Роскосмос: вероятность, что где-то есть подобная земной жизнь, достаточно велика
Космос продолжает ставить перед человечеством все большее число вопросов, многие из них пока остаются без ответа. Во Вселенной присутствуют явления, которые люди не смогут, вероятно, объяснить никогда. Один из примеров — черная дыра, ее притяжение не может покинуть даже световой луч, поэтому посмотреть, что представляет собой этот объект по известным физическим законам принципиально невозможно.
Есть ли жизнь на Марсе, можно ли преодолеть скорость света, есть ли край у Вселенной, как можно быстро долететь на ее другой конец, что находится внутри черных дыр, возможна ли неорганическая жизнь — об этом и другом рассказывает в интервью исполнительный директор Роскосмоса по перспективным программам и науке Александр Блошенко.
— Александр Витальевич, раз от раза человек задается, с одной стороны, наивным, с другой стороны, фундаментальным вопросом — что было до так называемого большого взрыва? Что именно взорвалось?
— Вопрос действительно очень фундаментальный и при этом крайне интересный. Текущая космологическая теория предполагает, что Вселенная перед началом своего расширения, "большого взрыва", находилась в некоем бесконечно напряженном неустойчивом состоянии и все пространство было буквально собрано в одной точке. На языке теоретической физики говорят, что она находилась в состоянии так называемой "сингулярности" с очень большим значением плотности материи и кривизны пространства-времени. Затем она начала очень быстро расширяться во все стороны - "взорвалась".
По наиболее распространенным представлениям эта сингулярность образовалась в результате коллапса сверхмассивного объекта. Можно сказать, что рождение нашей Вселенной — это результат смерти Вселенной, которая была ее предшественницей, что даже находит свое отражение в отдельных религиях, так называемый "круг жизни".
Подтверждением данной теории является наличие реликтового излучения и так называемое красное смещение, свидетельствующее о том, что галактики нашей Вселенной постоянно отдаляются друг от друга.
— Отсюда вытекает логичный вопрос: конечна ли наша Вселенная? Что может быть за ее границами?
— Сделать научно обоснованный вывод о конечности и размерах Вселенной сложно из-за ограниченности текущего уровня технологий и нюансов осознания масштабов этого вопроса. Пытаясь оценить размеры Вселенной через анализ красного смещения (понижения частоты излучения космических объектов вследствие их удаления от нас — прим. ТАСС), мы столкнемся с тем, что регистрируемый сейчас свет был излучен много миллиардов лет тому назад. То есть мы сегодня получаем информацию о состоянии и месте нахождения светящегося объекта только в тот древнейший момент времени, и сделать заключение о размерах Вселенной корректно не выйдет.
Однако оценить размеры Вселенной можно изучая реликтовое излучение — микроволновое излучение остывающей плазмы, из сгустка которой, как считается, и образовалась наша Вселенная. Эти расчеты "располагают" границу нашей Вселенной на расстоянии 46 млрд световых лет от Земли. Однако и здесь говорить о том, что мы "нащупали" край Вселенной не приходится: мешают погрешности в расчетах, удаленность регистрируемых объектов, а также тот факт, что скорость расширения "границ" Вселенной увеличивается по мере удаленности от нас, и в какой-то момент мы уже не способны получать сигнал от них. Можно считать, что объекты на границах Вселенной от нас настолько далеко, что при жизни нашей Солнечной системы сигнал от них до нас не успеет дойти.
Но если мы принимаем, что наша Вселенная расширяется, то подразумеваем существование некого горизонта событий, отделяющего нашу Вселенную от того, что ею не является. Таким образом теоретически Вселенная конечна, но с учетом ее размеров, расширения и человеческих возможностей, этим, фактически, можно пренебречь. Зарегистрированные на карте реликтового излучения аномально холодные пятна можно интерпретировать как области соприкосновения нашей Вселенной с другими, и тогда уже можно говорить о существовании Мультивселенной.
— Что такое темная материя и темная энергия? Как можно приблизиться к исследованию этих феноменов?
— Темная материя — это гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению. Ее существование до сих пор достоверно не доказано. Темную энергию ввели в математическую модель Вселенной ради объяснения наблюдаемого ее расширения с ускорением. Согласно последним исследованиям, гипотетически темная материя составляет порядка 25% состава наблюдаемой Вселенной, темная энергия — около 70%, а обычная материя, из которой состоят звезды и другие видимые космические объекты — всего лишь не более 5%.
Существуют два способа поиска частиц темной материи: прямой и непрямой. Прямой способ пока не дал никаких результатов. А косвенные подтверждения наличия темной материи были получены, в том числе, посредством известного эксперимента на борту МКС с магнитным спектрометром.
