Эволюция Вселенной и происхождение жизни

Теерикор Пекка

Глава 33 Роль человека во Вселенной

 

Мы уже обсуждали, как знания о структуре Вселенной, ее размере, возрасте и эволюции изменили наше представление о космической роли человека. Открытие астрономических циклов и предсказание грядущих небесных явлений были очень важной частью деятельности людей на пути к рождению науки. Вначале этими циклами пользовались для определения сезонов сельхозработ и пытались применить для других целей, которые тогда представлялись важными, но порою оказывались в тупике (таком, например, как астрология). Наблюдения, доступные в ту эпоху, приводили к естественному заключению, что Земля — центр Вселенной и что звездное небо вместе с движущимися по нему Солнцем, Луной и планетами совершает один оборот вокруг Земли в сутки. Постепенно пришло понимание, что небесные тела — это материальные объекты, возможно, созданные Богом, но сами они богами не являются. Попытки понять законы их движения на небе привели к современной науке.

Необъятное пространство, пучина времени и вездесущая жизнь.

Несмотря на гипотезы древнегреческих философов, например Анаксагора, о том, что небесные тела состоят из тех же элементов, что и Земля, или Аристарха о том, что Земля обращается вокруг Солнца, представление о Земле как центре Вселенной сохранилось до эпохи Средневековья. Вселенную воспринимали как конечную, постижимую, ограниченного размера вращающуюся небесную сферу. Движущей силой небесных объектов в этом совершенном и неизменном мире считался Бог. Он же был и творцом всех живых существ, среди которых человек считал себя венцом творения, наиболее совершенным из земным созданий, ибо был наделен разумом.

Эта великая концепция начала разрушаться, когда Коперник предложил свою гелиоцентрическую модель Вселенной, в которой Земля оказалась лишь одной из планет, обращающихся вокруг Солнца. Осознание в XVII веке того факта, что звезды — это тоже небесные тела, такие же, как Солнце, но значительно более удаленные, полностью изменило представление о месте нашего Солнца и нас самих во Вселенной. Солнце стало всего лишь одной из множества звезд, одиноко совершающей свой бесконечный путь в пространстве. Начавшись с оценки расстояния от Земли до Солнца в 150 млн км и с выяснения того, что даже ближайшие звезды еще в 200 000 раз дальше, измеренные расстояния до наблюдаемых объектов Вселенной продолжали возрастать и достигли невероятных значений.

В конце XIX и начале XX столетия астрономы выяснили, что Солнце — член огромной звездной системы, Галактики. В согласии с принципом Коперника Солнце оказалось вдалеке от центра Галактики. Развитие методов измерения расстояний за пределами нашей Галактики показало, что эта огромная система размером 100 000 световых лет всего лишь одна из многих ей подобных и что ближайшая такая галактика в Андромеде удалена более чем на 2 млн световых лет. В современной космологии принцип Коперника стал всеобъемлющим: наше положение во Вселенной ни в каком смысле не считается особенным.

Кроме этой бесконечности в пространстве мы подробно описали открытия, свидетельствующие об огромной продолжительности существования Вселенной и полностью перечеркивающие библейский возраст мира около 6000 лет. Эволюция биосферы и отложения геологических осадков огромной толщины требуют гораздо больших промежутков времени; а после открытия радиоактивного распада было надежно установлено, что Земля существует уже 4,6 млрд лет. Такой длительный промежуток времени сам по себе говорит о большом возрасте Вселенной. Однако «парадокс» темного ночного неба и открытие удаления галактик друг от друга указывают на то, что Вселенная не может быть бесконечной во времени или пространстве. Наконец, обнаружение остывшего космического фонового излучения заставило вернуться к основной идее многих мифов о творении, повествующих о рождении Вселенной. Однако это рождение отодвинулось на 14 млрд лет в прошлое.

Учитывая, что наблюдаемая Вселенная имеет размер миллиарды световых лет, что ее возраст составляет миллиарды лет и что она содержит сотни миллиардов галактик, во многих из которых сотни миллиардов звезд, мы ясно представляем себе ничтожность нашей роли в развитии этого огромного мира. Так что, на первый взгляд, может показаться, что человечество и даже вся жизнь на Земле ничего не значат для Вселенной.

