Жизнь и разум во Вселенной. Поиски внеземных цивилизаций

49

Астраханский Государственный Университет

Реферат по предмету

«Концепции современного естествознания»

на тему:

Жизнь и разум во вселенной. Поиски внеземных цивилизаций

Содержание

Введение

1. Возникновение жизни на Земле

2. Поиск жизни в солнечной системе

3. Условия для жизни в космосе

4. Альтернативная биохимия

5. Внеземные цивилизации

6. Поиск внеземных цивилизаций

7. Связь с внеземными цивилизациями

8. Космические послания

9. Палеоконтакт. Теория Динекина

10. Уфология как естественная наука

11. Откровения о пришельцах

Заключение

Список использованных источников

Непостоянно все, что в мире есть,

К тому ж изъянов в том, что есть, не счесть.

Поверь же в то, что сущее незримо,

И признано все то, что зримо здесь.

Омар Хайям

Введение

Нет ничего более волнующего, чем поиски жизни и разума во Вселенной. Уникальность земной биосферы и человеческого интеллекта бросает вызов нашей веры в единство природы. Человек не успокоится, пока не разгадает загадку своего происхождения. На этом пути необходимо пройти три важные ступени: узнать тайну рождения Вселенной, решить проблему происхождения жизни и понять природу разума.

Изучением Вселенной, её происхождения и эволюции занимаются астрономы и физики. Исследованием живых существ и разума заняты биологи и психологи. А происхождение жизни волнует всех. К сожалению, нам знакома только одна форма жизни -- белковая и только одно место во Вселенной, где эта жизнь существует, -- планета Земля. А уникальные явления, как известно, с трудом поддаются научному исследованию. Но если бы удалось обнаружить другие населённые планеты, тогда возможно загадка жизни была бы решена гораздо быстрее.

Но каковы реальные перспективы такой встречи?

Где в космосе можно найти подходящие для жизни места?

Может ли жизнь зародиться в межзвёздном пространстве, или для этого необходима поверхность планет?

Почему человечество стало говорить о внеземных цивилизациях?

Какие существуют предполагаемые доказательства существования внеземного разума?

Как связаться с другими разумными существами?

На эти вопросы я искала ответы, работая над данным рефератом.

Также необходимо для изучения данной темы прежде всего определить понятие “живое вещество”. Этот вопрос является далеко не простым. Многие ученые, например, определяют живое вещество как сложные белковые тела, обладающие упорядоченным обменом веществ. Такой точки зрения придерживался, в частности, академик А.И. Опарин, много занимавшийся проблемой происхождения жизни на Земле. Конечно, обмен веществ есть существеннейший атрибут жизни, однако вопрос о том, можно ли сводить сущность жизни, прежде всего к обмену веществ, является спорным. Ведь и в мире неживого, например, у некоторых растворов, наблюдается обмен веществ в его простейших формах.

Вопрос об определении понятия “жизнь” стоит очень остро, когда мы обсуждаем возможности жизни на других планетных системах. В настоящее время жизнь определяется не через внутреннее строение и вещества, которые ей присущи, а через её функции: “управляющая система” , включающая в себя механизм передачи наследственной информации, обеспечивающей сохранность последующим поколениям. Тем самым благодаря неизбежным помехам при передаче такой информации наш молекулярный комплекс (организм) способен к мутациям, а следовательно, к эволюции.

1. Возникновение жизни на Земле

Возникновению живого вещества на Земле (и, как можно судить по аналогии, на других планетах) предшествовала довольно длительная и сложная эволюция химического состава атмосферы, в конечном итоге приведшая к образованию ряда органических молекул. Эти молекулы впоследствии послужили как бы “кирпичиками” для образования живого вещества.

По современным данным планеты образуются из первичного газово-пылевого облака, химический состав которого аналогичен химическому составу Солнца и звёзд, первоначальная их атмосфера состояла в основном из простейших соединений водорода - наиболее распространённого элемента в космосе. Больше всего было молекул водорода, аммиака, воды и метана. Кроме того, первичная атмосфера должна была быть богата инертными газами - прежде всего гелием и неоном. В настоящее время благородных газов на Земле мало, так как они в своё время диссипировали (улетучились) в межпланетное пространство, как и многие водородсодержащие соединения.

Однако, по-видимому, решающую роль в установлении состава земной атмосферы сыграл фотосинтез растений, при котором выделяется кислород. Не исключено, что некоторое, а может быть даже существенное, количество органических веществ было принесено на Землю при падениях метеоритов и, возможно, даже комет. Некоторые метеориты довольно богаты органическими соединениями. Подсчитано, что за 2 млрд. лет метеориты могли принести на Землю от 10⁸ до 10¹² тонн таких веществ. Также органические соединения могут в небольших количествах возникать в результате вулканической деятельности, ударов метеоритов, молний, из-за радиоактивного распада некоторых элементов.

Имеются довольно надёжные геологические данные, указывающие на то, что уже 3.5 млрд. лет назад земная атмосфера была богата кислородом. С другой стороны возраст земной коры оценивается геологами в 4.5 млрд. лет. Жизнь должна была возникнуть на Земле до того, как атмосфера стала богата кислородом, так как последний в основном является продуктом жизнедеятельности растений. Согласно недавней оценке американского специалиста по планетной астрономии Сагана, жизнь на Земле возникла 4.0-4.4 млрд. лет назад.

Механизм усложнения строения органических веществ и появление у них свойств, присущих живому веществу, в настоящее время ещё недостаточно изучен, хотя в последнее время наблюдаются большие успехи в этой области биологии. Но уже сейчас ясно, что подобные процессы длятся в течение миллиардов лет.

Любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других органических соединений это ещё не живой организм. Можно, конечно, предположить, что при каких-то исключительных обстоятельствах где-то на Земле возникла некая “праДНК” , которая и послужила началом всему живому. Вряд ли, однако, это так, если гипотетическая “праДНК” была вполне подобна современной. Дело в том, что современная ДНК сама по себе совершенно беспомощна. Она может функционировать только при наличии белков-ферментов. Думать, что чисто случайно, путём “перетряхивания” отдельных белков - многоатомных молекул, могла возникнуть такая сложнейшая машина, как “праДНК” и нужный для её функционирования комплекс белков-ферментов - это значит верить в чудеса. Однако можно предположить, что молекулы ДНК и РНК произошли от более примитивной молекулы.

Для образовавшихся на планете первых примитивных живых организмов высокие дозы радиации могут представлять смертельную опасность, так как мутации будут происходить так быстро, что естественный отбор не поспеет за ними.

Заслуживает внимания ещё такой вопрос: почему жизнь на Земле не возникает из неживого вещества в наше время? Объяснить это можно только тем, что ранее возникшая жизнь не даст возможность новому зарождению жизни. Микроорганизмы и вирусы буквально съедят уже первые ростки новой жизни. Нельзя полностью исключать и возможность того, что жизнь на Земле возникла случайно.

Существует ещё одно обстоятельство, на которое, может быть, стоит обратить внимание. Хорошо известно, что все “живые” белки состоят из 22 аминокислот, между тем как всего аминокислот известно свыше 100. Не совсем понятно, чем эти кислоты отличаются от остальных своих “собратьев” . Нет ли какой-нибудь глубокой связи между происхождением жизни и этим удивительным явлением?

Если жизнь на Земле возникла случайно, значит, жизнь во Вселенной редчайшее (хотя, конечно, ни в коем случае не единичное) явление. Для данной планеты (как, например, наша Земля) возникновений особой формы высокоорганизованной материи, которую мы называем “жизнью” , является случайностью. Но в огромных просторах Вселенной возникающая таким образом жизнь должна представлять собой закономерное явление.

Надо ещё раз отметить, что центральная проблема возникновения жизни на Земле объяснение качественного скачка от “неживого” к “живому” - всё ещё далека от ясности. Недаром один из основоположников современной молекулярной биологии профессор Крик на Бюраканском симпозиуме по проблеме внеземных цивилизаций в сентябре 1971 года сказал: “Мы не видим пути от первичного бульона до естественного отбора. Можно прийти к выводу, что происхождение жизни - чудо, но это свидетельствует только о нашем незнании”

2. Поиск жизни в Солнечной системе

На ближайшей к Солнцу маленькой планете Меркурий ещё не побывали ни космонавты, ни автоматические станции. Но люди кое-что знают о ней благодаря исследованиям с Земли и с пролетавшего вблизи Меркурия американского аппарата “Маринер-10” (1974 и 1975 гг.), в результате было получено несколько тысяч снимков, охватывающих примерно 45 % поверхности планеты.

Атмосферы нет, а температура поверхности меняется от -170 до 450 °С . Под грунтом температура в среднем составляет около 80 °С , причём с глубиной она, естественно, возрастает. Дальнейшие исследования с Земли показали возможность существования водяного льда в полярных кратерах. На Меркурии не существует времен года в том смысле, который мы вкладываем в это понятие на земле. Предположительно, это происходит из-за того, что ось вращения планеты находится под прямым углом к плоскости орбиты. Как следствие, рядом с полюсами есть области, до которых солнечные лучи не доходят никогда. Обследование, проведенное радиотелескопом Аресибо, позволяет предположить, что в этой студёной и темной зоне есть ледники. Ледниковый слой может достигать 2 м и покрыт слоем пыли.

Венеру в недавнем прошлом астрономы считали почти точной копией молодой Земли. Строились догадки, что скрывается под её облачным слоем: тёплые океаны, папоротники, динозавры. Но из-за близости к Солнцу Венера совсем не похожа на Землю: давление атмосферы у поверхности этой планеты в 90 раз больше земного, а температура и днём, и ночью около 460 °С. Ходя на Венеру опустилось несколько автоматических зондов, поиском жизни они не занимались: трудно представить себе жизнь в таких условиях. Над поверхностью Венеры уже не так жарко: на высоте 55 км давление и температура такие же, как на Земле. Но атмосфера Венеры состоит из углекислого газа, к тому же в ней плавают облака из серной кислоты. Словом, тоже не лучшее место для жизни.

Но Венера -- кандидат на терраформирование. По одному из планов предполагалось распылить в атмосфере Венеры генетически модифицированные сине-зелёные водоросли, которые, перерабатывая углекислый газ (атмосфера Венеры на 96 % состоит из углекислого газа) в кислород, значительно уменьшили бы парниковый эффект и понизили бы температуру на планете.

Однако для фотосинтеза необходимо наличие воды, которой, по последним данным, на Венере практически нет (даже в виде паров в атмосфере). Поэтому для реализации такого проекта необходимо в первую очередь доставить на Венеру воду -- например, посредством бомбардировки её водно-аммиачными астероидами или иным путём.

Необходимо отметить, что на высоте ~ 50--100 км в атмосфере Венеры существуют условия, при которых могут существовать некоторые земные бактерии.

Марс не без оснований считался пригодной для жизни планетой. Хотя климат там очень суровый (летним днём температура составляет около 0 °С, ночью -80 °С, а зимой доходит до -120 °С) , но всё же это не безнадёжно плохо для жизни: существует же она в Антарктиде и на вершинах Гималаев. Однако на Марсе есть ещё одна проблема -- крайне разряжённая атмосфера, в 100 раз менее плотная, чем на Земле. Она не спасает поверхность Марса от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца и не позволяет воде находиться в жидком состоянии. На Марсе вода может существовать только в виде пара и льда. И она действительно там есть, во всяком случае в полярных шапках планеты. Поэтому с большим нетерпением все ждали результатов поисков марсианской жизни, предпринятых сразу же после первой удачной посадки на Марс в 1976 г. автоматических станций “Викинг-1 и -2” . Но они всех разочаровали: жизнь не была обнаружена. Правда, это был лишь первый эксперимент.

