам для марсианской живности. Лавлок утверждал: чтобы понять, может ли Красная планета быть обитаемой, нужно изучать не ее поверхность, а крайне слабую атмосферу. Состояние атмосферы необитаемой планеты очень близко к химическому равновесию — именно это и обнаружили «Викинги», вследствие чего Лавлок сделал вывод, что на Марсе жизни нет. Как я объясняла в предыдущем разделе, содержание кислорода и озона в нашей атмосфере стало увеличиваться после появления многоклеточных, так что ныне атмосфера Земли содержит бесспорное свидетельство наличия живых существ, которые насыщают ее кислородом. Если бы жизнь на Земле вымерла, кислород и озон также быстро исчезли бы, поскольку вступали в реакции с другими химическими соединениями вплоть до достижения равновесия. Земными биомаркерами являются сезонные колебания концентрации CO2, потому что растения находятся в состоянии вегетации летом и замирают на зимний период, а также так называемый «сигнал красного края». Это остроумное наблюдение заслуживает некоторых пояснений. В ходе фотосинтеза растения поглощают свет преимущественно видимой части спектра, а инфракрасный свет с большой длиной волны просто отражают. Эта «отражательная способность» растительности сразу же выявляется в ходе спутниковых измерений. Построив график зависимости интенсивности света от длины волны, мы увидим резкий спад (красный край) при переходе от более длинных (инфракрасных) волн к более коротким (волнам видимого света).
Метод обнаружения вероятной жизни на планете по составу ее атмосферы применим и к экзопланетам. Данное Лавлоком определение биомаркера — по сути химически неравновесного состояния, вызванного наличием живых организмов, — на данный момент является единственным научно-строгим понятием, которым мы располагаем. Однако оно несовершенно, и возможно, что обитаемые миры при наблюдении ничем не будут выделяться из множества похожих планет. Главное, мы недостаточно представляем химический состав атмосферы экзопланет: находятся ли они по большей части в равновесном состоянии или в неравновесном, но вызванном абиогенными процессами, как это следует из компьютерного моделирования. Все, что нам сейчас доступно, — это изучать и наблюдать огромное число планет нашей Галактики, имеющих разные размеры, температуру и материнские звезды, пытаясь понять, что могут представлять собой миры предполагаемых инопланетян. Без этой информации, следовательно, и без общей картины мы рискуем без должных оснований объявить планету обитаемой исключительно в соответствии с вышеприведенным определением биомаркера.
Одержимость поиском второй Земли
Поначалу поиск планет за пределами Солнечной системы вдохновлялся и направлялся стремлением обнаружить копию Земли — планету в точности такую, как наша. Однако охота за двойником Земли, будь то в нашей Галактике или во всей Вселенной, не только антинаучна, но даже не особенно интересна. Мысль, будто Земля является единственной или самой перспективной моделью обитаемой планеты, рождена невежеством, ограниченностью и антропоморфизмом, считающим нас самих и наш мир центром мироздания, как это было принято до Галилея. В Земле нет ничего особенного. Данные о твердых планетах, известных на сегодняшний день, заставляют нас изменить точку зрения.
Спутник НАСА «Кеплер» был запущен больше 20 лет назад для поиска аналогов Земли рядом с солнцеподобными звездами. Статистический анализ данных «Кеплера» показал, что размер Земли не имеет решающего значения, что это скорее случайность в многообразии размеров твердых планет. Я имею в виду, что планеты в два раза больше или вполовину меньше Земли в принципе тоже могут быть обитаемыми. Что же касается Солнца, то теперь мы знаем, что это весьма средняя звезда, не слишком большая и не слишком маленькая, находящаяся на середине своего жизненного цикла. Могла ли возникнуть жизнь на планете возле звезды меньше и холоднее или больше и горячее Солнца? Почему бы и нет? Даже отбросив крайности — слишком массивные и нестабильные или слишком активные звезды, — мы все равно получим множество возможных вариантов.