Начав со старых представлений о божественном происхождении жизни, которые оставляли без ответа многие вопросы, мы рассказали, как современные биологи представляют себе зарождение и эволюцию жизни в специфическом, но естественном процессе, происходившем здесь, на Земле. Мы описали современные взгляды на то, как в подходящих условиях жизнь могла самопроизвольно возникнуть благодаря химическим реакциям между некоторыми распространенными элементами и их соединениями. Пока мы не знаем точно, как это может происходить, и происходит ли это просто или требует особых условий. В любом случае, космос так велик и он имел столько времени для осуществления различных химических процессов в совершенно разных местах, что вполне возможно, что «химия жизни» зарождалась много раз в различных уголках Вселенной. Вполне вероятно, что если жизнь где-либо зародилась и условия долго оставались благоприятными, то эволюция смогла создать там сложные живые организмы (рис. 33.1).

Рис. 33.1. В нашей Галактике может существовать великое разнообразие живых существ, а может быть, мы одиноки — пока мы этого не знаем. На встрече инопланетян, придуманной Жоржем Патурелем, с равным успехом эти слова можно было бы вложишь в уста представителя нашего вида (всё относительно…), но нам интересно, найдется ли где-нибудь кто-то, хотя бы отдаленно напоминающий нас.

С другой стороны: тонко настроенная Вселенная с уникальной жизнью.

Множество факторов определяют результат эволюции: мы не знаем, чрезвычайно ли сложен процесс зарождения жизни или же крайне редко встречаются необходимые для него условия. В зависимости от этих факторов мы либо можем быть рядовыми представителями огромного разнообразия биосфер на планетах, рассыпанных по Галактике и Вселенной, либо мы единственные и являемся уникальным продуктом космической химии. Поэтому, даже если мы знаем, что земная жизнь — малозаметный фактор в космическом масштабе, мы все еще не представляем себе роль и возможности жизни в целом.

Тем не менее существует один аспект, придающий разумной жизни космическое значение. Только сознательное, разумное существо может изучить Вселенную и понять ее естественные законы. Вероятно, через мыслительный процесс разумных существ Вселенная начинает познавать себя.

Разумные существа могут выявить связь между физическими законами и своим существованием, то есть определить те первичные условия, которые привели к их появлению во Вселенной. С этой точки зрения мы осознали, что наш тип жизни критически зависит от многих физических параметров — как в космическом масштабе, так и в локальном масштабе нашей планетной системы. Даже если жизнь есть результат космической химии, то эта химия и физика работают именно так, что способствуют возникновению и развитию жизни. Почти очевидно, что жизнь есть особый продукт космической эволюции Вселенной, а не локальное и случайное событие.

Если наряду с нашей Вселенной существуют и другие вселенные, с другими космическими постоянными и параметрами, то в них не должна возникать жизнь, или уж, по крайней мере, жизнь в них должна быть совершенно непохожа на нашу, земную. Мы не знаем, может ли жизнь в этих недоступных мирах быть разумной. Становится все более и более очевидным: раз мы такие, какие есть, то мы должны жить именно в такой Вселенной, как наша. Любой другой, хотя бы чуть-чуть отличающийся от нашего мир не дал бы нам ни малейшего шанса к существованию. Но означает ли это, что наша Вселенная именно такая, потому что у нее была цель сотворить такую разумную жизнь, как мы? Это было бы слишком эгоцентрично для нас, научившихся в результате коперниканской революции смотреть на себя как на пылинку в огромном космосе. Если законы и структура Вселенной отражают наше существование, то только лишь потому, что, будь они другими, нас бы здесь не было и некому было бы рассуждать об этом предмете. Этот так называемый антропный принцип довольно популярен среди ученых.

Так каковы же свойства нашей Вселенной, делающие возможной жизнь, и что особого потребовалось для появления разумной жизни? Когда мы знакомились с Солнечной системой, мы с интересом узнали, что Венера — «сестра Земли», — расположившись немного ближе к Солнцу, оказалась совершенно непригодной для жизни. То же и с Марсом: хотя, возможно, в прошлом он был пригоден для жизни, но сейчас это весьма недружелюбное для жизни место. С другой стороны, изучая земную жизнь, мы обнаружили «черные курильщики» на дне океана и даже области, расположенные глубоко под землей, где процветают архаичные микроорганизмы. Эти находки расширяют границы пригодных для жизни условий, особенно там, где существуют источники энергии и жидкая вода, например на спутниках планет-гигантов.

