Страница:
Нетрудно, разумеется, придумать условия для преодоления этого барьера (локальные источники энергии, повышенная концентрация катализаторов и т. д.), и вряд ли эти условия будут слишком искусственны. Но вряд ли они будут сильно отличаться от тех условий, которые привели к появлению протобионтов в первый миллиард лет эволюции Земли. Отличия результатов синтеза могут заключаться в ином аминокислотном составе белков (не наши 20!) или несколько иной структуре ДНК, что, конечно, даст отличный от земного генетический код, и совсем уже труднопредсказуемые последствия для верхних ветвей эволюции. Любопытно было бы помечтать о разумных существах, способных развиться в столь необычных условиях.
Но это слишком далеко идущая экстраполяция. В своем научно-фантастическом романе "Черное облако" Фрэд Хойл выдвинул идею как раз такого рода, причем за много лет до открытия реальной органики в черных облаках.
Нас пока будут интересовать более ограниченные выводы.
Видимо, органические молекулы и биомономеры - довольно распространенное космическое явление. Можно полагать, что дальнейшие этапы усложнения структуры успешно протекают в более специфических и соответственно более редких условиях. По современным представлениям все этапы от формирования биополимеров до технически развитых цивилизаций в первую очередь связываются с наличием подходящей планеты.
Считая образцом такой планеты Землю, мы можем попытаться оценить распространенность подобных объектов в Галактике.
ПОДХОДЯЩИЕ ПЛАНЕТЫ - ЖИЗНЬ
Связывая дальнейшие пути эволюции с приповерхностным слоем планет, нужно найти какую-то разумную модель, где, во-первых, планеты - типичное явление, во-вторых, у некоторых из них условия на поверхности по крайней мере не разрушительны для известных типов биологических структур. Наконец, неплохо, чтобы эта модель допускала развитую жизнь на Земле и хоть в какой-то степени объясняла факт ее отсутствия на других планетах Солнечной системы.
Тем самым мы, конечно, резко сужаем горизонт поиска - фактически дело ограничивается существами, очень близкими к нам по биологической конституции. Зато мы хотя бы знаем, о какой конституции идет речь.
Весьма подробный анализ в этом направлении был проделан в 1970 году сотрудником исследовательской фирмы Рэнд Корпорэйшн Стефеном Доулом, и, насколько мне известно, его оценки пока принципиально не улучшались. По сути метод Доула приводит к отбору планет, которые по ряду основных параметров подошли бы для жизни человека, если бы последнему вздумалось заняться космической колонизацией в межзвездных масштабах. Оценку предприятия такого масштаба придется отложить до конца следующей главы - к сожалению, ее решение вовсе не сводится к наличию или отсутствию подходящих планет. Здесь же мы будем во многих отношениях следовать методу Доула.
Формулу для среднего числа подходящих планет* можно представить в простом виде:
NHP = NSPHP,
где Ns - общее число звезд, несущих планетные системы, РHP вероятность того, что хотя бы одна из планет такой звезды имеет условия, близкие к земным.
*Доул называет их habitable planets, что следует понимать как "пригодные для жизни планеты" (а не в более привычном переводе прилагательного: "обитаемые"). Мы кратко называем их подходящие.
Первый множитель можно оценить, определяя количество звезд в спектральном интервале от F5 до К5. Основой этого выбора служит тот факт, что у звезд, начиная с F5, резко меняется темп вращения по сравнению с более горячими классами. Это обычно трактуется как передача основной доли момента количества движения планетам, то есть косвенное свидетельство наличия последних. Далее, только у звезд класса F4 и более поздних время пребывания на главной последовательности превышает 4 млрд. лет, то есть минимальный срок для эволюционной цепочки прокариоты - человек по земным масштабам. Для более поздних классов М и К, то есть звезд, обладающих малыми массами (М < 0,63М() и светимостями (L < 0,145L(), проблема заключена в малости радиуса экозоны, то есть области, где освещенности хватает для поддержания нормального температурного режима. В такой малой зоне даже химически богатая планета быстро потеряет собственное вращение из-за приливного трения, что поведет к крайне жестким температурным условиям на ее поверхности. Видимо, этот фактор ограничивает реальную ситуацию даже звездами класса KI (М ~ 0,73М( и L~ 0,252L().
Процент подходящих звезд, таким образом, заключен в интервале 1-1,5, то есть 10-15 звезд из каждой тысячи могут служить кандидатами для центрального светила над чьими-то разумными головами.
Доул включил в начальный состав все звезды в интервале масс 0,35-1,43 М( (то есть от F2 до M1) и получил гораздо более оптимистический результат - 10-12 %, хотя расхождение на порядок, как мы убедимся позднее, не играет решающей роли. Звезды с "плохими жилищными условиями" все равно вылетают из расчетов.
Второй множитель в формуле отражает принципиальную близость параметров планеты к земным. Во-первых, планета должна принадлежать экосфере своего солнца. Освещенность, создаваемая светилом, должна быть не слишком велика и не слишком мала для поддержания, скажем, годовых колебаний температуры от 0° до 30° С. Это ведет к ограничениям на расстояние от планеты до звезды и на величину наклона оси вращения. Расчеты Доула дают средний размер экозоны для Солнечной системы от 0,725 до 1,24 астрономических единицы, что неплохо объясняет отсутствие жизни земного типа на Венере (0,723 а.е.) и Марсе (1,524 а.е.), пребывающих в среднем вне экозоны. Наклон оси, по-видимому, не должен превышать 80°, а эксцентриситет орбиты - 0,2, что связано с предельными температурными границами.
Во-вторых, сама планета должна иметь умеренную массу и скорость вращения.
При очень большой массе планеты трудности в развитии жизни проявляются как на микро-, так и на макроуровне. Например, может удержаться первичная атмосфера, что приведет к избытку водорода и его соединений в виде метана и аммиака. Консервация такой атмосферы вряд ли позволит развиться земным формам жизни. Кроме того, большая сила тяжести оказала бы отрицательное влияние на многоклеточные организмы (попади они туда хотя бы просто на туристскую прогулку), ограничивая их размеры и подвижность. Слишком малая масса способствовала бы быстрому испарению любой атмосферы, подавлению внутреннего энерговыделения планеты и значительному радиационному фону на поверхности из-за отсутствия атмосферной защиты.