По результатам наблюдений с Земли и данных космического аппарата «Марс Экспресс» в атмосфере Марса обнаружен метан. В условиях Марса этот газ довольно быстро разлагается, поэтому должен существовать постоянный источник его пополнения. Таким источником может быть либо геологическая активность (но действующие вулканы на Марсе не обнаружены), либо жизнедеятельность бактерий.

Климат Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна совершенно не соответствует нашим представлениям о комфорте: очень холодно, ужасный газовый состав (метан, аммиак, водород и т.д.) , практически нет твёрдой поверхности -- лишь плотная атмосфера и океан жидких газов. Всё это очень непохоже на Землю. Однако в эпоху зарождения жизни и Земля была совсем не такой, как сейчас. Её атмосфера скорее напоминала венерианскую и юпитерианскую, разве что была теплее.

В настоящее время наличие жизни на Юпитере представляется маловероятным ввиду низкой концентрации воды в атмосфере и отсутствия твёрдой поверхности. Но в 1970-х годах американский астроном Карл Саган высказывался по поводу возможности существования в верхних слоях атмосферы Юпитера жизни на основе аммиака . Следует отметить, что даже на небольшой глубине в юпитерианской атмосфере температура и плотность достаточно высоки и возможность по крайней мере химической эволюции исключать нельзя, поскольку скорость и вероятность протекания химических реакций благоприятствуют этому. Однако возможно существование на Юпитере и водно-углеводородной жизни: в содержащем облака из водяного пара слое атмосферы температура и давление также весьма благоприятны.

«Семейство» спутников, астероидов, метеоритов и ядер комет очень разнообразно по своему составу. В него, с одной стороны, входит огромный спутник Сатурна Титан с плотной азотной атмосферой, а с другой -- мелкие ледяные глыбы кометных ядер, большую часть времени проводящие на далёкой периферии Солнечной системы. Серьёзной надежды обнаружить жизнь на этих телах не было никогда, хотя исследование на них органических соединений как предшественников жизни представляет особый интерес.

Луна -- единственное небесное тело, где смогли побывать земляне, и грунт которого подробно исследован в лаборатории. Никаких следов органической жизни на Луне не найдено.

Дело в том, что Луна не имеет, и никогда не имела атмосферы: её слабое поле тяготения не может удерживать газ вблизи поверхности. По этой же причине на Луне нет океанов -- они бы испарились. (В июле 2008 года группа американских геологов из Института науки Карнеги и Университета Брауна обнаружила на Луне доказательства существования воды в больших количествах на ранних этапах существования спутника, позднее она испарилась в космос.)

Не прикрытая атмосферой поверхность Луны днём нагревается до 130 °С, а ночью остывает до -170 °С. К тому же на лунную поверхность беспрепятственно проникают губительные для жизни ультрафиолетовые и рентгеновские лучи Солнца, от которых Землю защищает атмосфера. В общем, на поверхности Луны для жизни условий нет. Правда, под верхним слоем грунта, уже на глубине 1 м, колебания температуры почти не ощущаются: там постоянно около -40 °С. Но всё равно в таких условиях жизнь, вероятно, не может зародиться.

В последнее время внимание экзобиологов (специалистов по внеземной жизни) привлекает спутник Юпитера Европа. Предположительно, под ледяной поверхностью спутника имеется океан, в котором не исключается существование жизни.

Открытие на Европе водяного океана имеет важное значение для поисков внеземной жизни. Поскольку поддержание океана в тёплом состоянии происходит не столько благодаря солнечному излучению, сколько в результате приливного разогрева, то это снимает необходимость наличия близкой к планете звезды для существования жидкой воды -- необходимого условия возникновения белковой жизни. Следовательно, условия для формирования жизни могут возникать в периферийных областях звёздных систем, около маленьких звёзд и даже вдали от звёзд, например, в системах планетаров.

Крупнейший из спутников -- спутник Сатурна Титан. Учёные предполагают, что условия на этом спутнике схожи с теми, которые существовали на нашей планете 4 миллиарда лет назад, когда на Земле только зарождалась жизнь.

При исследовании некоторых метеоритов в их составе обнаруживают вещества (в основном углеродосодержащие), которые в земных условиях являются продуктами жизнедеятельности.

Также в больших количествах обнаруживаются микроскопические окаменелости, имеющие структуру, подобную земным живым организмам: двойные стенки у клеток, шипы, отростки, поры.

Сначала было подозрение, что они попадают в метеориты из земной почвы, но теперь их внеземное происхождение вполне надёжно доказано. Например, упавший в Австралии в 1972 г. метеорит Мерчисон был подобран уже на следующее утро. В его веществе нашли 16 аминокислот -- основных строительных блоков животных и растительных белков, причём лишь 5 из них присутствуют в земных организмах, а остальные 11 на Земле редки. К тому же среди аминокислот метеорита Мерчисон в равных долях присутствуют левые и правые молекулы (зеркально симметричные друг другу) , тогда как в земных организмах -- в основном левые. Кроме того в молекулах метеорита изотопы углерода 12С и 13С представлены в иной пропорции, чем на Земле. Это, бесспорно, доказывает, что аминокислоты, а также гуанин и аденин -- составные части молекул ДНК и РНК, могут самостоятельно формироваться в космосе.

Экзопланемта (от др.-греч. exo -- «вне, снаружи»; также экстрасолнечная планета от лат. extra -- «вне, снаружи») -- планета, вращающаяся вокруг иной звезды, то есть не принадлежащая Солнечной системе. Планеты чрезвычайно малы и тусклы по сравнению со звёздами, а сами звёзды находятся крайне далеко от Солнца (ближайшая -- на расстоянии 4,22 св. года -- примерно 40 000 000 000 000 километров). Поэтому долгое время задача обнаружения планет возле других звёзд была неразрешимой. Сейчас такие планеты стали открывать благодаря усовершенствованным научным методам, зачастую на пределе их возможностей.