Огромный возраст Земли доказывает, что потребовался длительный срок, чтобы здесь возникла разумная, технологически развитая форма жизни. Одним словом, чтобы на планете появился разум, ей требуется достаточно долго обращаться вокруг своей звезды по стабильной орбите, давая возможность эволюции медленно двигаться вперед. Хотя уже обнаружено множество других планетных систем, ближайшие к звезде планеты-гиганты препятствуют существованию планет земного типа на стабильных орбитах на нужном расстоянии от звезды. Впрочем, пока еще планеты с массами много меньше, чем у Юпитера, расположенные не очень близко от звезды, обнаруживаются с большим трудом, поэтому вполне вероятно, что многие или даже большинство планетных систем похожи на нашу Солнечную систему, то есть содержат планеты типа Земли.

Обсуждая размерность пространства (см. главу 18), мы уже говорили, что стабильные планетные орбиты не могут существовать во вселенной, имеющей более трех пространственных измерений. Точно так же и орбиты электронов в атомах были бы нестабильными, что сделало бы невозможными химические связи, необходимые для формирования сложных органических молекул — основы жизни. В некоторых теориях предполагается, что сначала Вселенная имела больше измерений, но большинство из них свернулось еще на ранней стадии эволюции Вселенной, оставив нам три пространственных и одно временное измерение. Мы можем себе представить другие вселенные, имеющие четыре, пять или больше пространственных измерений, но жизнь, как мы ее представляем, была бы невозможна в таких экзотических мирах.

Естественные законы и универсальные постоянные.

Не только размерность пространства, но также и законы природы и значения физических постоянных оказались как раз такими, какие позволили совершиться химической эволюции от Большого взрыва до Человека. Например, если бы во время Большого взрыва весь водород превратился в гелий, то сейчас во Вселенной не было бы ни воды, ни жизни. А это случилось бы, если бы ядерная сила, связывающая протоны и нейтроны, оказалась немного сильнее, чем она есть. В нашей реальной Вселенной ядерная сила достаточно велика, чтобы связать протон и нейтрон в ядро дейтерия, но недостаточно сильна, чтобы удержать рядом два протона, превысив их электростатическое отталкивание. Но можно представить себе вселенную, в которой ядерное взаимодействие всего на 3,4 % сильнее: это стабилизировало бы систему из двух протонов, то есть позволило бы образоваться ядру 2Не. Такие легкие ядра гелия без труда рождались бы во время Большого взрыва, и почти весь водород превратился бы в гелий. В этой гипотетической вселенной не было бы соединений водорода и долгоживущих звезд, которые используют водород как топливо.

С другой стороны, если бы ядерная сила была всего на 9 % слабее, она не могла бы удержать частицы в ядре дейтерия — главном звене в цепи превращения водорода в более тяжелые элементы. Без дейтерия у нас не оказалось бы углерода, а значит, и таких соединений, как белки и нуклеиновые кислоты. Как видим, сила ядерного взаимодействия с точностью до нескольких процентов должна быть именно такой как есть, чтобы возникла жизнь.

Важность точного значения ядерной силы первым понял Фред Хойл. В 1950-х годах он показал, что реакция ядерного синтеза углерода (из трех ядер гелия) происходит эффективно только в том случае, если ядерная сила имеет вполне определенное значение. Основываясь на том, что наша форма жизни базируется на углероде, Хойл теоретически вычислил значение константы ядерного взаимодействия. Через несколько лет физики-ядерщики на основе экспериментов подтвердили, что Хойл прав: образование углерода в звездах действительно строго зависит от значения ядерной силы. Хойл продемонстрировал и другое счастливое совпадение: превращение углерода в кислород в звездах происходит не так эффективно, как образование самого углерода, что и приводит к накоплению углерода в природе. Жизни трудно было бы процветать в том в мире, где кислорода больше, чем углерода. Если существует много вселенных, то эти уникальные параметры делают нашу Вселенную более благоприятным для жизни местом, чем большинство других.