Что еще можно измерить в ходе поиска обитаемых миров? Например, температуру. Если мы считаем, что жизнь обязательно имеет углеродную основу и химические связи, аналогичные тем, что сформировались у земной жизни, то температура на планете не должна слишком отличаться от земной. Это, казалось бы, противоречит моему призыву расширить пределы допустимого, но жизнь на Земле действительно имеет в своей основе самые распространенные элементы во Вселенной: водород, углерод, азот, кислород. Кроме того, в областях формирования звезд или планет, а также комет были обнаружены многочисленные сложные органические молекулы, в том числе аминокислоты, строительные блоки белков и предшественники нуклеотидов, компонентов ДНК и РНК — нашего генетического материала. Мы, безусловно, «сделаны» не из уникальных или редких компонентов. Именно потому, что составляющие жизни, какой мы ее знаем, повсеместно распространены во Вселенной, представляется логичным взять углеродную основу жизни за рабочую гипотезу. В таком случае температура на обитаемой планете не может быть какой угодно. Слишком высокая непоправимо разрушила бы структуру органических молекул, а слишком низкая замедляла реакции настолько, что жизни в принципе было бы трудно зародиться.
Земная жизнь также крайне зависима от воды как химического растворителя. Давно ведутся споры о том, могут ли выполнять химические функции воды другие растворители, например аммиак, но все эти построения пока остаются гипотетическими. Если мы хотим придерживаться строгого научного подхода, то не можем исключить жидкую воду из списка необходимых для жизни ингредиентов. В конце концов, мы знаем, что это принципиальное требование большинства сложных органических молекул. Следовательно, условие наличия воды в жидком состоянии ограничивает интервал температур и давлений на пригодных для обитания планетах.
Теперь, выйдя в поисках жизни за пределы Солнечной системы, мы переключили внимание на столь отдаленные миры, что анализ атмосферы, возможно, является единственным доступным нам способом установить, обитаемы ли они. Что именно является биомаркером и как объяснить неравновесное состояние атмосферы — основополагающие вопросы в этом поиске. И хотя этого нельзя гарантировать, однажды мы можем наткнуться на планету, атмосфера которой со временем меняется и имеет высокое содержание водяного пара и кислорода…
На момент написания этой книги каталог пригодных для обитания экзопланет (http://phl.upr.edu/proiects/habitable-exoplanets-catalog) содержит около 33 кандидатов — твердых планет с температурным интервалом, необходимым для присутствия воды в жидком состоянии.
Джованна Тинетти
Завтрашний день поиска внеземного разума
Есть ли жизнь за пределами Земли? Многие древние культуры отвечали на этот вопрос утвердительно и описывали в мифах небеса, населенные богами и фантастическими существами.
С появлением телескопов люди узнали, что аристотелевские объекты, именуемые планетами, являются самостоятельными мирами, и стали рисовать инопланетян похожими на самих себя. Небеса по-прежнему мыслились обжитыми, но уже не греческими богами, а кем-то вроде людей. В этом сходились и ученые, а начиная с XIX в. писатели-фантасты. Среди образов космических жителей почти не представлены, например, микробы, хотя именно они, скорее всего, являются самой распространенной формой инопланетной жизни.
Неудивительно, что в массовом сознании поиск внеземной жизни фактически приравнен к поиску гуманоидов. Неизбежным следствием такого подхода является предпосылка, что инопланетяне в основном похожи на нас или, по крайней мере, на наши представления о собственных потомках. Это молчаливое допущение в комплексе с нашими знаниями физики и анатомии порождает такие проекты, как SETI (поиск внеземного разума), ставящие своей целью обнаружение электромагнитных сигналов, намеренно или случайно посылаемых в космос инопланетными социумами.
Первые эксперименты в рамках SETI были просто попытками с помощью чувствительного радиоастрономического оборудования услышать трансляции ближних звездных систем. Их дополнили эксперименты по обнаружению коротких вспышек лазерного излучения или стабильных источников монохроматического света — так называемый «оптический SETI». Следует отметить, что аббревиатура SETI является общей для любых попыток подтвердить существование внеземного разума электромагнитным излучением искусственного происхождения.
Казалось бы, современный радиопоиск SETI имеет широкий охват, но на деле его возможности ограниченны. Чтобы разработать эксперимент, имеющий практическую ценность, нужно задать определенные пределы частот и диапазонов, силы и длительности сигнала. Делается это в силу убеждения, что нашего знания физики более чем достаточно, чтобы спрогнозировать предпочитаемый метод межзвездного обмена сигналами. От ученых XIX в., пытавшихся поймать солнечные зайчики от марсианских зеркал, мы отличаемся тем, что мним себя знатоками коммуникации любого развитого общества.