Известно 326 экзопланет в 269 планетных системах. Подавляющее большинство из них обнаружено с использованием различных непрямых методик детектирования, а не визуального наблюдения. Большинство из известных экзопланет -- газовые гиганты, и более походят на Юпитер, чем на Землю. Очевидно, это объясняется ограниченностью методов (легче обнаружить короткопериодичные массивные планеты).

Наиболее близкой к Земле по условиям, из известных на данный момент (ноябрь 2007), является экзопланета Глизе 581 c, температура на которой, по предварительным оценкам, находится в диапазоне 0-40° С. Также теоретически на этой планете возможно существуют запасы жидкой воды (что подразумевает возможность существования жизни).

3. Условия для жизни в космосе

В космосе мы встречаем широкий спектр физических условий: температура вещества меняется от 3--5 К до 107--108 К, а плотность -- от 10-22 до 1018 кг/см3. Среди столь большого разнообразия нередко удаётся обнаружить места (например, межзвёздные облака), где один из физических параметров с точки зрения земной биологии благоприятствует развитию жизни. Но лишь на планетах могут совпасть все параметры, необходимые для жизни.

Планеты должны быть не меньше Марса, чтобы удержать у своей поверхности воздух и пары воды, но и не такими огромными, как Юпитер и Сатурн, протяжённая атмосфера которых не пропускает солнечные лучи к поверхности. Одним словом, планеты типа Земли, Венеры, возможно, Нептуна и Урана при благоприятных обстоятельствах могут стать колыбелью жизни. А обстоятельства эти довольно очевидны:

§ стабильное излучение звезды;

§ определённое расстояние от планеты до светила, обеспечивающее комфортную для жизни температуру;

§ круговая форма орбиты планеты, возможная лишь в окрестностях уединённой звезды (т.е. одиночной или компонента очень широкой двойной системы) .

Это главное. Часто ли в космосе встречается совокупность подобных условий?

Одиночных звёзд довольно много -- около половины звёзд Галактики. Из них около 10% сходны с Солнцем по температуре и светимости. Правда, далеко не все они также спокойны, как наша звезда, но приблизительно каждая десятая похожа на Солнце и в этом отношении.

Наблюдения последних лет показали, что планетные системы, вероятно, формируются у значительной части звёзд умеренной массы. Таким образом, Солнце с его планетной системой должны напоминать около 1% звёзд Галактики, что не так уж мало -- миллиарды звёзд.

В конце 50-х гг. XX столетия американские биофизики Стэнли Миллер, Хуан Оро, Лесли Оргел в лабораторных условиях имитировали первичную атмосферу планет (водород, метан, аммиак, сероводород, вода) . Колбы с газовой смесью они освещали ультрафиолетовыми лучами и возбуждали искровыми разрядами (на молодых планетах активная вулканическая деятельность должна сопровождаться сильными грозами) . В результате из простейших веществ очень быстро формировались любопытные соединения, например, 12 из 20 аминокислот, образующих все белки земных организмов, и 4 из 5 оснований, образующих молекулы РНК и ДНК. Разумеется, это лишь самые элементарные “кирпичики” , из которых по очень сложным правилам построены земные организмы. До сих пор непонятно, как эти правила были выработаны и закреплены природой в молекулах РНК и ДНК.

Биологи не видят иной основы для жизни, кроме органических молекул -- биополимеров. Если для некоторых из них, например молекулы ДНК, важнейшей является последовательность звеньев-мономеров, то для большинства других молекул -- белков и в особенности ферментов -- важнейшей является их пространственная форма, которая очень чувствительна к окружающей температуре. Стоит повыситься температуре, как белок денатурируется -- теряет свою пространственную конфигурацию, а вместе с ней и биологические свойства. У земных организмов это происходит при температуре около 60 °С. При 100--120 °С разрушаются практически все земные формы жизни. К тому же универсальный растворитель -- вода -- при таких условиях превращается в атмосфере Земли в пар, а при температуре менее 0 °С -- в лёд. Следовательно, можно считать, что благоприятный для возникновения диапазон температур -- 0--100 °С.

Температура на поверхности планеты в основном зависит от светимости родительской звезды и расстояния до неё. В конце 50-х гг. американский астрофизик, китаец по рождению, Су-Шу Хуанг исследовал эту проблему детально. Он рассчитал: на каком расстоянии от звёзд разного типа могут находиться обитаемые планеты, если средняя температура на их поверхности лежит в пределах 0--100 °С. Ясно, что вокруг любой звезды существует определённая область -- зона жизни, за границы которой орбиты этих планет не должны выходить.

§ У звёзд-карликов она близка к звезде и неширока. При случайном формировании планет вероятность, что какая-нибудь из них попадёт в эту область, мала.

§ У звёзд высокой светимости зона жизни находится далеко от звезды и очень обширна. Это хорошо, но продолжительность их жизни так мала, что трудно ожидать появления на их планетах разумных веществ (земной биосфере для этого понадобилось более 2 млрд. лет).

Таким образом, по мнению Су-Шу Хуанга, для обитаемых планет наиболее подходят звёзды главной последовательности спектральных классов от F5 до К5. Годятся не любые из них, а лишь звёзды второго поколения, богатые теми химическими элементами, которые необходимы для биосинтеза, -- углеродом, кислородом, азотом, серой, фосфором. Солнце как раз и является такой звездой, а наша Земля движется в середине его зоны жизни. Венера и Марс находятся вблизи краёв этой зоны. В результат жизни на них нет.

Итак, можно надеяться, что у любой солнцеподобной звезды, обладающей планетной системой, найдётся хотя бы одна планета с условиями, пригодными для развития на ней жизни.

К сожалению, осталось мало шансов обнаружить активную биосферу в Солнечной системе и совершенно непонятно, как искать её и в других планетных системах.

4. Альтернативная биохимия

Альтернативная биохимия изучает возможность существования форм жизни, которым свойственны биохимические процессы, полностью отличающихся от возникших на Земле. Обсуждаемые отличия включают замену углерода в молекулах органических веществ на другие атомы, и/или воды в качестве растворителя на другие жидкости.