Мы уже знаем, что один из самых распространенных элементов, углерод, имеет как раз такие химические свойства, чтобы образовать четыре ковалентные связи и формировать длинные молекулы. К тому же оказалось, что самое распространенное соединение во Вселенной, Н2O, действует как оптимальный растворитель для обеспечения биохимических реакций. Похоже, что основные возможности для полного химического арсенала жизни аккумулированы в особых свойствах углерода и воды. В принципе, эти вещества должны быть на планетах по всей Галактике.

Одним из физических факторов, важных для образования первых звезд, было слегка неоднородное распределение плотности первичного излучения и ядерной плазмы, сформировавшихся в процессе Большого взрыва. Это привело к неоднородному распределению первичных водородно-гелиевых облаков, которое затем перешло в сжатие, создавшее первые звезды — «фабрики» по производству первых тяжелых элементов, необходимых для жизни.

Кроме субатомных параметров, важных для процессов, протекающих в недрах звезд, есть еще и слабая сила гравитации — строитель космических структур. Если бы эта сила была немного слабее или немного сильнее, то формирование звезд происходило бы иначе, чем сейчас. Будь эта сила слабее, не появились бы тяжелые элементы, а будь она сильнее, звезды эволюционировали бы так быстро, что у их планетных систем не имелось бы достаточно времени, чтобы на них могла возникнуть жизнь. И вновь мы видим, что иные вселенные, с иной гравитационной постоянной, были бы непригодны для жизни.

Критическое значение для существования жизни имеет возраст Вселенной и звезд. Если бы эволюция Вселенной протекала скоротечно (скажем, за миллион лет), то жизнь не успела бы даже за-родиться. Элементы жизни — углерод и другие — сформировались в ходе ядерных реакций внутри звезд и были выброшены в межзвездные облака при взрывах звезд. И для образования следующего поколения звезд и их планет тоже требуется время. Ведь планеты типа Земли не могут появиться у звезд, протопланетные диски вокруг которых лишены сложных химических элементов. Первое поколение звезд нашей Галактики не могло иметь планет, пригодных для жизни. Накопление необходимых элементов в газовых облаках, из которых позже образовались звезды и планеты, должно было происходить достаточно быстро, но сколько именно времени это заняло — не ясно.

Затем, после синтеза тяжелых элементов и формирования нового поколения звезд и их планетных систем, вобравших эти элементы, на некоторых из планет могла возникнуть жизнь. После этого началась эволюция ко все более сложным формам жизни, которая могла занять миллиарды лет, как это было в случае Земли. Мы знает, что это происходило постепенно, что долгий процесс предшествовал нашему появлению (рис. 33.2).

Рис. 33.2. Физические константы и законы природы таковы, что звезда типа Солнца светит около 10 млрд лет, позволяя жизни возникнуть и эволюционировать на подходящих планетах, обращающихся вокруг этой звезды. На этом фото Солнце предстает в необычном пейзаже: оно заходит за край марсианского кратера в 2005 году, когда это увидел марсоход «Спирит».

Приглядимся к Солнечной системе

Но если эволюция жизни — от ее начальных элементов до клетки и сложной биохимии — происходит так долго, то для нее требовались особые условия. Вероятно, наша голубая планета как раз и была тем особым местом, где нашлись все условия для зарождения и развития жизни. Как в сказке про трех медведей, где Маша всегда выбирала все самое уютное. Действительно, Земля расположена на очень выгодном расстоянии от Солнца, которое, совместно с парниковым эффектом атмосферы, обеспечивает на ней такую температуру, что вода, по крайней мере большую часть времени, остается в жидком виде. Правда, эти благоприятные эпохи иногда прерывались, когда парниковые газы исчезали из атмосферы и температура на миллионы лет опускалась ниже точки замерзания. В эти ледниковые периоды температура долго оставалась настолько низкой, что вся планета покрывалась льдом. И эта «Заснеженная Земля» могла бы остаться такой навечно, если бы теплые недра нашей планеты не испускали газ CO2 в количестве, достаточном для восстановления парникового эффекта, способного нагреть атмосферу. Мы уже говорили, что плотность воды, к счастью, больше плотности льда. Поэтому замерзает только поверхность океанов, и жизнь имеет возможность продолжаться подо льдом в жидкой воде, защищенная от замерзания и высыхания, как мы это видим в озерах Антарктиды. Наконец, горячее расплавленное внешнее ядро и твердое железное внутреннее ядро Земли обеспечили нас магнитным полем, защищающим все живое от вредного космического излучения, угрожающего слабым росткам жизни на любой планете.