Еще более смелым допущением исследователей, занятых SETI, является мысль, что у равных нам (или, скорее, превосходящих нас) соседей по Галактике есть какая-то причина демонстрировать свое присутствие. Вероятно, именно поэтому мы рассуждаем об инопланетных «обществах» — мощных разнородных культурах, которые испытывают потребность в коммуникации, порождающую интенсивный обмен сигналами.
Как осуществляется SETI
Схема, используемая в большинстве современных экспериментов SETI, восходит к так называемому проекту «Озма», задуманному и осуществленному астрономом Фрэнком Дрейком в 1960 г. Большими антеннами — радиотелескопами — обшаривается небо в поисках узкополосных радиосигналов (или компонентов сигнала), излучаемых возможным инопланетным передатчиком. Такой подход можно считать устаревшим в свете все более активного использования широкополосной связи на Земле. Тем не менее он присущ ныне используемой технологии, хотя в будущем его, возможно, удастся изменить благодаря совершенствованию вычислительной техники. Кроме того, узкополосная трансляция имеет наилучшее отношение сигнала к шуму при любой мощности. Иначе говоря, если вложить предельную мощность передатчика в предельно узкий диапазон частот, получится сигнал, который не утонет в неизбежных помехах космоса и принимающей аппаратуры.
Антенны SETI ориентированы на ближайшие к нам звезды (это так называемый целенаправленный поиск) либо исследуют обширные участки неба, разбитые на области размером с радиус действия приемника. Важно, что в обоих случаях рабочий цикл — период времени наблюдения в любом избранном направлении — является очень коротким, следовательно, позволяет обнаружить только постоянный сигнал.
Временное ограничение свойственно и экспериментам так называемого оптического SETI — наблюдению систем отдельных звезд с использованием традиционных оптических телескопов в надежде заметить короткие вспышки света.
На сегодняшний день достоверных сигналов, доказывающих существование внеземного разума, не обнаружено, однако «подсластить пилюлю» может тот факт, что и охвачено пока совсем немного планетарных систем — лишь несколько тысяч были обследованы высокочувствительным оборудованием в широком диапазоне частот. Так что следует задаться вопросом, сколько звезд нужно исследовать, чтобы можно было надеяться на успех. По разным оценкам, в нашей Галактике имеется от 10 000 до 1 млн мест, откуда, возможно, передаются сигналы достаточно сильные, чтобы современные инструменты SETI могли их уловить. Если «реальное» количество источников искомого сигнала находится в этом интервале, то для его обнаружения потребуется тщательно обследовать системы нескольких миллионов звезд. Это обнадеживающий результат для адептов SETI, но важно отметить, что оценки, на основе которых он получен, являются сугубо умозрительными.
Базовое — и, возможно, ложное — допущение
Разумные инопланетяне, которых мы ищем, представляются нам расширенной и дополненной версией нас самих. Мы полагаем, что, какими бы они ни были, в техническом отношении они будут примерно на одном уровне с нами и, скорее всего, нам удастся поймать сигнал, посланный видом, равным человечеству в технологическом отношении. Но этому предположению противоречит фактор времени.
1. Любая обнаруживаемая разумная жизнь должна достичь как минимум нашего уровня технологического развития — фактически даже превосходящего наш, поскольку SETI в его нынешнем виде не способен принять львиную долю межзвездных сигналов даже от ближайших звезд. Чтобы мы могли их услышать, инопланетяне должны располагать более мощными передатчиками, чем имеющиеся у нас в настоящее время.
2. Вероятность успеха — которую часто вычисляют с помощью знаменитого уравнения Дрейка (см. главу 17) — внушает оптимизм только применительно к долгоживущим источникам сигнала, т.е. находящимся «в эфире» продолжительное время. В этом отношении под «долгоживущими» принято считать длящиеся по меньшей мере 5,000-10,000 лет. Следовательно, технически продвинутые существа, сигналы которых мы можем надеяться обнаружить, имеют цивилизацию как минимум на несколько тысяч лет древнее нашей.
3. Если верить заявлениям специалистов, человечество создаст искусственный интеллект (ИИ), равный человеческому, в течение столетия. Даже если это слишком оптимистичная оценка и между изобретением радио и мыслящих машин должны пройти века, приходится сделать вывод: большинство обществ, которые мы привыкли считать целями SETI, уже имели все шансы создать искусственный интеллект, далеко превосходящий их собственный.
Из этого с неизбежностью следует, что, поскольку разработка ИИ происходит вскоре после изобретения радио и лазеров, огромная масса носителей разума в космосе (по определению, способных к коммуникации), скорее всего, представлена машинами, а не живыми организмами.