· Замена углерода

Ученые немало высказывались на тему возможности построения органических молекул с помощью других атомов, но никто не предложил теорию, описывающую возможность воссоздания всего многообразия элементов, необходимых для существования жизни.

§ Кремний

Среди наиболее вероятных претендентов на роль структурообразующего атома в альтернативной биохимии называют кремний. Он находится в той же группе периодической таблицы, что и углерод, эти два элемента во многом схожи. Однако атомы кремния имеют бомльшую массу и радиус, сложнее образуют двойную или тройную ковалентную связь, что, возможно, в данном случае будет мешать.

Силаны, представляющие соединение кремния и водорода, которые будут являться аналогом алканов (соединений улерода и водорода), отличаются куда меньшей устойчивостью цепочки атомов кремния, они легче разрушаются. В то же время, силиконы -- полимеры, включающие цепочки чередующихся атомов кремния и кислорода, являются более устойчивыми. В частности, силиконовым полимерам свойственна значительная жаропрочность. На этом основании предполагается, что кремниевая жизнь может существовать на планетах со средней температурой, значительно превышающей земную. Кроме того, роль универсального растворителя в этом случае будет играть уже не вода, а соединения со значительно большей температурой кипения и плавления.

Так, например, предполагается, что они будут стабильнее углеродных молекул в среде, насыщенной серной кислотой, то есть в условиях, которые могут существовать на других планетах. В целом же, сложные молекулы с кремниево-кислородной цепью менее устойчивы по сравнению с углеродными аналогами. К тому же, соединения кремния не настолько разнообразны по строению как белки.

Другая проблема заключается в том, что диоксид кремния (основной компонент песка), который является аналогом углекислого газа, представляет собой твердое, плохорастворимое вещество. Это создаст трудности для поступления кремния в биологические системы, основанные на растворах, даже если окажется возможным существование биологических молекул на его основе.

Кроме того, во всем разнообразии молекул, которые были обнаружены в межзвездной среде, 84 основаны на углероде и лишь 8 -- на кремнии. Более того, из этих 8 соединений, 4 также включают в состав углерод. Примерное соотношение космического углерода к кремнию -- 10 к 1. Это дает основание предполагать, что сложные углеродные соединения более распространены во Вселенной, уменьшая шанс формирования жизни на основе кремния, по крайней мере, в тех условиях, что можно ожидать на поверхности планет.

На Земле, как и на других планетах земной группы, много кремния и очень мало углерода. Однако, земная жизнь развилась на основе углерода. Это, вероятно, свидетельствует в пользу того, что этот элемент куда более подходит для формирования биохимических процессов на планетах, подобных нашей. Остается возможность того, что при других условиях температуры и давления, кремний может участвовать в формировании биологических молекул в качестве замены углероду.

Следует отметить, что соединения кремния (в частности, диоксид кремния) используются некоторыми организмами на земле. Из них свой панцирь формируют диатомовые водоросли, получая кремний из воды. В качестве структурного материала соединения кремния также используются радиолярией, некоторыми губками и растениями, они входят также в состав соединительной ткани человека.

§ Азот и фосфор

Азот и фосфор считают другими претендентами на роль основы для биологических молекул. Как и углерод, фосфор может составлять цепочки из атомов, которые, в принципе, могли бы образовывать сложные макромолекулы, если бы он не был таким активным. Однако, в комплексе с азотом, возможно образование более сложных ковалентных связей, что делает возможным возникновение большого разнообразия молекул, включая кольцевые структуры.

В атмосфере Земли азота около 78 процентов, однако, в силу инертности двухатомного азота, энергетическая «цена» образования трехвалентной связи слишком высока. В то же время, некоторые растения могут связывать азот из почвы в симбиозе с анаэробными бактериями, живущими в их корневой системе. В случае присутствия в атмосфере значительного количества диоксида азота или аммиака, доступность азота будет выше. В атмосфере других планет, кроме того, могут существовать и другие оксиды азота.

Подобно растениям на земле (например, бобовым), инопланетные формы жизни могли бы усваивать диоксид азота из атмосферы. В таком случае мог бы сформироваться процесс наподобие фотосинтеза, когда энергия солнца тратилась бы на образование аналогов глюкозы с выделением кислорода в атмосферу. В свою очередь, животная жизнь, стоящая выше растений в пищевой цепочке, усваивала бы из них питательные вещества, выделяя диоксид азота в атмосферу, и соединения фосфора в почву.

В аммиачной атмосфере растения с молекулами на основе фосфора и азота получали бы соединения азота из воздуха, фосфор из почвы. В их клетках происходило бы окисление аммиака для образования аналогов моносахаридов, водород бы выделялся в качестве побочного продукта. В данном случае животные будут вдыхать водород, расщепляя аналоги полисахаридов до аммиака и фосфора, то есть энергетические цепочки формировались бы в обратном направлении, по сравнению с существующими на нашей планете. (У нас бы вместо аммиака в данном случае распространён был бы метан).

Споры на эту тему далеко не окончены, так как некоторые этапы цикла на основе фосфора и азота являются энергодефицитными. Так же представляется спорным, чтобы во Вселенной соотношения этих элементов встречались в необходимой для возникновения жизни пропорции.

§ Азот и бор

Атомы азота и бора, находящиеся в «связке», в определённой степени имитируют связь углерод-углерод. Так, известен боразол B3N3H6, который иногда называют «неорганическим бензолом». Всё же, на основе комбинации бора с азотом невозможно создать всё то разнообразие химических реакций, известных в химии углерода. Тем не менее, принципиальную возможность такой замены в виде каких-то отдельных фрагментов искусственных (или инопланетных) биомолекул, нельзя полностью исключать.

· Замена воды

§ Аммиак

Аммиак часто рассматривается в качестве наиболее вероятного (после воды) альтернативного растворителя для возникновения жизни на какой-либо из планет. При давлении в 1 атм. он находится в жидком состоянии при температурах от ?78 до ?33 0C. Жидкий аммиак по ряду свойств напоминает воду, но следует заметить, что при замерзании твёрдый аммиак не всплывает вверх, а тонет (в отличие от водного льда).