Слишком быстрое вращение привело бы и к большому колебанию веса между экватором и полюсами - вплоть до отрыва вещества из экваториальной зоны. Поверхность могла бы резко отличаться по форме от земного сфероида. Напротив, очень медленное вращение приводит к огромному суточному перепаду температур за счет дневного перегрева и ночного переохлаждения.
В-третьих, планета должна иметь возраст хотя бы не менее 3 млрд. лет.
Рассчитывая все факторы на основе данных о звездах и строении Солнечной системы, Доул получает, что порядка 3,7 % подходящих звезд (классы F2-K1) должны иметь и подходящие планеты. Звезды К2 и более поздних классов автоматически выпали из его картины (PHP для них обратились в нуль). Что же касается классов F4 - F2, они дают не слишком большой вклад. Их исключение (если считать, что планетных систем у них вообще нет) приводит к концентрации подходящих планетных систем 3,83.10-2 пс-3, то есть к 613 млн. миров земного типа в Галактике, вместо 645 млн., полученных Доулом.
При столь грубых оценках разницы, в общем, нет. И 600 миллионов похожих на Землю планет воодушевляющее число. Среднее расстояние между такими планетами должно быть порядка 7,6 пс ~ 25 световых лет. Приятно думать, что уже в сфере радиусом 100 световых лет вокруг Солнца заключено с полсотни обитаемых или хотя бы пригодных для колонизации миров. В целом мы видим, что простая гипотеза о пригодности примерно 1 % из 150 млрд. звезд Галактики и наличия у каждой из таких звезд хотя бы одной подходящей планеты дает фактически близкую оценку в 1,5 млрд. таких планет в Галактике. При более скромном подходе (одна подходящая планета на 103 звезд) получается 150 млн. Видимо, интервал 100 млн.-1 млрд., куда попадает и оценка Доула, вполне приемлем на современном уровне знаний.
На самом деле, было бы интересно проиграть космогоническую ситуацию для звезд классов F5 - К1 на ЭВМ и на достаточно обширном статистическом материале оценить вероятность эволюционного появления подходящей планеты в каждом классе и в среднем по всем указанным классам. Если бы средняя частота появления подходящей планеты во всех классах оказалась бы действительно на уровне 0,1*, то оценка не менее 100 млн. квазиземных планет стала бы куда более реалистической.
* Интуитивно ясно, что эта средняя частота заведомо меньше единицы даже в игре с космогонией Солнечной системы далеко не всегда появляются подходящие планеты, то есть эволюция протосолнечного облака не обязательно ведет к появлению чего-то подобного нашей замечательной Земле.
Обилие космической органики и благоприятные (по определению) условия подходящих планет делают вполне правдоподобной гипотезу, что вероятность появления жизни на каждой такой планете Рl = 1. Однако речь идет о самых ее примитивных формах - фактически считается предельно вероятным переход от фазы органических мономеров, скажем, к простейшей безъядерной клетке. Основой этой гипотезы служит попросту отсутствие очевидных факторов, которые в условиях подходящей планеты воспрепятствовали бы полимеризации, образованию мембран или формированию кода.
С гораздо большей натяжкой приходится говорить о переходе к эукариотам и тем более многоклеточным организмам. К сожалению, мы пока не знаем достаточно надежных методов моделирования соответствующих процессов, и какая-то разумно спроектированная игра на ЭВМ, позволяющая оценить средний процент биомассы, переходящей в высшие формы, оказала бы серьезную помощь в обсуждении проблемы. Во всяком случае, кажется вполне правдоподобным, что встретить на подходящей планете примитивнейшие формы жизни типа прокариотов намного вероятней, чем сложные организмы. Поэтому мы можем скрыть свое незнание соответствующего перехода за фактором порядка 0,1, считая таким образом, что примерно на 10 млн. планет жизнь представлена более или менее сложными животными или растительными формами.
Но все эти неопределенности меркнут перед тем, что возникает при попытке оценить такие факторы, как вероятность появления разума Рi, и технологической цивилизации Рс.
ПОДХОДЯЩИЕ ПЛАНЕТЫ - РАЗУМ И ЦИВИЛИЗАЦИЯ
На знаменитом советско-американском симпозиуме по проблеме CETI*, проходившем в сентябре 1971 года в Бюраканской астрофизической обсерватории АН Армянской ССР, около половины времени было уделено обсуждению формулы для оценки числа контактных цивилизаций в Галактике. Эта формула, предложенная Ф. Дрейком из Корнеллского университета, выглядит так:
N = R*fpnefefifcL,
где R*- средняя скорость образования звезд в Галактике за все время ее существования, - fp доля звезд с планетными системами, ne - среднее число экологически подходящих планет в такой системе, fe, fi и fc соответственно доли планет, где развилась жизнь, разум и контактные цивилизации (то есть достигшие высокого технологического уровня, допускающего связь с собратьями по разуму), L - средняя продолжительность жизни такой цивилизации.
*Communication Extra-Terristrial Intelligence - связь с внеземным разумом (или с внеземными цивилизациями).
Результирующая оценка, следствие многих бурных дискуссий, оказалась весьма оптимистической. Для факторов fp и ne были приняты единичные уровни, а для произведения fefifc ?10-2. Наиболее надежный фактор R* нетрудно оценить по астрофизическим данным, принимая, что за 15 млрд. лет в Галактике образовалось 150 млрд. звезд, то есть R* ~ 10 звезд/год.
Таким образом, все свелось к очень трудной оценке L. Принимая, что хотя бы 1 % цивилизаций способен справиться с трудностями своего развития (то есть просуществовать порядка космогонического интервала в 109 лет), была получена крайне эффектная оценка L ~ 107 лет и N ~ 10-1 L ~ 106. Миллион развитых технологических цивилизаций в Галактике - это слишком хорошо, чтобы быть похожим на правду!