— Еще один не менее фундаментальный для нас сегодня вопрос: жизнь на Земле возникла случайно или можно утверждать, что условия для ее появления были созданы?
— Да, условия для существования известной нам формы жизни на Земле совершенно уникальны: это и местонахождение Солнечной системы в области нашей галактики без активного звездообразования, и выгодное расположение орбиты Солнца относительно плоскости галактики с точки зрения астероидно-кометной опасности, стабильность излучения самого Солнца, местоположение нашей планеты в Солнечной системе и другие факторы. Поэтому может возникнуть ощущение, что кто-то специально их подготовил для всего живого на нашей планете. С другой стороны, Вселенная очень большая, с огромным количеством галактик, звездных систем и планет в этих системах, поэтому велика вероятность, что схожие условия могли бы сложиться на какой-либо из существующих в нашей Вселенной планете без всякой специальной подготовки, то есть случайно. Мы просто пока не располагаем данными о таких же системах, как наша.
— Каким образом из неорганики получилась органическая жизнь на Земле?
— Жизнь возникла на Земле очень давно — первые останки жизненных форм, микроорганизмов обнаружены в породах возрастом 3,5–3,8 млрд лет. Пока мы не можем в точности сказать, как эти первые формы жизни появились, хотя есть стройная концепция дальнейшего развития жизни.
В первичной атмосфере нашей планеты в ходе вулканических процессов при образовании земной коры накапливались газы — оксиды углерода, аммиак, метан, сероводород и многие другие. По мере остывания Земли на ней образовывались водоемы. В атмосфере под действием частых и сильных электрических грозовых разрядов, мощного ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца, и активной вулканической деятельности, которая сопровождалась выбросами радиоактивных соединений, образовывались простейшие органические вещества. Попадая в воду и накапливаясь там, они образовывали концентрированный "первичный бульон", в котором постепенно появлялись и более сложные соединения.
В то же время считается, что самыми первыми формами жизни (добиологическими, то есть химическими) были молекулы, способные воспроизводить себя сами, "копируя" себе подобных, используя себя же в качестве образца — матрицы. Такой древней "первичной" молекулой могла быть рибонуклеиновая кислота или близкий по строению и свойствам органический полимер.
Исходя из этого, можно утвердительно ответить на вопрос о существовании и неорганической жизни. Неорганические соединения при определенных обстоятельствах способны вести себя так же, как клетки из органических веществ. Сейчас известны результаты ряда опытов, в которых были показаны сложные процессы, в результате которых большие молекулы создавали структуры, напоминающие жизнь.
— Есть ли сегодня данные о том, что жизнь возможна не только на Земле?
— Активные исследования по поиску признаков внеземной жизни ведутся с середины XX века. Это поиски и текущей, и существовавшей в прошлом внеземной жизни, в целом и более нацеленный поиск разумной жизни.
При исследовании углеродсодержащих метеоритов в их составе обнаруживают вещества, которые в земных условиях являются продуктами жизнедеятельности. В частности, это "организованные элементы" — микроскопические, размером 5-50 мкм, "одноклеточные" образования, часто имеющие явно выраженные двойные стенки, поры, шипы и так далее. На сегодняшний день однозначно не доказано, что эти окаменелости принадлежат останкам каких-либо форм внеземной жизни. Но, с другой стороны, эти образования имеют такую высокую степень организации, которую принято связывать с жизнью.
Открытие планет у других звездных систем в "обитаемой зоне" также косвенно указывает на наличие мест во Вселенной, благоприятных для возникновения жизни. Возможности современной астрономии не позволяют оценить конкретные условия жизни на таких планетах, но если в будущем мы сможем точно определить, скажем, наличие кислорода в их атмосфере, это станет важным свидетельством в пользу наличия жизни за пределами Земли.
— А есть ли сегодня факты, которые могут хотя бы косвенно подтвердить существование других цивилизаций? Или какова вероятность, что где-то в космосе имеется высокоорганизованная жизнь по типу нашей?
— На сегодня информацией о внеземной высокоорганизованной жизни мы, к сожалению, не располагаем. Но, повторюсь, наличие жизни на Земле позволяет сделать предположение о том, что такие же условия могли сложиться и на других планетах.
В настоящее время достоверно известно о существовании примерно 4 тыс. экзопланет (планеты у других звезд — прим. ТАСС). Однако только в видимой нами части Вселенной расположено более 2 триллионов галактик, в каждой из которых могут находиться триллионы планет. И вероятность, что на какой-то из них присутствует жизнь, подобная нашей, достаточно велика.