Поэтому океан, состоящий из жидкого NH3 , будет легко промерзать до дна. Кроме того, выбор аммиака как растворителя исключает выгоды от использования кислорода как биологического реагента. Однако это не исключает возможности возникновения альтернативной жизни на планетах, где аммиак имеется в смеси с водой.

§ Фтороводород

По ряду свойств фтороводород напоминает воду. Так, он тоже способен к образованию межмолекулярных водородных связей. Однако стоит учитывать, что на 1 атом фтора в наблюдаемой вселенной приходится 10000 атомов кислорода, поэтому трудно представить на какой-либо планете условия, которые благоприятствовали бы образованию океана, состоящего из HF, а не из H2O.

Другой серьёзный аргумент против такой возможности заключается в том, что твёрдая поверхность большинства планет (которые её имеют), состоит из двуокиси кремния и алюмосиликатов, с которыми, как известно, фтористый водород реагирует по реакции:
SiO2 + 6 HF => H2SiF6 + 2 H2O

§ Цианистый водород

Цианистый водород HCN также способен к образованию водородных связей, но в отличие от HF, он состоит из широко распространённых во Вселенной элементов. Более того, считается, что это соединение играло значительную роль в предбиологической химии Земли -- например, в образовании аминокислот, нуклеотидов и других компонентов «первичного бульона».

Тем не менее, цианистый водород не подходит в качестве возможного растворителя для альтернативной жизни хотя бы потому, что это соединение термодинамически неустойчиво. Так, жидкий цианистый водород довольно быстро осмоляется, особенно в присутствии катализаторов (в роли которых могут выступать кислоты, основания, глина и многие горные породы), причём иногда разложение HCN протекает со взрывом. По этим причинам HCN не способен образовать океан на какой-либо планете.

5. Внеземные цивилизации

Внеземныме цивилизамции -- гипотетические цивилизации, отличные от нашей, которые возникли и развивались не на Земле. Существование (равно как и несуществование) внеземных цивилизаций в настоящее время строго не доказано, однако статистически возможно. Понятие используется главным образом в фантастике и уфологических теориях.

· Происхождение гипотезы.

Идея внеземных цивилизаций появилась в XVII веке в связи с появлением гелиоцентрической системы мира Коперника и изобретением телескопа Галилеем. На Луне были обнаружены горы и долины, и было сделано предположение о существовании лунных аборигенов -- «селенитов». Позже было высказано предположение о существовании марсиан. По мере исследования Солнечной системы предполагаемое местоположение внеземных цивилизаций переносилось вглубь космоса.

Гипотеза о существовании внеземных цивилизаций следует из представлений о естественном происхождении жизни на Земле и её эволюции. Если возникновение жизни, а затем и разумной жизни -- естественный процесс, то подобное могло произойти и в любом другом месте, где есть подходящие условия.

· Научно-технический прогресс.

Представления о научно-техническом прогрессе дают возможность предположить, что внеземные цивилизации могут быть гораздо более развитыми, чем наша, поскольку человек появился достаточно поздно по меркам возраста Вселенной. Этой точке зрения во многом способствует связывание с ними феномена НЛО. Не исключено, однако, что наша цивилизация, наоборот, является первой и самой развитой во Вселенной. Наше Солнце - звезда третьего поколения, сформировавшаяся из остатков образовавшихся после взрывов сверхновых второго поколения, которые, в свою очередь, образовались из звёзд первого поколения, которые появились непосредственно после Большого взрыва. Планеты вокруг звёзд первого поколения не могли содержать тяжёлые элементы, поэтому на них жизнь не могла возникнуть. Звёзды второго поколения также не были достаточно богаты тяжёлыми элементами. Для развития звёзд первого и второго поколения, вплоть до их превращения в сверхновые, в недрах которых и образуются тяжёлые элементы, необходимо было порядка нескольких миллиардов лет. Солнечная система существует 4,6 млрд. лет, из которых примерно 4 млрд. ушло на возникновение и эволюцию жизни до человека. С учётом того, что Вселенной «всего» 13,7 млрд. лет, получается, что наша цивилизация сформировалась довольно рано.

6. Поиск внеземных цивилизаций

Как найти братьев по разуму?

Стратегия поиска зависит от того, как люди представляют себе возможности и желания этих самых братьев.

Можно разделить такие представления на четыре разных типа:

§ Они рядом с нами.

Так думают те, кто считает НЛО космическими кораблями пришельцев, верит в техническую возможность межзвёздных перелётов, в регулярное появление инопланетян на Земле.

§ Они здесь когда-то побывали.

Некоторые любители историй и археологи считают, что в памятниках, литературных источниках и легендах сохранились указания на посещение Земли пришельцами. Они не исключают даже, что мы -- их потомки.

§ Они осваивают космос.

Здесь всё достаточно просто. Земляне сами уже осваивают космос и могут представить себе перспективы этого занятия. Главное заключается в том, что человечество всё больше потребляет энергии, и всё больше рассеивает её в окружающее пространство в преобразованном виде. Например, уже более 100 лет Землю покидают радиоволны искусственного происхождения. Последние 50 лет это очень мощные сигналы наших телевизионных передатчиков и радаров, которые без особого труда можно зарегистрировать с соседних звёзд. Это же касается и мощных лазерных импульсов, посылаемых в космос.

По подобным признакам можно попытаться отыскать цивилизацию земного типа даже в том случае, если она не стремиться сообщить о своём существовании. Если технический уровень цивилизации настолько высок, что она научилась использовать всю энергию своей звезды, например, окружив её непрозрачной оболочкой (так называемая сфера Дайсона-- гипотетический астроинженерный проект Фримена Дайсона, представляющий из себя относительно тонкую сферическую оболочку большого радиуса со звездой в центре. Предполагается, что развитая цивилизация может использовать подобное сооружение для полной утилизации энергии центральной звезды и/или для решения проблемы жизненного пространства), то вместо звезды мы увидим инфракрасный источник. Специальный поиск действительно позволил найти такие источники, но пока все они оказывались формирующимися звёздами, окружёнными пылевыми оболочками. Впрочем, возможности имеющихся инфракрасных телескопов всё ещё весьма ограниченны.