Результаты анкеты, распространенной Оргкомитетом Бюраканского симпозиума среди более широкого круга ученых, дали нечто совсем иное после усреднения всех ответов получилось что-то порядка 10 таких цивилизаций. Ряд факторов в формуле Дрейка (и особенно L) получили гораздо более скромную оценку. Индивидуальный опрос ученых приводил в среднем к заключению о нескольких сотнях высокоразвитых цивилизаций, и, во всяком случае, верхняя граница этой величины была порядка 20 тысяч.
Колебания результатов, от десятка до миллиона, в общем-то, неплохо отражают недоопределенность проблемы, отсутствие необходимых данных. Но не будем забывать, что мы сознательно взялись за скользкую задачу преодоления уникальности, отталкиваясь от единственного примера, и попробуем как-то продолжить обсуждение.
Не следует удивляться некоторому расхождению результатов, отмеченных выше, с тем, что рассматривалось в предыдущем разделе. "Бюраканцы" не ограничивались постановкой задачи на выделение чего-то очень близкого к земному. Формулу Дрейка можно представить в виде, очень похожем на тот, с которым мы уже имели дело:
Ncont = NGal.PHP.PlPiPc.L/TGal = Nc. L/TGal
Здесь просто выделен множитель L/TGal (за счет разбиения R = NGal/TGal), характеризующий средний процент цивилизаций доступных Контакту в каждый момент существования Галактики. PHP можно оценить и единицей, если иметь в виду любые - знакомые и незнакомые формы жизни.
На данном этапе нас интересует Nc - число технологически развитых цивилизаций, которые когда-либо существовали в Галактике, причем пока будем ограничиваться более или менее похожими на Землю случаями. Следовательно, отталкиваясь от полученной в предыдущем разделе оценки числа планет с развитой жизнью - 10 млн., попробуем оценить Nc, то есть факторы Pi и Pc.
Строго говоря, следовало бы разбить промежуток от довольно простых форм жизни до человека на отдельные участки и оценивать каждый из переходов. Видимо, путь, связанный с мутациями, ведущими к развитию мозга, довольно естественен. Во всяком случае, такие мутации положительно закрепляются, ибо способствуют выживанию вида. Поэтому практически единственное, что следовало бы оценить, - это частота мутаций, способствующих усилению функций мозга при не слишком сильном отрицательном воздействии на иные функции организма. Наверняка условия для них создаются заметно реже, чем, скажем, в случае перехода от элементарных эукариотов к многоклеточным, зато темп закрепления в первом случае, конечно, выше. Здесь опять-таки придется спрятать наше незнание многих обстоятельств за более или менее правдоподобным фактором 0,1.
К Pc относятся похожие замечания. Мы знаем немало земных сообществ, которые так и не перешли в стадию технологических цивилизаций. При всем том, например, охотники неплохо уравновесились в лесах и саваннах, и у нас нет особых оснований считать, что такие племена не могли бы просуществовать сколь угодно долго, не меняя своего уклада, разумеется, в условиях изоляции. Однако в самом разуме содержится взрывчатка - при подходящих условиях охотники способны сильно нарушить экологическое равновесие, перенаселив свой ареал. У животных в такой ситуации срабатывает обычный механизм экологического регулирования - их численность резко падает. Разум же способен использовать иной путь, увеличивая давление на окружающую среду и извлекая из нее избыточный продукт. Речь идет о земледелии и скотоводстве - способах хозяйствования, почти неизбежно приводящих к цивилизации в областях с достаточно высокой плотностью населения.
Переход иерархического общества в фазу технологической цивилизации отнюдь не выглядит неизбежным. Подавляющее большинство крупнейших государств на протяжении исторических сроков так и не вышли в эту фазу. Примером тому служат все цивилизации древнего мира. И опять-таки пока не видно естественных границ для относительно нормального и сколь угодно длительного существования дотехнологических обществ. Если переход в фазу земледельческих цивилизаций независимо произошел в добром десятке областей нашей планеты, то технологическая фаза имеет ясно очерченную исходную локализацию - в Западной Европе. Государства, обросшие гигантскими колониальными империями, которые по древневосточному и античному образцу должны были бы рухнуть от собственного гигантизма, уступая дорогу новым социальным организмам того же типа, нашли вроде бы непредусмотренный выход и успешно преодолели многие кризисные моменты за счет всемерного развития научно-технической сферы.
Если использовать для перехода охотничьих обществ в стадию государственных образований вероятностный фактор 0,1 и такой же степенью малости оценить переход на уровень технологических цивилизаций, получим для Pc ~ 0,01*. Таким образом, для числа планет несущих технологические цивилизации имеем весьма скромную оценку Nc ~106.10-1.10-2 = 103.
*На самом деле гипотезу, согласно которой в среднем примерно 1 из 10 охотничьих обществ самостоятельно переходит в земледельческую фазу, а десятая часть земледельческих обществ в фазу технологическую, нелегко проверить даже в истории Земли и тем более применить в масштабе Галактики. Так что результирующий фактор 0,01 следует рассматривать как крайне грубую оценку.
ПОДХОДЯЩИЕ ПЛАНЕТЫ - ЦИВИЛИЗАЦИЯ И КОНТАКТ
До сих пор мы оценивали все факторы, полагая, что, скажем, жизнь или разум, однажды зародившись, могут неспешно просуществовать столько, сколько даст несущая их планета и центральное светило, то есть космогонический срок. Но развитая технологическая цивилизация может изменять свою зону обитания сопоставимо с космическими масштабами воздействия. В частности, окружающая среда может быть необратимо повреждена и погубить саму цивилизацию.
Очевидно, что цивилизация, способная осуществлять полеты в пределах своей планетной системы и посылать межзвездные сигналы, просто по энергетическим соображениям должна иметь оружие, способное уничтожить все сложные организмы на одной из планет. Очевидно также, что ее обширная технологическая деятельность искусственно меняет состояние приповерхностных слоев планеты, создавая не обязательно благоприятные экологические ситуации.
Короче говоря, теперь мы обязательно должны учесть фактор L/TGal. Оценить среднее время жизни технологической цивилизации можно только в рамкак какой-то модели нашего будущего - это уже та область, где мы не имеем вообще ни одного примера.