Хочу отметить, что условия существования инопланетных живых организмов совсем не обязательно должны быть полностью схожи с земными. Даже у нас на Земле существуют организмы, гораздо менее восприимчивые к температурным перепадам и воздействию радиации, чем большая часть остального живого на нашей планете. Это подтверждено экспериментами, в том числе, в условиях открытого космоса.
— Есть ли сегодня кандидаты на искусственные сигналы, идущие от других звезд, которые могли быть посланы иными разумными существами?
— Искусственных сигналов, поступающих из Вселенной, у нас сегодня не регистрируется. При этом мы не можем быть уверены, что Вселенная однозначно "молчит". Вполне возможно, что через Землю проходят какие-то сигналы, основанные на неклассических принципах, непонятных нам на сегодняшний день.
— Есть ли какие-то реалистичные способы космических перемещений на большой скорости, которые позволят добираться до других звезд хотя бы в течение одной человеческой жизни?
— К сожалению, текущий уровень развития техники однозначно не позволяет человеку совершать межзвездные путешествия. С другой стороны, еще 150 лет назад никто и представить не мог, что человек так скоро будет совершать регулярные полеты в космическое пространство, то есть, подчеркну, не существовало даже теоретического обоснования возможности полетов за пределы нашей планеты. Поэтому вполне вероятно, что еще при нашей жизни вопрос межзвездных перемещений будет решен.
— Можно ли превысить скорость света? На каких физических принципах может быть реализовано скоростное перемещение между галактиками?
— На данный момент ни теоретически, ни практически не доказано что какой-либо материальный объект может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Это один из основных постулатов, вытекающих из специальной теории относительности Эйнштейна, на основе которого мы строим наше представление об окружающем нас мире.
Пока максимальная скорость, которую удалось развить человеку, составляет тысячные доли процента от скорости света. И однозначно можно сказать, что для достижения скоростей, близких к скорости света, понадобятся совершенно другие подходы в передвижении, в самом его понимании. В новых условиях, возможно, перемещение будет осуществляться в каком-то другом виде, другом измерении и, вероятно, все ограничения, которые сейчас возникают при космических перемещениях человека, перестанут действовать. При этом возникнут совершенно новые ограничения, которые и придется решать будущим поколениям исследователей. Будем рассчитывать, что к моменту, когда человечество будет объективно нуждаться в таких путешествиях, способ будет найден.
Если не вести речь о перемещениях со скоростью, близкой к скорости света, то вопрос кардинального увеличения скорости передвижения в космическом пространстве может быть решен за счет разработки двигателей на новых физических принципах. Однако в настоящее время все попытки в этой области, включая, например, нашумевший EmDrive, не показали результатов, выходящих за пределы погрешности эксперимента.
— Что такое черные дыры? Есть ли хотя бы гипотетический способ получить информацию из черной дыры?
— Наиболее понятное и распространенное описание черной дыры — это колоссальная масса, сжатая до огромной плотности в объем небольшого радиуса. Он называется радиусом Шварцшильда, или гравитационным радиусом, и для каждого тела с определенной массой он свой. Например, радиус Шварцшильда для тела с массой Земли равен всего 9 мм, до такой горошины нужно сжать нашу планету, чтобы получить из нее черную дыру.
Для Солнца этот радиус равен примерно 3 км. Наше Солнце в конце своей жизни превратиться в белый карлик — небольшое, размером с Землю, космическое тело из чистого углерода. После его остывания сверху останется сажа и графит, а внутри — чистейший алмаз в триллионы триллионов карат. А вот звезды массой, больше чем вдвое превышающей массу Солнца, умирая, с одновременной вспышкой сверхновых превращаются либо в нейтронные звезды, либо в черные дыры.
Определяющим свойством черной дыры является область вокруг нее, называемая горизонтом событий. Это граница притяжения, преодолев которую ничто, даже свет, не сможет вернуться обратно. Соответственно, невозможно передать сигнал из-за горизонта событий и сообщить информацию тому, кто остался снаружи. Поэтому сегодня все происходящее внутри черной дыры поддается только теоретическому описанию и сама физика черных дыр имеет большое количество нерешенных проблем. И мы пока даже теоретически не знаем способа получить информацию из-за горизонта событий и, соответственно, точно узнать, что происходит внутри черной дыры.
— Что такое кротовые норы? Можно ли их использовать для перемещений во Вселенной?
