SETI, жизнь на других планетах и всё остальное: наследие Фрэнка Дрейка22.12.2022 15:02

Фрэнка Дрейк со своей знаменитой формулой

На протяжении всей истории человека люди, смотревшие в ночное небо, полное звёзд, планет и всего остального, не могли не думать о том, что же может существовать там, в космосе. Есть ли там такие же звёзды, как Солнце, такие же планеты, как Земля, какие-то ещё живые, разумные существа, осознающие сами себя, и как сильно они отличаются от нас с вами? За тысячелетия развития астрономии и десятки лет развития астрофизики наше понимание Вселенной невыразимо сильно возросло, однако любопытство по поводу возможности существования внеземной жизни не угасает.

В 1950 году прославленный физик Энрико Ферми задал свой знаменитый вопрос: «А где все?» Уже заканчивается 2022 год, а этот вопрос всё ещё звучит в наших умах, не находя определённого ответа. Однако менее чем через 10 лет после того, как его задал Ферми, другой учёный, Фрэнк Дрейк, преисполнился решимости превратить этот вопрос из философского в научный. Он стал первым человеком, затеявшим поиски сигналов технологически развитых цивилизаций, пионером соответствующего проекта Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI), разработал первое сообщение, специально отправленное всем любопытствующим инопланетянам, способным его услышать, и вывел первую методику оценки количества существующих разумных инопланетных цивилизаций, с которыми мы могли бы теоретически наладить связь — уравнение Дрейка.
2 сентября 2022 года Фрэнк Дрейк умер в возрасте 92 лет, прожив замечательную жизнь и сделав потрясающую карьеру, произведшую революцию в его научной области. Но в течение его жизни человечество так и не нашло жизни за пределами Земли. Его наследие будет жить ещё много поколений спустя, и когда мы, наконец, найдём первую внеземную жизнь, а может даже и разум, за это мы должны будем благодарить его.

Дрейк первым осознал потенциал радиоастрономии для межзвёздного обмена сообщениями между разумными цивилизациями. Из всех распространяющихся по Вселенной сигналов ничто не перемещается быстрее фотонов, безмассовых частиц света. В вакууме они движутся со скоростью света –, а межзвёздное и межгалактическое пространство по большей части как раз и является вакуумом. Кроме фотонов с такой же скоростью перемещаются только нейтрино и гравитационные волны, но их засечь гораздо сложнее.

У света бывает множество разных длин волн, кроме тех, что способны различать наши глаза. У света с более короткими волнами, у ультрафиолета, рентгена и гамма-излучения, энергии на один фотон больше, чем у видимого света. У излучения с большими длинами волн (инфракрасного, микроволнового, радиоизлучения) энергии на фотон меньше, а значит, в нём можно закодировать больше информации, потратив при этом меньше энергии.

Хотя Вселенная пронизана радиосигналами, Дрейк понял, что технологически продвинутая цивилизация может специально создать сигнал, который будет недвусмысленно сообщать: «Мы здесь, это не природное явление». Любой радиосигнал можно проверить на наличие закономерностей, закодированного видео, аудио и других форм информации при помощи математики — всё ограничивается только воображением и существующими технологиями.

Дрейк первым рекомендовал и сам стал проводить систематические наблюдения за интересными небесными объектами с целью поисков подобных сигналов от разумных инопланетян. И хотя со временем появилось множество интересных кандидатов, пока нет ни одного такого, который нельзя было бы объяснить естественными астрофизическими процессами. Сегодня проекты вроде SETI продолжают развивать наследие Дрейка, прочёсывая весь спектр радиосигналов, поступающих изнутри Млечного Пути и из-за её пределов, пытаясь найти такие сигналы, свойства которых говорили бы об их искусственном происхождении.