§ Они хотят поговорить.

Значительно проще было бы обнаружить братьев по разуму, если бы они сами этого захотели. Мощный радиомаяк или лазерный “прожектор” можно заметить с очень большого расстояния.

7. Связь с внеземными цивилизациями

· Проблема контакта.

- Причины поиска контакта и возможные следствия.

Многие люди с воодушевлением относятся к мысли о контакте между нашей и иной цивилизациями, возлагая на внеземные цивилизации надежды на разрешение наших извечных проблем -- нужды, болезней, смерти, перенаселённости Земли и др. Контакты между разными цивилизациями в земной истории часто давали толчок развитию торговли, экономики и культуры. Но довольно часто народы, стоящие на более низкой ступени развития, либо порабощались, либо уничтожались вообще (стоит только вспомнить геноцид индейцев в Америке, обращение в рабство негров Африки, разграбление колоний, эксплуатацию коренного населения). Хотя можно предположить, что некоторый уровень развития предполагает недопустимым военное разрешение противоречий, всё же полностью исключать этот вариант нельзя. В любом случае, влияние более развитых цивилизаций очень велико, хотя подчастую оно приводит к деградации и забвению собственного культурного наследия.

- Принципиальная возможность контакта.

Непосредственный контакт при текущем уровне научно-технического прогресса невозможен из-за огромных межзвёздных расстояний, если только иные цивилизации не владеют гиперпространственными технологиями. Даже ближайшая к нам звезда находится на расстоянии примерно 40 трлн. км, и чтобы долететь до неё, современным космическим аппаратам потребовалось бы более 40 000 лет. При этом совсем не обязательно, что в окрестностях самой близкой звезды присутствуют живые организмы. Расстояния же до других звёзд -- в тысячи и десятки тысяч раз больше, не говоря уж о других галактиках.

Тем не менее, в принципе, возможен контакт на расстоянии. Уже неоднократно производились попытки посылать в космос сигналы, которые могли бы быть приняты и расшифрованы внеземными цивилизациями.

Для беспроводной связи на земле в основном используют радио. Поэтому главные усилия сейчас направлены на поиски сигналов внеземных цивилизаций в радиодиапазоне. Но ведутся они и в других диапазонах излучения. За последние 20 лет было проведено несколько экспериментов по поиску лазерных сигналов в оптическом диапазоне. Достоинство лазерной связи на малых расстояниях очевидно: у неё очень высокая пропускная способность, позволяющая передавать огромное количество информации за короткое время. На больших расстояниях лазерный луч рассеивается и поглощается в атмосфере, и его приходится пропускать по оптико-волоконному кабелю. Но космическое пространство достаточно прозрачно для оптической связи. Вторая особенность лазера -- высокая направленность луча -- скорее является недостатком для желающих перехватить чужое космическое послание.

Важно, что поиск сигналов внеземных цивилизаций ведётся одновременно с решением астрофизических задач, например, с изучением нейтронных звёзд и поиском чёрных дыр, т.е. не отвлекает телескопы от научных целей.

Однако, даже если предполагаемые «братья по разуму» смогут принять наш сигнал, есть опасность, что они настолько отличаются от нас, что не смогут понять его.

- Язык контакта.

Очевидно, что выбор языка общения зависит от предварительной информации о собеседнике: чем меньше о нём известно, тем более универсальным должен быть язык. Его выбор зависит от формы контакта. Как показал опыт общения различных цивилизаций Земли (например, европейцев и индийцев), даже здесь контакты бывают весьма сложными. В XIX в. русский этнограф Н.Н. Миклухо-Маклай, пытаясь составить словарь языка папуасов, столкнулся с серьёзными трудностями. Желая знать, как называется лист, он показал его нескольким туземцам и, к своему удивлению, от всех услышал разные названия.

Постепенно он выяснил, что один сказал “зелёный” , другой -- “грязь”, другой -- “негодная” , так как лист был поднят с земли, третий назвал растение, которому принадлежал лист, и т.д. Даже в этом простейшем случае оказалось трудно добиться ясности. Ещё сложнее было с абстрактными понятиями. “Для ряда понятий -- писал путешественник, -- я никаким образом не мог получить соответствующих обозначений, для этого оказалось недостаточным как моя сила воображения, так и моя мимика. Как я мог, например, представить понятие “сны” или “сон” , как мог найти название понятия “друг” , “дружба”? Даже для глагола “видеть” я узнал слово лишь по прошествии 4 месяцев, а для глагола “слышать” так и не мог узнать” .

Контакты с другими цивилизациями наверняка будут связаны с очень большими трудностями, а могут вообще оказаться бесплодными. Ведь до сих пор не почитаны некоторые тексты на мёртвых языках Земли -- своеобразные послания из глубины веков.

Но если кто-то оправляет в космос специальные позывные для поиска братьев по разуму, то он должен позаботиться о простоте языка, т.е. создать особый язык, понятный любому мыслящему существу. Учёные называют это принципом антикриптографии (от греч. “анти” -- “против” ; “криптос” -- “тайный” , “скрытый” ; “графо” -- “пишу” )

История искусственных языков началась с попыток придумать универсальный язык для людей. Результат одной из таких попыток -- язык эсперанто -- и сейчас в ходу. Однако так или иначе основой этих языков были живые европейские языки.

Ханс Фройденталь, профессор математики Утрехтского университета (Нидерланды) решил создать язык, понятный для существ, не имеющих с нами ничего общего, кроме разума. Дело происходило в те годы, когда все были взволнованы запуском первого спутника и первой попыткой Фрэнка Дональда Дрейка принять сигналы внеземных цивилизаций. Поэтому Фройденталь назвал свой язык линкос (от лат. linqua cosmica -- “космический язык” ).