В знаменателе рассматриваемого выражения стоит огромное число возраст Галактики. Скорее всего, TGal не должно превышать 5-10 млрд. лет, чтобы учтенные ранее звезды класса F5 не прикончили собственные цивилизации обычным завершением цикла.
Но главная проблема, конечно, в L. Отметим одно довольно очевидное обстоятельство. Если усложнение структур - естественный процесс во Вселенной и для него не существует каких-то неизвестных нам границ, то не видно причин, по которым социальные организмы в самом широком смысле этого понятия не могли бы развиваться миллионы и миллиарды лет. С этой точки зрения можно было бы принять
L/T ~ 1 (или из особой осторожности 0,1), получая очень приятную оценку перспектив Контакта.
К сожалению, проблема значительно тоньше. На самом деле в качестве L следовало бы выбирать вовсе не средний срок жизни развитых цивилизаций, а время их пребывания в контактной фазе - контактной относительно землян.
Это принципиальный момент, поскольку Контакт требует определенной близости уровня социокультурных структур, а, следовательно, и эволюционного возраста. Длительность контактной фазы оценить очень непросто, но она наверняка заметно меньше средних сроков жизни. По сути, мы совсем слабо представляем себе характер цивилизации, интенсивно развивающейся по технологическому пути, скажем, 1000 лет. Реальным пределом воображения может послужить та грань, за которой цивилизация начинает создавать искусственные биосоциальные организмы, вступая в фазу автоэволюции. Наука Земли уже подошла к этому рубежу, и на это потребовалось 2-3 столетия. Полагая, что на его преодоление и неузнаваемое изменение землян потребуется в 2-3 раза больше время, получим для L весьма скромную оценку порядка тысячелетия. Множитель L/T оказывается теперь крайне малым (~10-7 ? 10-6), и вероятность Контакта сильно падает.
ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ
Оценка времени жизни технологически развитой цивилизации все-таки интригует - она касается всех нас, и наша сегодняшняя жизнь зависит от того, насколько уверенно мы глядим в день завтрашний. Убежденность в том или ином будущем в немалой степени материализует это будущее.
Поэтому придется немного поупражняться в футурологии. Впрочем, это необходимо еще и потому, что мы хотим представить себе партнера по Контакту. Сейчас, как известно, мы находимся в фазе более или менее быстрого роста чего угодно - народонаселения и числа научных публикаций, энергопотребления и добычи полезных ископаемых. Ясно, что всеобщий рост возможен лишь в среде с неограниченными запасами и масштабами. На нашей конечной планете этот рост должен резко замедлиться или вообще прекратиться к началу очередного тысячелетия. Исчерпание ряда важнейших ресурсов на фоне колоссального перенаселения планеты заведомо не допускает в такое не слишком отдаленное будущее технологическую цивилизацию известного нам образца. Значит ли это, что срок жизни технологической цивилизации, быстро развивающейся за счет безудержной эксплуатации приповерхностных слоев планеты, ограничен несколькими столетиями (3 - 5?), после чего неизбежен застой, переход к примитивным формам хозяйства - в общем, горький плач над истощенными недрами матушки Земли?
Сразу же стоит подчеркнуть, что такой срок жизни технологической цивилизации нашего типа представляется вполне реалистическим. Другой вопрос: что ее сменит?
История жизни на Земле - в какой-то степени цепочка экологических катастроф. Некогда вулканизм испортил первичную атмосферу, и это стимулировало резкое усложнение органики. Насыщенный биобульон породил первые примитивные организмы - прокариоты. Они в свою очередь и вызвали, пожалуй, крупнейший в истории Земли экологический кризис, начисто ликвидировав за какой-то миллиард лет условия для химического зарождения жизни. Видимо, прокариоты здорово поработали в плане ликвидации первичного биобульона, и их дальнейшее безудержное развитие наверняка стало тормозиться недостатком питательной среды. Кроме того, они постепенно отравили атмосферу кислородом, сильнейшим окислителем, если угодно, ядом для не защищенных особым образом организмов. Но в деятельности прокариотов была и положительная сторона. Творение третичной атмосферы создало условия для появления более крупных и сложных клеток, способных к окислительному метаболизму. Эукариоты положили начало клеточной специализации, а потом и многоклеточным сложнофункционирующим организмам, способным жить исключительно в "отравленных" условиях.
Экологический кризис, детали которого еще не совсем ясны, пресек в конце мелового периода повсеместное царствие гигантских пресмыкающихся.
Несколько десятков тысячелетий назад появился наш вид - Homo sapiens. Его великолепная изобретательность в охотничьем промысле постепенно привела к сильному нарушению равновесия. Человек успешно подорвал собственную питательную базу, выбив на огромных территориях крупных животных. Расселение племен по всей поверхности суши, то есть простая экспансия, отодвинуло сроки катастрофы на сколько-то тысяч лет, но не устранило ее причин. В древнейших очагах заселения плотность разумных существ резко возрастала, а кормиться было нечем.
Около 10 тысяч лет назад в некоторых перенаселенных областях люди нашли неплохой выход из положения. Они стали сжигать леса и портить землю, выращивая злаки и, как теперь принято говорить, отрицательно влияя на экологический баланс. Истощение земель монокультурами, а позже и разведением скота привело ко многим неприятностям. Наглядные тому примеры пустыня Сахара, некогда плодороднейшая область Африки, съеденные козами окрестности Средиземноморья...
Но существовал выход и из этой кризисной ситуации. В некоторых районах планеты были найдены приемы культивации, прежде всего - полив, многополье и элементарная селекция. Это требовало организованных усилий большого числа людей и вызвало к жизни особую форму социальных организмов - ранние цивилизации.
Как видно, экологические кризисы, связанные с экстенсивной охотой, а потом и с экстенсивным земледелением, привели не только к отрицательным последствиям. Земледельческие государства - цивилизации, высокоразвитые социальные структуры - важнейший результат этих кризисов. Письменностью, умением философствовать и многим другим мы обязаны этому результату.