Также Дрейк представил себе возможность того, что существующие тысячи или миллионы лет разумные инопланетяне из нашей Галактики, всё это время могли оповещать всех вокруг о своём существовании. Или, возможно, именно мы, земляне, на текущий момент являемся самой высокоразвитой цивилизацией. Тогда, решил Дрейк, именно нам нужно первым объявить о нашем существовании, и запустить проект «активного SETI» или METI: Messaging Extra-Terrestrial Intelligence («отправка сообщений внеземному разуму»)

Дрейк понял, что для отправки сообщения, которое могло бы дойти до других звёзд, потребуется огромное количество энергии — по крайней мере, по сравнению с той энергией, которую потребляют радиостанции Земли. И когда в Пуэрто-Рико закончили строительство телескопа Аресибо, Дрейк разработал «послание Аресибо» — простой сигнал, состоящий из пары сотен байтов информации, и при этом недвусмысленно искусственного происхождения. Сигнал был напичкан информацией о том, кто мы, что мы и где мы находимся, а также содержал математическую инструкцию для расшифровки. Это был первый сигнал, который мы специально отправили в надежде, что его получит внеземной наблюдатель (или слушатель).

Послание Аресибо. Сверху вниз в сообщении отражены:

Числа от одного до десяти в двоичной системе.
Атомные числа химических элементов водорода, углерода, азота, кислорода и фосфора.
Молекулярные формулы компонент нуклеотидов ДНК.
Количество пар нуклеотидов в геноме человека и форма молекулы ДНК.
Информация о человеке и человечестве.
Информация о Солнечной системе.
Радиотелескоп в Аресибо и размеры передающей антенны.

Однако наиболее известным вкладом Дрейка в науку стала его формула, или уравнение, носящее ныне его имя. При рассмотрении вопроса Ферми «А где все?» мы делаем три предположения:

На Земле нет, и никогда не было инопланетян.
Если разумная жизнь в Галактике достаточно распространена, то обнаружение нашей планеты цивилизацией, достаточно развитой для исследования всего Млечного Пути, является лишь вопросом времени.
Поэтому либо мы делаем неправильные выводы, либо неправильные предположения.

Где в этих рассуждениях ошибка? Может быть, разумная жизнь — явление чрезвычайно редкое? Может быть, несмотря на любой уровень интеллекта и технические достижения, трудности межзвёздной разведки слишком велики — из-за ограничений, накладываемых законами физики? Может быть, люди слишком примитивны, неинтересны или испорчены для того, чтобы кто-то пытался с нами связаться? До и после Дрейка подобные идеи витают в воздухе, пытаясь ответить на вопрос Ферми. Их подробному описанию я посвятил целую серию статей.

Дрейк придумал революционный подход к этому вопросу. Вопрос «где все инопланетяне» слишком расплывчатый и ненаучный, к тому же, пока мы не можем надёжно просканировать всю Галактику. Дрейк решил разбить этот сложный вопрос на более мелкие и простые компоненты. На каждый из них наука потенциально может дать ответ, и каждый из них будет понемногу приближать нас к основной цели — оценке того, какое количество разумных цивилизаций, пригодных для общения, мы можем ожидать обнаружить.

Дрейк утверждал, что если мы перемножим:

скорость формирования звёзд (штук в год), предположительно постоянную величину;
долю звёзд, у которых есть планеты;
количество землеподобных, то есть потенциально обитаемых планет вокруг каждой звезды, у которой есть планеты;
долю таких планет, где реально появилась жизнь;
долю таких планет, где развился разум;
долю планет с разумом, достигшим уровня технологий, необходимого для отправки и получения межзвёздных сообщений, и готовым этим заниматься;
среднюю длительность существования такой цивилизации, от возникновения до вымирания;

то мы получим количество разумных цивилизаций, с которыми можно вести диалог.

Преимущества такого подхода очевидны. Конечно, мы не знаем точно величин, перечисленных в уравнении, и не можем сделать точной оценки количества цивилизаций. Но, разбив задачу на мелкие, мы можем начать систематически изучать каждый из факторов, влияющих на это количество.