— В современной физике используется понятие "пространства-времени" — это физическая модель, в которой три пространственных измерения дополняются равноправным четвертым измерением — временем. В рамках общей теории относительности пространство-время имеет единую природу, а его взаимодействие с со всеми остальными физическими объектами (полями, телами) и есть гравитация.
Считается, что "кротовые норы" — это тонкие пространственно-временные трубки, соединяющие отдаленные области Вселенной. В отличие от черных дыр, у кротовых нор отсутствует горизонт событий и у них возможен как "вход", так и "выход". Наличие кротовых нор не противоречит общей теории относительности.
На данный момент не доказано как существование кротовых нор, так и невозможность их существования. Согласно имеющимся теориям, кротовые норы могут решить не только вопрос межгалактических перемещений, но и предоставить возможность путешествия во времени: попав в такую область пространства-времени, сильно искривленную источником огромного гравитационного поля, теоретически можно совершить "прыжок" как в пространстве, так и во времени.
— Может быть, ключ к ответам на все эти вопросы — часто обсуждаемая в последнее время теория струн? Можно ли сегодня за счет астрофизических исследований ее подтвердить или опровергнуть?
— Не вдаваясь в достаточно абстрактные и сложные для понимания подробности, попробую ответить понятным языком. В отличие от привычной нам со школьной скамьи модели описания мира множеством элементарных частиц и волн, теория струн предполагает его описание набором бесконечно тонких протяженных объектов, способных совершать колебания по аналогии со струнами, и при этом она сочетает в себе идеи квантовой механики и теории относительности.
Габриеле Венециано, основатель теории струн, показал, каким образом инфляционная модель Вселенной может быть получена из теории суперструн. В 1996 году была опубликована важная теоретическая работа, в которой удалось использовать теорию струн для нахождения микроскопических компонентов определенного класса черных дыр, а также для точного вычисления вкладов этих компонентов в энтропию.
В теории струн существует такое понятие, как "космические струны", которые в результате расширения Вселенной могут "раздуться" до огромных размеров и даже простираться дальше горизонта событий, то есть превышать размеры Вселенной.
Сегодня теория струн нуждается в экспериментальной проверке, однако ни один из ее вариантов пока не дает точных предсказаний, которые можно было бы проверить в критическом эксперименте. Таким образом, эта теория находится пока в "зачаточной стадии": она обладает множеством привлекательных математических особенностей и может стать чрезвычайно важной в понимании устройства Вселенной, но требуется ее дальнейшая разработка для того, чтобы ее принять или отвергнуть.
Пока теорию струн нельзя будет проверить в обозримом будущем в силу технологических ограничений. Если за счет каких-либо исследований, не только астрофизических, можно будет подтвердить или опровергнуть такую модель, претендующую на роль ключевой теории для описания всех процессов, происходящих во Вселенной, то таким исследованиям, безусловно, будет отведена значительная роль. Возможно, с развитием новых технологий у нас появятся дополнительные возможности, которые позволят в том числе внести необходимый вклад и в этой сфере.
— Глава SpaceX Илон Маск не оставляет идеи колонизировать Марс. Насколько реалистичны такие планы?
— Колонизация космоса – это так или иначе вопрос выживания человечества, да и вообще всего живого на нашей планете в сверхдолгосрочной перспективе. Хотя, здесь надо оговориться, такими "колонизаторами" смогут стать существа уже, скорее всего, не с нынешними генотипами.
Планы и текущие достижения компании SpaceX бесспорно заслуживают глубокого уважения. Но при этом надо помнить, что Илон Маск — бизнесмен, чей бизнес, не только в сфере ракетно-космической техники, зависит во многом от повышенного внимания общественности. Поэтому ему крайне важно обозначать яркие, амбициозные цели уже на ближайшую перспективу. Первая ракета компании SpaceX совершила успешный пуск почти в пять раз позже изначально запланированных сроков. Также и некоторые планы, которые озвучиваются SpaceX, в условиях технологического развития ближайшего времени просто неосуществимы, если провести их краткий технический анализ. Например, для того чтобы термоядерный взрыв на полюсе Марса, одна из идей компании SpaceX, дал ощутимый результат, необходимо более десяти тысяч пусков самых грузоподъемных из разрабатываемых в настоящий момент ракет-носителей.
Исходя из имеющихся и перспективных средств выведения, даже допустив изрядную долю оптимизма при их оценке и вынося за скобки вопросы создания термоядерного оружия в таких объемах, можно сделать вывод о том, что каких-то ощутимых воздействий на климат на Марсе (как, к слову, и на Венере) в ближайшей перспективе человечество оказать не в силах.