Социальные структуры отмеченного типа - будем называть их цивилизациями класса А - тоже не справлялись со всеми проблемами и содержали в себе довольно определенные зародыши будущих кризисов. Однако понимать их как кризисы экологические можно лишь в том случае, если включать в понятие окружающей среды и социальные факторы, в частности, взаимодействие с другими аналогичными цивилизациями и внутренние напряжения.
Но это слишком далеко идущая экстраполяция. В своем научно-фантастическом романе "Черное облако" Фрэд Хойл выдвинул идею как раз такого рода, причем за много лет до открытия реальной органики в черных облаках.
Нас пока будут интересовать более ограниченные выводы.
Видимо, органические молекулы и биомономеры - довольно распространенное космическое явление. Можно полагать, что дальнейшие этапы усложнения структуры успешно протекают в более специфических и соответственно более редких условиях. По современным представлениям все этапы от формирования биополимеров до технически развитых цивилизаций в первую очередь связываются с наличием подходящей планеты.
Считая образцом такой планеты Землю, мы можем попытаться оценить распространенность подобных объектов в Галактике.
ПОДХОДЯЩИЕ ПЛАНЕТЫ - ЖИЗНЬ
Связывая дальнейшие пути эволюции с приповерхностным слоем планет, нужно найти какую-то разумную модель, где, во-первых, планеты - типичное явление, во-вторых, у некоторых из них условия на поверхности по крайней мере не разрушительны для известных типов биологических структур. Наконец, неплохо, чтобы эта модель допускала развитую жизнь на Земле и хоть в какой-то степени объясняла факт ее отсутствия на других планетах Солнечной системы.
Тем самым мы, конечно, резко сужаем горизонт поиска - фактически дело ограничивается существами, очень близкими к нам по биологической конституции. Зато мы хотя бы знаем, о какой конституции идет речь.
Весьма подробный анализ в этом направлении был проделан в 1970 году сотрудником исследовательской фирмы Рэнд Корпорэйшн Стефеном Доулом, и, насколько мне известно, его оценки пока принципиально не улучшались. По сути метод Доула приводит к отбору планет, которые по ряду основных параметров подошли бы для жизни человека, если бы последнему вздумалось заняться космической колонизацией в межзвездных масштабах. Оценку предприятия такого масштаба придется отложить до конца следующей главы - к сожалению, ее решение вовсе не сводится к наличию или отсутствию подходящих планет. Здесь же мы будем во многих отношениях следовать методу Доула.
Формулу для среднего числа подходящих планет* можно представить в простом виде:
NHP = NSPHP,
где Ns - общее число звезд, несущих планетные системы, РHP вероятность того, что хотя бы одна из планет такой звезды имеет условия, близкие к земным.
*Доул называет их habitable planets, что следует понимать как "пригодные для жизни планеты" (а не в более привычном переводе прилагательного: "обитаемые"). Мы кратко называем их подходящие.
Первый множитель можно оценить, определяя количество звезд в спектральном интервале от F5 до К5. Основой этого выбора служит тот факт, что у звезд, начиная с F5, резко меняется темп вращения по сравнению с более горячими классами. Это обычно трактуется как передача основной доли момента количества движения планетам, то есть косвенное свидетельство наличия последних. Далее, только у звезд класса F4 и более поздних время пребывания на главной последовательности превышает 4 млрд. лет, то есть минимальный срок для эволюционной цепочки прокариоты - человек по земным масштабам. Для более поздних классов М и К, то есть звезд, обладающих малыми массами (М < 0,63М() и светимостями (L < 0,145L(), проблема заключена в малости радиуса экозоны, то есть области, где освещенности хватает для поддержания нормального температурного режима. В такой малой зоне даже химически богатая планета быстро потеряет собственное вращение из-за приливного трения, что поведет к крайне жестким температурным условиям на ее поверхности. Видимо, этот фактор ограничивает реальную ситуацию даже звездами класса KI (М ~ 0,73М( и L~ 0,252L().
Процент подходящих звезд, таким образом, заключен в интервале 1-1,5, то есть 10-15 звезд из каждой тысячи могут служить кандидатами для центрального светила над чьими-то разумными головами.
Доул включил в начальный состав все звезды в интервале масс 0,35-1,43 М( (то есть от F2 до M1) и получил гораздо более оптимистический результат - 10-12 %, хотя расхождение на порядок, как мы убедимся позднее, не играет решающей роли. Звезды с "плохими жилищными условиями" все равно вылетают из расчетов.
Второй множитель в формуле отражает принципиальную близость параметров планеты к земным. Во-первых, планета должна принадлежать экосфере своего солнца. Освещенность, создаваемая светилом, должна быть не слишком велика и не слишком мала для поддержания, скажем, годовых колебаний температуры от 0° до 30° С. Это ведет к ограничениям на расстояние от планеты до звезды и на величину наклона оси вращения. Расчеты Доула дают средний размер экозоны для Солнечной системы от 0,725 до 1,24 астрономических единицы, что неплохо объясняет отсутствие жизни земного типа на Венере (0,723 а.е.) и Марсе (1,524 а.е.), пребывающих в среднем вне экозоны. Наклон оси, по-видимому, не должен превышать 80°, а эксцентриситет орбиты - 0,2, что связано с предельными температурными границами.
Во-вторых, сама планета должна иметь умеренную массу и скорость вращения.
При очень большой массе планеты трудности в развитии жизни проявляются как на микро-, так и на макроуровне. Например, может удержаться первичная атмосфера, что приведет к избытку водорода и его соединений в виде метана и аммиака. Консервация такой атмосферы вряд ли позволит развиться земным формам жизни. Кроме того, большая сила тяжести оказала бы отрицательное влияние на многоклеточные организмы (попади они туда хотя бы просто на туристскую прогулку), ограничивая их размеры и подвижность. Слишком малая масса способствовала бы быстрому испарению любой атмосферы, подавлению внутреннего энерговыделения планеты и значительному радиационному фону на поверхности из-за отсутствия атмосферной защиты.