К примеру, должно существовать много планет, находящихся в таких условиях, которые сделали бы их похожими на Землю, где существуют нужные материалы и условия для появления жизни. Эту информацию мы сможем получить при помощи астрономии. Должно существовать множество обитаемых планет, на которых жизнь появилась из неорганики — неважно, насколько сложная, разнообразная и разумная. И даже если разумных цивилизаций в Млечном Пути появилось всего несколько штук, или ещё хотя бы одна, то в прошлом их могло быть больше — они могли вымереть от естественных причин или от самоуничтожения.

Конечно же, довольно легко указать на многие недостатки и недосмотры уравнения Дрейка, исходя из сегодняшних представлений о Вселенной. К примеру, скорость формирования звёзд менялась на протяжении истории Вселенной, как и доля звёзд, имеющих планетные системы. Во Вселенной, начавшей существование благодаря Большому взрыву конечное время назад, и не имевшей изначального запаса тяжёлых элементов, необходимых для появления каменистых планет и жизни, это неизбежно.

Однако Дрейку это было неизвестно — когда он сформулировал своё уравнение, реликтовое излучение, являющееся критически важным аргументом в пользу Большого взрыва, ещё не было обнаружено. Сегодня мы можем гораздо точнее оценить количество потенциально землеподобных планет, и мы можем сильнее углубиться в их градацию — сколько планет вокруг каких звёзд, какого размера, массы, времени жизни и металличности. Сегодня эти цифры уже вычислимы.

Однако основная идея Дрейка дожила и до сегодняшнего дня, даже если отдельные его предположения изменились. Сегодня учёные используют триединый подход к цели, о которой Дрейк мечтал, но до которой не дожил: обнаружение внеземной жизни.

Исследование миров Солнечной системы. Есть ли на Марсе, когда-то бывшем влажным, дремлющая жизнь или её ископаемые останки? Существует ли жизнь в условиях облаков Венеры, напоминающих земные? Может ли существовать жизнь вблизи геотермальных источников на дне подповерхностных океанов на таких спутниках, как Европа или Энцелад? Если жизнь во Вселенной распространена, то межпланетная палеонтология может навести нас на её открытие.
Поиск биосигнатур на экзопланетах. О наличии жизни на Земле можно судить извне. Континенты по сезонам окрашиваются в зелёный и коричневый. Уровни CO2 ежегодно колеблются. Богатую кислородом атмосферу создала жизнь. Наличие хлорфторуглеродов выдаёт присутствие человека. Развитие таких областей астрономии, как транзитная спектроскопия и прямое наблюдение планет даёт нам наилучшие шансы обнаружить жизнь на других планетах в ближайшие десятилетия.
Продолжение поисков внеземного разума. SETI ещё может добиться успеха. Если сигналы разумных инопланетян есть в космосе — будь то радиоволны, гравитационные волны или другие сигналы — мы не отказываемся от надежды найти их, пока мы продолжаем расширять границы нашего наблюдения за Вселенной.

Сегодня тысячи учёных по всему миру активно занимаются охотой на внеземную жизнь и разум. И хотя мы не можем знать, как и когда произойдёт открытие, без сомнения в недалёком будущем мы обнаружим наличие жизни вне Земли. Возможно, жизнь окажется редкой и примитивной, и найдём мы её на планете внутри Солнечной системы. Или у нас появится косвенное свидетельство наличия жизни на экзопланете, вращающейся вокруг звезды во многих световых годах отсюда. Или мы обнаружим жизнь потому, что поймаем правильный сигнал или отправим нужный сигнал, и поймём, что мы — разумная, технологически продвинутая цивилизация — не одиноки.

Ясно только одно — если мы хотим найти инопланетян, нам уже не стоит полагаться на то, что они сами прилетят к нам и объявят о своём существовании. Теперь поиск жизни за пределами нашей планеты является чисто научной задачей, и именно Фрэнк Дрейк был тем человеком, который помог нашей цивилизации подняться на эту ступеньку. Давайте же почтим его память, реализовав его мечту, и продолжим искать ответ на самый экзистенциальный из всех вопросов: одиноки ли мы во Вселенной?