Этот факт угрожает самим основам, на которых строят свои рассуждения участники экспериментов SETI, прежде всего, мысли о том, что нам следует сосредоточиться на поиске сигналов, намеренно или случайно отправленных обитателями планеты с благоприятными биологическими условиями, вращающейся вокруг другой звезды. Биологическая составляющая, возможно, обязательна для разума прошлого и настоящего — но не для будущего.
Какие последствия это имеет для наших экспериментов SETI?
Машинному интеллекту нужен источник энергии и сырье, чтобы создавать новые детали и запчасти. Чтобы расти, а именно наращивать вычислительную способность, того и другого требуется все больше. Планеты являются источником металлов, очевидно служащих строительными блоками для этих искусственных существ, — но не только они. Астероиды содержат гораздо больше металлов, чем земная кора, и такое же положение дел, вероятно, наблюдается в других планетных системах. Что касается энергии, то лучистый поток, доступный на планете, ограничен только количеством энергии, выделяемой звездой (на Земле он примерно равен 1017 Вт). Это серьезное ограничение, но его легко обойти, если отправиться в космос, покинув родную планету.
Данное обстоятельство заставляет усомниться в правоте исследователей SETI, сделавших объектом изучения планеты. Судя по прогнозам развития наших собственных технологий, с момента создания оборудования, способного генерировать мощные радио-или световые сигналы, до изобретения человекоподобного ИИ проходят считаные столетия. Если вспомнить, что лишь долгоживущие передатчики могут с разумной вероятностью быть обнаружены, станет очевидным: традиционная установка искать разум на благоприятных в биологическом отношении планетах может быть ошибочной.
Не исключено, что сообщество SETI совершенно напрасно встречает с таким восторгом открытие очередной потенциально пригодной для обитания планеты. Начать с того, что поиск таких миров опирается на допущение, что биологические создатели ИИ продолжают генерировать сигналы ради общения друг с другом, с другими биологическими организмами или с отбывшим в космос ИИ. Иными словами, если биологический разум продолжает существовать после появления ИИ, традиционные эксперименты SETI имеют определенный смысл. Но есть и иная возможность — что ИИ полностью вытесняет своих биологических предшественников.
Разумеется, мы не имеем представления о том, что происходит с обществом после создания искусственного разума. Нет оснований предполагать, что ИИ станет сознательно истреблять своих биологических создателей. У него для этого не больше причин, чем у Homo sapiens — намеренно уничтожать предков-приматов. Тем не менее многие виды обезьян, сформировавшиеся раньше нас, находятся под угрозой исчезновения. Возможно, по крайней мере, что ИИ, появившись на Земле, подомнет под себя ресурсы планеты — сырье, энергию и пространство, и вытеснит Homo sapiens, как мы вытеснили человекообразных обезьян. Общества способных к коммуникации разумных биологических видов обладают, вероятно, очень коротким сроком жизни, соответственно, и шансы обнаружить их малы.
Какова вероятность найти ИИ? Как представляется, чем более совершенны носители искусственного разума, тем дальше они от родной планеты, тем глубже в космос забираются в поисках мощных источников энергии и сырья для обеспечения собственного роста. Как далеко они переместятся — неизвестно, но понятно, что небольшие звезды (типа Солнца), обеспечивающие наилучшие условия для развития на планетах биосферы, едва ли заинтересуют представителей постчеловечества, стремящихся к самым эффективным источникам энергии. Звезды О-класса, намного более крупные и яркие, чем Солнце, имеют в миллион раз большую светимость. Поскольку они составляют ЛИШЬ ОКОЛО 0,00196 всех звезд, то расположены разреженно — в среднем на расстоянии нескольких сотен световых лет друг от друга. Эксперименты SETI, обходящие вниманием звезды О-класса, рискуют упустить из виду эти источники высоких энергий.
Где искать?
Итак, с уверенностью ограничить места поиска внеземного разума пригодными для обитания планетами невозможно. Где еще его можно искать? Очевидно, пока мы сами не создадим интеллект, равный человеческому, все наши рассуждения о его местообитании и поведении будут сугубо умозрительными и шаткими, но предложить несколько обоснованных рекомендаций все-таки можно.