Слишком быстрое вращение привело бы и к большому колебанию веса между экватором и полюсами - вплоть до отрыва вещества из экваториальной зоны. Поверхность могла бы резко отличаться по форме от земного сфероида. Напротив, очень медленное вращение приводит к огромному суточному перепаду температур за счет дневного перегрева и ночного переохлаждения.
В-третьих, планета должна иметь возраст хотя бы не менее 3 млрд. лет.
Рассчитывая все факторы на основе данных о звездах и строении Солнечной системы, Доул получает, что порядка 3,7 % подходящих звезд (классы F2-K1) должны иметь и подходящие планеты. Звезды К2 и более поздних классов автоматически выпали из его картины (PHP для них обратились в нуль). Что же касается классов F4 - F2, они дают не слишком большой вклад. Их исключение (если считать, что планетных систем у них вообще нет) приводит к концентрации подходящих планетных систем 3,83.10-2 пс-3, то есть к 613 млн. миров земного типа в Галактике, вместо 645 млн., полученных Доулом.
При столь грубых оценках разницы, в общем, нет. И 600 миллионов похожих на Землю планет воодушевляющее число. Среднее расстояние между такими планетами должно быть порядка 7,6 пс ~ 25 световых лет. Приятно думать, что уже в сфере радиусом 100 световых лет вокруг Солнца заключено с полсотни обитаемых или хотя бы пригодных для колонизации миров. В целом мы видим, что простая гипотеза о пригодности примерно 1 % из 150 млрд. звезд Галактики и наличия у каждой из таких звезд хотя бы одной подходящей планеты дает фактически близкую оценку в 1,5 млрд. таких планет в Галактике. При более скромном подходе (одна подходящая планета на 103 звезд) получается 150 млн. Видимо, интервал 100 млн.-1 млрд., куда попадает и оценка Доула, вполне приемлем на современном уровне знаний.
На самом деле, было бы интересно проиграть космогоническую ситуацию для звезд классов F5 - К1 на ЭВМ и на достаточно обширном статистическом материале оценить вероятность эволюционного появления подходящей планеты в каждом классе и в среднем по всем указанным классам. Если бы средняя частота появления подходящей планеты во всех классах оказалась бы действительно на уровне 0,1*, то оценка не менее 100 млн. квазиземных планет стала бы куда более реалистической.
* Интуитивно ясно, что эта средняя частота заведомо меньше единицы даже в игре с космогонией Солнечной системы далеко не всегда появляются подходящие планеты, то есть эволюция протосолнечного облака не обязательно ведет к появлению чего-то подобного нашей замечательной Земле.
Обилие космической органики и благоприятные (по определению) условия подходящих планет делают вполне правдоподобной гипотезу, что вероятность появления жизни на каждой такой планете Рl = 1. Однако речь идет о самых ее примитивных формах - фактически считается предельно вероятным переход от фазы органических мономеров, скажем, к простейшей безъядерной клетке. Основой этой гипотезы служит попросту отсутствие очевидных факторов, которые в условиях подходящей планеты воспрепятствовали бы полимеризации, образованию мембран или формированию кода.
С гораздо большей натяжкой приходится говорить о переходе к эукариотам и тем более многоклеточным организмам. К сожалению, мы пока не знаем достаточно надежных методов моделирования соответствующих процессов, и какая-то разумно спроектированная игра на ЭВМ, позволяющая оценить средний процент биомассы, переходящей в высшие формы, оказала бы серьезную помощь в обсуждении проблемы. Во всяком случае, кажется вполне правдоподобным, что встретить на подходящей планете примитивнейшие формы жизни типа прокариотов намного вероятней, чем сложные организмы. Поэтому мы можем скрыть свое незнание соответствующего перехода за фактором порядка 0,1, считая таким образом, что примерно на 10 млн. планет жизнь представлена более или менее сложными животными или растительными формами.
Но все эти неопределенности меркнут перед тем, что возникает при попытке оценить такие факторы, как вероятность появления разума Рi, и технологической цивилизации Рс.
ПОДХОДЯЩИЕ ПЛАНЕТЫ - РАЗУМ И ЦИВИЛИЗАЦИЯ
На знаменитом советско-американском симпозиуме по проблеме CETI*, проходившем в сентябре 1971 года в Бюраканской астрофизической обсерватории АН Армянской ССР, около половины времени было уделено обсуждению формулы для оценки числа контактных цивилизаций в Галактике. Эта формула, предложенная Ф. Дрейком из Корнеллского университета, выглядит так:
N = R*fpnefefifcL,
где R*- средняя скорость образования звезд в Галактике за все время ее существования, - fp доля звезд с планетными системами, ne - среднее число экологически подходящих планет в такой системе, fe, fi и fc соответственно доли планет, где развилась жизнь, разум и контактные цивилизации (то есть достигшие высокого технологического уровня, допускающего связь с собратьями по разуму), L - средняя продолжительность жизни такой цивилизации.
*Communication Extra-Terristrial Intelligence - связь с внеземным разумом (или с внеземными цивилизациями).
Результирующая оценка, следствие многих бурных дискуссий, оказалась весьма оптимистической. Для факторов fp и ne были приняты единичные уровни, а для произведения fefifc ?10-2. Наиболее надежный фактор R* нетрудно оценить по астрофизическим данным, принимая, что за 15 млрд. лет в Галактике образовалось 150 млрд. звезд, то есть R* ~ 10 звезд/год.
Таким образом, все свелось к очень трудной оценке L. Принимая, что хотя бы 1 % цивилизаций способен справиться с трудностями своего развития (то есть просуществовать порядка космогонического интервала в 109 лет), была получена крайне эффектная оценка L ~ 107 лет и N ~ 10-1 L ~ 106. Миллион развитых технологических цивилизаций в Галактике - это слишком хорошо, чтобы быть похожим на правду!
Результаты анкеты, распространенной Оргкомитетом Бюраканского симпозиума среди более широкого круга ученых, дали нечто совсем иное после усреднения всех ответов получилось что-то порядка 10 таких цивилизаций. Ряд факторов в формуле Дрейка (и особенно L) получили гораздо более скромную оценку. Индивидуальный опрос ученых приводил в среднем к заключению о нескольких сотнях высокоразвитых цивилизаций, и, во всяком случае, верхняя граница этой величины была порядка 20 тысяч.