Линкос прост и однозначен, он не содержит исключений из правил, синонимов и т.д. К тому же этот язык совершенно свободен от фонетического звучания. Слова этого языка никогда и никем во Вселенной произноситься не будут. Их можно закодировать в любой системе, например в двоичной, и передавать в космос по радио или другим способом.

· Уравнение Дрейка. Парадокс «Великого молчания».

Уравнение Дрейка -- формула, с помощью которой можно определить число цивилизаций в галактике, с которыми у нас есть шанс вступить в контакт.

Выглядит формула следующим образом:

,

где:

N -- количество цивилизаций, с которыми у нас есть шанс вступить в контакт;

R -- скорость формирования звёзд в нашей галактике (сколько звёзд в год образуется?);

fp -- доля звёзд, обладающих планетами;

ne -- среднее количество планет (и спутников) с подходящими условиями на одну звезду, обладающую планетами;

fl -- вероятность зарождения жизни на планете с подходящими условиями;

fi -- вероятность возникновения разумных форм жизни на планете, на которой есть жизнь;

fc -- отношение количества планет, разумные жители которых способны к контакту и ищут его, к количеству планет, на которых есть разумная жизнь;

L -- время жизни такой цивилизации (то есть время, в течение которого цивилизация существует, способна вступить в контакт и хочет вступить в контакт).

Формула была разработана доктором Фрэнком Дональдом Дрейком (профессором астрономии и астрофизики калифорнийского университета Santa Cruz) в 1960 году.

Уравнение Дрейка послужило основанием для выделения миллионов долларов на программу поиска внеземных цивилизаций, несмотря на то, что при современном уровне развития науки можно более-менее точно определить только два коэффициента: R и, менее точно, fp.

По данным, использованным Дрейком в 1961:

R = 10/год (10 звёзд образуется в год)

fp = 0.5 (половина звёзд имеет планеты)

ne = 2 (в среднем две планеты в системе пригодны для жизни)

fl = 1 (если жизнь возможна, она обязательно возникнет)

fi = 0.01 (1 % вероятности, что жизнь разовьётся до разумной)

fc = 0.01 (1 % цивилизаций может и хочет установить контакт)

L = 10,000 years (технически развитая цивилизация существует 10000 лет)

Уравнение даёт N = 10 Ч 0.5 Ч 2 Ч 1 Ч 0.01 Ч 0.01 Ч 10000 = 10.

По современным подсчетам:

N = 20 Ч 0.1 Ч 0.5 Ч 1 Ч 0.5 Ч 0.1 Ч 100,000 = 5,000

Уравнение Дрейка тесно связано с парадоксом Ферми или парадоксом «Великого Молчания».

Парадомкс Фемрми -- парадокс, предложенный физиком Энрико Ферми, который подверг сомнению возможность обнаружения внеземных цивилизаций. Парадокс связан с попыткой ответить на один из важнейших вопросов всех времён: «Является ли человечество единственной технологически развитой цивилизацией во Вселенной?» Уравнение Дрейка, которое даёт оценку количества внеземных цивилизаций, с которыми мы могли бы вступить в контакт, даёт, в зависимости от выбора неизвестных параметров, довольно высокую оценку шансам на такую встречу. На такой вывод Ферми ответил, что, если в нашей галактике должно существовать множество развитых цивилизаций, тогда «Где они? Почему мы не наблюдаем никаких следов разумной внеземной жизни, таких, например, как зонды, космические корабли или радиопередачи?».

Таким образом, парадокс можно сформулировать так: Соединение распространённой веры в то, что во Вселенной существует значительное количество технологически развитых цивилизаций, с отсутствием каких-нибудь наблюдений, которые бы её подтверждали, являются парадоксальным и приводит к выводу, что или наше понимание природы, или наши наблюдения неполны и ошибочны.

Среди возможных разрешений парадокса можно выделить следующие:

§ внеземных цивилизаций просто не существует: по каким-то причинам человечество -- уникальное явление; либо по каким-то причинам цивилизации достаточно быстро гибнут сами собой -- например, в результате войн, природных, экологических или социальных катастроф;

§ внеземные цивилизации существуют, но расположены в удалённых частях Вселенной, и из-за огромных расстояний контакт с ними невозможен;

§ внеземные цивилизации существуют, их уровень близок к нашему, и они более склонны наблюдать, выискивая чужие сигналы, чем подавать свои.

§ внеземные цивилизации существуют, однако уровень их развития слишком низок, чтобы связаться с нашей цивилизацией.

§ внеземные цивилизации существуют, однако уровень их развития слишком высок, чтобы связываться с Земной цивилизацией.

§ внеземная цивилизация не контактирует с Земной по причине отсутствия интереса к нашей цивилизации, вследствие отсталости наших принципов дальней космической связи (другими словами -- будете ли вы разговаривать с муравьём?), или по причине проводимой политики невмешательства. (Данная теория хорошо описана братьями Стругацкими в научно-фантастической повести «Пикник на обочине»).

§ внеземные цивилизации существуют, контакт возможен и состоялся, однако заинтересованные влиятельные силы внутри нашей цивилизации скрывают факт контакта. Эта теория заговора активно эксплуатируется в фантастической литературе и кинематографе.

· Проекты поисков.

Наблюдения за внеземными сигналами начались в 1960 г., когда Фрэнсис Дрейк попытался с помощью антенны диаметром 26 метров принять сигналы от звёзд t Кита и Эридана. Его работа называлась “проект ОЗМА” . Искусственные сигналы обнаружены не были, но работа Дрейка открыла эру поиска сигналов внеземных цивилизаций. Сначала это занятие получило общее название GETI (Communication with ExtraTerrestrial Intelligents -- “Связь с неземными цивилизациями” ) . Позже его стали называть более осторожно SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligents -- “Поиск внеземных цивилизаций” ) , имея в виду, что, прежде чем удастся наладить связь, необходимо найти хоть какие-то следы деятельности разумных существ в космосе.