Госкорпорация "Роскосмос" сегодня не может себе позволить декларировать сроки исходя из чисто маркетинговых и PR-задач. При этом мы, конечно, сегодня ведем системные работы, в частности, и по подготовке миссий на Луну и Марс.
— Какие планеты Солнечной системы являются лучшими кандидатами для колонизации?
— Со многих точек зрения из всех планет Солнечной системы наиболее похожи на Землю Марс и Венера, обе эти планеты, наряду с Землей, находятся в так называемой "зоне обитаемости". Есть предположения, что Марс на ранних этапах своей истории имел среду, похожую на современную Землю — густую атмосферу и много воды, которые потерял за период в несколько сотен миллионов лет. Из-за сходства и близости к Земле Марс может оказаться наиболее целесообразным и эффективным объектом для терраформирования среди всех космических тел в Солнечной системе.
На Венере обстановка крайне далека от благоприятной с точки зрения человека. Из-за сильного парникового эффекта средняя температура на поверхности Венеры еще выше, чем на Меркурии, который ближе к Солнцу, — она составляет примерно +470°С (при -63°С на Марсе). А венерианское атмосферное давление на поверхности в 90 раз превышает земное — его можно сравнить с давлением в океане на глубине 1 км. Кроме того, атмосфера на поверхности Венеры на 97% состоит из углекислого газа. На Венере нет воды, даже в виде пара, зато есть облака из серной кислоты, которые делают невозможным наблюдение поверхности в видимом свете, а заодно и блокируют поступление солнечной энергии. То есть Венера — это "сестра" Земли, пережившая парниковую катастрофу, о которой так много сегодня говорят. Ее изучение автоматическими аппаратами дает нам ключи к познанию механизмов эволюции нашей планеты и помогает тем самым избежать судьбы "соседки".
Преимущество Венеры — это плотная атмосфера, близкая по составу к земной, которая служит надежным щитом от ключевых проблем освоения Марса: космической радиации и метеоритов. Также до Венеры легче добраться: она ближе и "пусковые окна" случаются чаще. Но потенциально "привлекательные" для колонизации условия на Венере находятся только на высоте 50-65 км: здесь атмосфера планеты наиболее похожа на земную по температуре, давлению и газовому составу.
Исследования Солнца показывают, что оно в данный момент нагревается, и температура на Венере и Марсе медленно растет, в том числе поэтому сегодня Марс выглядит, пожалуй, наиболее предпочтительным с точки зрения перспективы терраформирования и колонизации.
— Можно ли в сегодняшних условиях в тропиках Марса высадить земную флору?
— На поверхности Марса содержится грунт, насыщенный перхлоратами, которые являются ядовитыми для земной флоры. Таким образом, свободно расти земные растения на поверхности Марса не смогут, понадобилась бы определенная подготовка почвы. Помимо этого, важными факторами являются температурный режим, состав атмосферы, радиационный фон и другие параметры, которые также пришлось бы поддерживать искусственно в изолированных помещениях.
— Есть ли на сегодняшний день жизнь на Марсе, что об этом могут сказать имеющиеся данные? Была ли жизнь на Марсе или Венере в прошлом?
— Все проведенные на Марсе и Венере исследования наличия признаков жизни пока не дали положительного результата. Возможно, свет на этот вопрос прольет следующий этап совместной российско-европейской миссии "ЭкзоМарс", запуск которой запланирован на 2022 год. Программа предполагает посадку на Марс ровера, оснащенного бурильным устройством, позволяющим проникать в подповерхностный слой Марса, а также миниатюрной лабораторией для поиска следов жизни.
Венера на данный момент является наряду с Марсом самой исследованной планетой Солнечной системы. В ходе нескольких орбитальных миссий и спусков станций на поверхность планеты (советский аппарат "Венера 13" до сих пор остается самым успешным за всю историю — он продержался 157 минут) удалось получить подробные сведения о венерианском климате, почве и составе атмосферы. Вообще, Советский Союз достиг таких успехов в исследовании Венеры, причем с огромным "отрывом" от конкурентов — США, что те Венеру даже называли "советской планетой".
Лично для меня по уже отмеченным сегодня обстоятельствам "научный" фаворит — разрабатываемая нами сегодня миссия на Венеру. Не так давно ученые Российской академии наук, анализируя снимки Венеры, полученные еще советскими экспедициями, заявили, что обнаружили на них объекты, которые меняли свое местоположение и даже потенциально могут быть живыми. Не берусь обсуждать именно эту статью, но, как известно "практика — критерий истины", и насколько догадки ученых верны, нам еще только предстоит узнать.