Колебания результатов, от десятка до миллиона, в общем-то, неплохо отражают недоопределенность проблемы, отсутствие необходимых данных. Но не будем забывать, что мы сознательно взялись за скользкую задачу преодоления уникальности, отталкиваясь от единственного примера, и попробуем как-то продолжить обсуждение.
Не следует удивляться некоторому расхождению результатов, отмеченных выше, с тем, что рассматривалось в предыдущем разделе. "Бюраканцы" не ограничивались постановкой задачи на выделение чего-то очень близкого к земному. Формулу Дрейка можно представить в виде, очень похожем на тот, с которым мы уже имели дело:
Ncont = NGal.PHP.PlPiPc.L/TGal = Nc. L/TGal
Здесь просто выделен множитель L/TGal (за счет разбиения R = NGal/TGal), характеризующий средний процент цивилизаций доступных Контакту в каждый момент существования Галактики. PHP можно оценить и единицей, если иметь в виду любые - знакомые и незнакомые формы жизни.
На данном этапе нас интересует Nc - число технологически развитых цивилизаций, которые когда-либо существовали в Галактике, причем пока будем ограничиваться более или менее похожими на Землю случаями. Следовательно, отталкиваясь от полученной в предыдущем разделе оценки числа планет с развитой жизнью - 10 млн., попробуем оценить Nc, то есть факторы Pi и Pc.
Строго говоря, следовало бы разбить промежуток от довольно простых форм жизни до человека на отдельные участки и оценивать каждый из переходов. Видимо, путь, связанный с мутациями, ведущими к развитию мозга, довольно естественен. Во всяком случае, такие мутации положительно закрепляются, ибо способствуют выживанию вида. Поэтому практически единственное, что следовало бы оценить, - это частота мутаций, способствующих усилению функций мозга при не слишком сильном отрицательном воздействии на иные функции организма. Наверняка условия для них создаются заметно реже, чем, скажем, в случае перехода от элементарных эукариотов к многоклеточным, зато темп закрепления в первом случае, конечно, выше. Здесь опять-таки придется спрятать наше незнание многих обстоятельств за более или менее правдоподобным фактором 0,1.
К Pc относятся похожие замечания. Мы знаем немало земных сообществ, которые так и не перешли в стадию технологических цивилизаций. При всем том, например, охотники неплохо уравновесились в лесах и саваннах, и у нас нет особых оснований считать, что такие племена не могли бы просуществовать сколь угодно долго, не меняя своего уклада, разумеется, в условиях изоляции. Однако в самом разуме содержится взрывчатка - при подходящих условиях охотники способны сильно нарушить экологическое равновесие, перенаселив свой ареал. У животных в такой ситуации срабатывает обычный механизм экологического регулирования - их численность резко падает. Разум же способен использовать иной путь, увеличивая давление на окружающую среду и извлекая из нее избыточный продукт. Речь идет о земледелии и скотоводстве - способах хозяйствования, почти неизбежно приводящих к цивилизации в областях с достаточно высокой плотностью населения.
Переход иерархического общества в фазу технологической цивилизации отнюдь не выглядит неизбежным. Подавляющее большинство крупнейших государств на протяжении исторических сроков так и не вышли в эту фазу. Примером тому служат все цивилизации древнего мира. И опять-таки пока не видно естественных границ для относительно нормального и сколь угодно длительного существования дотехнологических обществ. Если переход в фазу земледельческих цивилизаций независимо произошел в добром десятке областей нашей планеты, то технологическая фаза имеет ясно очерченную исходную локализацию - в Западной Европе. Государства, обросшие гигантскими колониальными империями, которые по древневосточному и античному образцу должны были бы рухнуть от собственного гигантизма, уступая дорогу новым социальным организмам того же типа, нашли вроде бы непредусмотренный выход и успешно преодолели многие кризисные моменты за счет всемерного развития научно-технической сферы.
Если использовать для перехода охотничьих обществ в стадию государственных образований вероятностный фактор 0,1 и такой же степенью малости оценить переход на уровень технологических цивилизаций, получим для Pc ~ 0,01*. Таким образом, для числа планет несущих технологические цивилизации имеем весьма скромную оценку Nc ~106.10-1.10-2 = 103.
*На самом деле гипотезу, согласно которой в среднем примерно 1 из 10 охотничьих обществ самостоятельно переходит в земледельческую фазу, а десятая часть земледельческих обществ в фазу технологическую, нелегко проверить даже в истории Земли и тем более применить в масштабе Галактики. Так что результирующий фактор 0,01 следует рассматривать как крайне грубую оценку.
ПОДХОДЯЩИЕ ПЛАНЕТЫ - ЦИВИЛИЗАЦИЯ И КОНТАКТ
До сих пор мы оценивали все факторы, полагая, что, скажем, жизнь или разум, однажды зародившись, могут неспешно просуществовать столько, сколько даст несущая их планета и центральное светило, то есть космогонический срок. Но развитая технологическая цивилизация может изменять свою зону обитания сопоставимо с космическими масштабами воздействия. В частности, окружающая среда может быть необратимо повреждена и погубить саму цивилизацию.
Очевидно, что цивилизация, способная осуществлять полеты в пределах своей планетной системы и посылать межзвездные сигналы, просто по энергетическим соображениям должна иметь оружие, способное уничтожить все сложные организмы на одной из планет. Очевидно также, что ее обширная технологическая деятельность искусственно меняет состояние приповерхностных слоев планеты, создавая не обязательно благоприятные экологические ситуации.
Короче говоря, теперь мы обязательно должны учесть фактор L/TGal. Оценить среднее время жизни технологической цивилизации можно только в рамкак какой-то модели нашего будущего - это уже та область, где мы не имеем вообще ни одного примера.
В знаменателе рассматриваемого выражения стоит огромное число возраст Галактики. Скорее всего, TGal не должно превышать 5-10 млрд. лет, чтобы учтенные ранее звезды класса F5 не прикончили собственные цивилизации обычным завершением цикла.