1. Сосредоточиться на зонах с высокой плотностью энергии. Представляется, что машинный интеллект должен стремиться к безграничному наращиванию знания и способности мыслить хотя бы для того, чтобы предотвращать угрозу стихийных бедствий и конкуренции с другими устройствами. Очевидные объекты поиска — яркие звезды, а также окрестности черных дыр, в том числе ядра галактик.
2. Обращать внимание на потенциальные свидетельства масштабного создания астроинженерных сооружений. Высокоразвитый разум, возможно, создает такие объекты, которые мы попросту не можем охватить взглядом в своем скрупулезном сканировании неба. Например, неприродный источник инфракрасного излучения мог бы свидетельствовать о масштабном астроинженерном строительстве — скажем, роя коллекторов на орбите звезды. По предположению физика Фримена Дайсона, развитые общества могут создавать подобные рои спутников, чтобы обеспечивать себя энергией в огромном количестве. Сферы Дайсона вокруг солнцеподобных звезд способны вырабатывать около 10^26 Вт — намного больше, чем возможно использовать на планете, не разрушив ее климат. Существующий на орбите ИИ не связан этим ограничением, следовательно, поиск инфракрасных маркеров сферы Дайсона, скорее, позволит обнаружить синтетический разум, а не биологические организмы. Однако этот подход идет вразрез с типичными экспериментами сторонников SETI. А ведь подобный поиск можно вести «на местах» с помощью существующих астрономических массивов данных.
3. Искать сигналы, распространяющиеся по вероятным коридорам коммуникации. Не ясно, общаются ли устройства ИИ друг с другом, но нельзя исключать, что у них имеется такое стремление. С учетом неограниченного срока жизни искусственного разума коммуникация даже на очень дальние расстояния представляется осуществимой и интересной как средство обмена информацией о различных участках Вселенной, наблюдаемых этими машинами. Линии, соединяющие пары черных дыр, а также центры галактик, можно считать вероятными коридорами такой коммуникации. Следовало бы обратить внимание на любую галактику, противолежащую центру нашей собственной, или на черные дыры, имеющие аналог на противоположной стороне неба.
4. Обращать внимание на периодические «сигнальные» трансляции. Это могут быть спорадические либо систематические мероприятия машин по обнаружению других подобных устройств или даже разумных живых существ, несмотря на естественное презрение к примитивному (с точки зрения ИИ) биологическому разуму.
5. Реагировать на явные нарушения законов физики. Могущественный и долгоживущий машинный разум, возможно, способен перестраивать космос на фундаментальном уровне.
Чтобы следовать некоторым из перечисленных рекомендаций, достаточно помнить о возможности обнаружить признаки неприродных проявлений в ходе рутинных астрономических наблюдений. Другие требуют специальных экспериментов SETI, но необязательно именно тех, которые ставились до сих пор.
Что касается традиционных мероприятий в рамках SETI, то они продолжаются и быстро наращивают количество звезд с планетарными системами, в которых ведется поиск сигналов. Есть ли у них какие-то шансы обнаружить ИИ?
Да, есть. Современные радиотелескопы сканируют небо лучом размером от 0,5 до 15 угловых минут на частотах около 1 ГГц (при более высоких частотах шаг еще меньше). Ширина луча — показатель сфокусированности инструмента: чем он меньше, тем уже поле поиска радиотелескопа. Используемые размеры луча соответствуют участкам неба, куда целиком умещается планетная система, даже близкая — находящаяся всего в 10 св. годах от нас. Следовательно, если ИИ остается в пределах системы своей родной звезды, то традиционные эксперименты SETI имеют некоторые шансы его обнаружить (при условии, что ИИ испускает сигналы). У оптических телескопов в силу законов оптики ширина аппаратной функции гораздо меньше, и при исследовании ближних звезд они рискуют упустить из виду ИИ, переселившийся к очень яркой звезде или в другое место, не благоприятствующее биологической жизни.
Из наших рассуждений вытекает, что обзор неба — исследования, охватывающие возможно большую часть небесного пространства, — предпочтительнее целенаправленного изучения отдельных звезд, если искомый разум является искусственным. Кроме того, необходимо оборудование, надежно выявляющее крайне нестационарные сигналы. Вполне вероятно, что от ближайшего искусственного разума нас отделяет 100 или более св. лет, что означает, что любой радиосигнал, отправленный в процессе нашего с ним обмена, будет 100 лет преодолевать это расстояние, двигаясь со скоростью света. Никакой разум, будь то биологический или синтетический, в принципе не знает о нашем существовании, начавшем заявлять о себе в виде высокочастотных мощных радиосигналов всего лишь после Второй мировой войны. Этот разум может на пробу время от времени излучать в нашу сторону световой или радиосигнал — из чистого любопытства (возможно, заинтересовавшись присутствием в атмосфере Земли биогенных газов, с помощью которых наша планета сообщает космосу о наличии жизни уже 2 млрд лет). Честно говоря, я бы не рассчитывал на постоянные трансляции инопланетян в сторону Земли, которые считаются данностью в традиционных экспериментах SETI. Системы обработки данных, с высокой надежностью обнаруживающие нерегулярные сигналы, — вот что пригодилось бы SETI.