Но главная проблема, конечно, в L. Отметим одно довольно очевидное обстоятельство. Если усложнение структур - естественный процесс во Вселенной и для него не существует каких-то неизвестных нам границ, то не видно причин, по которым социальные организмы в самом широком смысле этого понятия не могли бы развиваться миллионы и миллиарды лет. С этой точки зрения можно было бы принять
L/T ~ 1 (или из особой осторожности 0,1), получая очень приятную оценку перспектив Контакта.
К сожалению, проблема значительно тоньше. На самом деле в качестве L следовало бы выбирать вовсе не средний срок жизни развитых цивилизаций, а время их пребывания в контактной фазе - контактной относительно землян.
Это принципиальный момент, поскольку Контакт требует определенной близости уровня социокультурных структур, а, следовательно, и эволюционного возраста. Длительность контактной фазы оценить очень непросто, но она наверняка заметно меньше средних сроков жизни. По сути, мы совсем слабо представляем себе характер цивилизации, интенсивно развивающейся по технологическому пути, скажем, 1000 лет. Реальным пределом воображения может послужить та грань, за которой цивилизация начинает создавать искусственные биосоциальные организмы, вступая в фазу автоэволюции. Наука Земли уже подошла к этому рубежу, и на это потребовалось 2-3 столетия. Полагая, что на его преодоление и неузнаваемое изменение землян потребуется в 2-3 раза больше время, получим для L весьма скромную оценку порядка тысячелетия. Множитель L/T оказывается теперь крайне малым (~10-7 ? 10-6), и вероятность Контакта сильно падает.
ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ
Оценка времени жизни технологически развитой цивилизации все-таки интригует - она касается всех нас, и наша сегодняшняя жизнь зависит от того, насколько уверенно мы глядим в день завтрашний. Убежденность в том или ином будущем в немалой степени материализует это будущее.
Поэтому придется немного поупражняться в футурологии. Впрочем, это необходимо еще и потому, что мы хотим представить себе партнера по Контакту. Сейчас, как известно, мы находимся в фазе более или менее быстрого роста чего угодно - народонаселения и числа научных публикаций, энергопотребления и добычи полезных ископаемых. Ясно, что всеобщий рост возможен лишь в среде с неограниченными запасами и масштабами. На нашей конечной планете этот рост должен резко замедлиться или вообще прекратиться к началу очередного тысячелетия. Исчерпание ряда важнейших ресурсов на фоне колоссального перенаселения планеты заведомо не допускает в такое не слишком отдаленное будущее технологическую цивилизацию известного нам образца. Значит ли это, что срок жизни технологической цивилизации, быстро развивающейся за счет безудержной эксплуатации приповерхностных слоев планеты, ограничен несколькими столетиями (3 - 5?), после чего неизбежен застой, переход к примитивным формам хозяйства - в общем, горький плач над истощенными недрами матушки Земли?
Сразу же стоит подчеркнуть, что такой срок жизни технологической цивилизации нашего типа представляется вполне реалистическим. Другой вопрос: что ее сменит?
История жизни на Земле - в какой-то степени цепочка экологических катастроф. Некогда вулканизм испортил первичную атмосферу, и это стимулировало резкое усложнение органики. Насыщенный биобульон породил первые примитивные организмы - прокариоты. Они в свою очередь и вызвали, пожалуй, крупнейший в истории Земли экологический кризис, начисто ликвидировав за какой-то миллиард лет условия для химического зарождения жизни. Видимо, прокариоты здорово поработали в плане ликвидации первичного биобульона, и их дальнейшее безудержное развитие наверняка стало тормозиться недостатком питательной среды. Кроме того, они постепенно отравили атмосферу кислородом, сильнейшим окислителем, если угодно, ядом для не защищенных особым образом организмов. Но в деятельности прокариотов была и положительная сторона. Творение третичной атмосферы создало условия для появления более крупных и сложных клеток, способных к окислительному метаболизму. Эукариоты положили начало клеточной специализации, а потом и многоклеточным сложнофункционирующим организмам, способным жить исключительно в "отравленных" условиях.
Экологический кризис, детали которого еще не совсем ясны, пресек в конце мелового периода повсеместное царствие гигантских пресмыкающихся.
Несколько десятков тысячелетий назад появился наш вид - Homo sapiens. Его великолепная изобретательность в охотничьем промысле постепенно привела к сильному нарушению равновесия. Человек успешно подорвал собственную питательную базу, выбив на огромных территориях крупных животных. Расселение племен по всей поверхности суши, то есть простая экспансия, отодвинуло сроки катастрофы на сколько-то тысяч лет, но не устранило ее причин. В древнейших очагах заселения плотность разумных существ резко возрастала, а кормиться было нечем.
Около 10 тысяч лет назад в некоторых перенаселенных областях люди нашли неплохой выход из положения. Они стали сжигать леса и портить землю, выращивая злаки и, как теперь принято говорить, отрицательно влияя на экологический баланс. Истощение земель монокультурами, а позже и разведением скота привело ко многим неприятностям. Наглядные тому примеры пустыня Сахара, некогда плодороднейшая область Африки, съеденные козами окрестности Средиземноморья...
Но существовал выход и из этой кризисной ситуации. В некоторых районах планеты были найдены приемы культивации, прежде всего - полив, многополье и элементарная селекция. Это требовало организованных усилий большого числа людей и вызвало к жизни особую форму социальных организмов - ранние цивилизации.
Как видно, экологические кризисы, связанные с экстенсивной охотой, а потом и с экстенсивным земледелением, привели не только к отрицательным последствиям. Земледельческие государства - цивилизации, высокоразвитые социальные структуры - важнейший результат этих кризисов. Письменностью, умением философствовать и многим другим мы обязаны этому результату.
Социальные структуры отмеченного типа - будем называть их цивилизациями класса А - тоже не справлялись со всеми проблемами и содержали в себе довольно определенные зародыши будущих кризисов. Однако понимать их как кризисы экологические можно лишь в том случае, если включать в понятие окружающей среды и социальные факторы, в частности, взаимодействие с другими аналогичными цивилизациями и внутренние напряжения.