Если нам не посчастливится случайно перехватить сигналы — из чистого везения или благодаря нахождению на линии коммуникации между инопланетными ИИ, — можем ли мы надеяться, что разумные машины намеренно станут подавать нам сигналы? Положительный ответ на этот вопрос также предполагает сугубо умозрительное (да пожалуй, и спорное) предположение, что у них есть на это какие-то причины. Люди общаются с себе подобными, но не с существами, намного отстающими от них в своем развитии. Возможно, какие-то сигналы в направлении благоприятствующих биологической жизни планет подаются исключительно из любопытства. Другая возможность — это трансляция с помощью широкой диаграммы направленности, своего рода «сигнал-приветствие» с целью обнаружить другой ИИ или сообщить ему о собственном присутствии.
Что, если мы добьемся успеха?
Представленный в этой главе общий взгляд на SETI — в особенности на базовые положения, лежащие в его основе, — поможет усовершенствовать эксперименты и, вероятно, повысить шансы на положительный результат. В этой связи было бы безответственно не поднять вопрос о том, как успех SETI повлияет на дальнейшую историю человечества.
Ближайшие последствия обнаружения внеземной жизни едва ли скажутся сильнее, чем сказалось на современниках Колумба его возвращение в Испанию после посещения американских континентов. Что именно он открыл, было неясно (что, если он приплыл в Японию?), сведения о культурах, с которыми он контактировал, практически отсутствовали. В случае SETI характеристики сигнала кое-что расскажут нам о местоположении и физическом состоянии отправителей, при условии что они находятся на планете. В противном случае мы почти ничего не узнаем — даже такой однозначный параметр, как примерное расстояние до передатчика, может остаться не определенным.
Иными словами, если SETI увенчается успехом, это будет замечательно, но не благодаря полученной информации. Мы лишь узнаем, что иная разумная жизнь действительно существует, и с философской точки зрения это будет потрясающий результат. Эпохальное открытие!
Со временем нам, возможно, удастся вытянуть закодированную в сигнале информацию, и, как уже было сказано, она почти наверняка поступит от разума, значительно превосходящего наш. О влиянии этого открытия на наши религиозные взгляды, чувство собственного достоинства и будущее нашего вида остается лишь гадать. Не исключено, что мы вообще не сумеем понять обнаруженный сигнал, и все, что нам останется, — знание о том, что мы не уникальны. С другой стороны, мы рискуем испытать разочарование сродни тому, что поразило японцев при знакомстве с более развитой математикой и естественными науками европейцев в XVII в. Мы можем усомниться, что способны управлять собственным будущим, и решить, что нечего и пытаться!
Даже при невозможности расшифровать сообщение, переданное в полученном сигнале, мы сумеем установить, что его источник не является биологическим. Это обстоятельство подкрепит прогнозы, согласно которым наше будущее включает появление интеллекта, превосходящего человеческий, более того, что именно это направление развития является наиболее вероятным.
Астрономы продолжают искать пригодные для обитания планеты, вращающиеся вокруг других звезд. Вероятно, в течение года, по мере обработки данных космического телескопа «Кеплер», мы откроем другие планеты, очень похожие на нашу Землю. Естественно будет предположить, что они породили жизнь, и даже, может быть, разумную. Но разум не обязательно остается там, где родился. Наоборот, даже наш собственный опыт заставляет думать, что разум покидает свою колыбель вскоре после изобретения радио.
Иначе говоря, биологический разумный вид может оказаться не более чем отправной точкой для чего-то намного более совершенного, одновременно живущего дольше и распространяющегося шире своих протоплазменных предшественников. Вот урок, который нужно усвоить: в поиске разума за пределами Земли мы не должны уподобляться динозаврам, ищущим других древних ящеров.
6993
2018.06.16 09:19:58