Падение комет и астероидов в раннюю эпоху тоже способствовало тому, чтобы Земля стала обитаемой: они принесли с собой большую часть той воды и газов, которыми мы сейчас пользуемся. Кроме того, чрезвычайно сильный удар по молодой планете на раннем этапе ее формирования наградил нас небесным спутником — Луной. Эти столкновения и сама Луна оказались для нас очень полезными. Они наклонили земную ось так, что оба полушария — северное и южное — поочередно поворачиваются к Солнцу, вызывая смену сезонов и способствуя выравниванию температур в разных частях планеты. Мощное столкновение определило вращение Земли. Раньше Земля вращалась еще быстрее, но постепенно она замедлилась до современного значения — один оборот за 24 часа, — создав нам суточный ритм смены дня и ночи. Присутствие Луны продолжает стабилизировать ось нашей планеты, поэтому общий климат не меняется случайным образом. Эти факторы, конечно, очень важны для условий жизни здесь, на Земле, но мы не знаем точно, насколько решающим является наличие крупного спутника для зарождения и длительного сохранения жизни. Не исключено, что это может ограничивать число пригодных для жизни мест даже среди планет, во всем остальном похожих на Землю.

Столкновения с кометами и астероидами имели как физические, так и биологические последствия. Они могли быть весьма благоприятными для жизни на молодой Земле, перенося семена жизни с одной планеты на другую в пределах внутренней области Солнечной системы (скажем, с Марса на Землю или наоборот). Они могли иметь большое значение и на более поздних этапах эволюции жизни, вызывая в биосфере неоднократные массовые вымирания и давая этим шанс для появления новых видов. Хотя это было катастрофой для вымерших видов (например, динозавров), оно оказывалось полезно для видов, получивших возможность развиваться (например, млекопитающих). Но слишком частые столкновения с кометами могут сделать существование любого сложного вида чересчур кратковременным. Возможностью нашей спокойной эволюции и безопасного (до сих пор) существования на Земле мы во многом обязаны планете-гиганту Юпитеру, сумевшему удалить большинство каменных тел, которые в эпоху молодости Солнечной системы являлись здесь частыми гостями. Столкновения с ними были как полезными, так и вредными; нам пока трудно оценить, каков оказался результирующий эффект.

Жизнь влияет на себя и свою планету.

Сама биосфера сильно изменила условия на нашей планете. Очевидно, это произошло в результате сложного взаимодействия между физическими и биологическими системами и, естественно, усложнило поиски ответа на сравнительно простой вопрос — насколько жизнь распространена во Вселенной. Например, появление производивших кислород фотосинтезирующих организмов привело к насыщению воздуха кислородом, что сильно повлияло на условия жизни всех видов. Кислородная атмосфера способствовала возникновению озонного слоя, задерживающего ультрафиолет и более жесткое излучение. Эта защита от губительных лучей позволила жизни выйти из воды на сушу. Кислородно-азотная атмосфера наиболее прозрачна для видимого света, и это весьма удачно, так как совпадает с максимумом в спектре излучения Солнца и позволяет большей части солнечных лучей проникать к поверхности Земли. Это как раз то излучение, которое использует фотосинтезирующая биота как источник энергии для фиксации углерода, и это как раз тот диапазон спектра, в котором видит подавляющая часть животных.

Долгое временя эволюцией и появлением новых видов управлял дарвиновский процесс — генетические изменения в результате мутаций и частичное сохранение потомства вследствие естественного отбора. Принято считать, что отбор происходит путем простого «выживания самого приспособленного», но на самом деле критерий «приспособленности» не так прост. Выжившие виды и отдельные особи приспосабливаются к своей индивидуальной среде. Во многих случаях это должны быть такие виды, которые могут взаимодействовать со средой для поддержания жизни, а не те, которые эксплуатируют эту среду сверх нормы. Кроме простой борьбы за выживание эволюция идет за счет выгодного взаимодействия с другими видами, например в разных симбиотических микробиологических матах, где питательные вещества переходят из одного слоя к другому, или в пищевых цепочках и экосистемах, сформированных высшими организмами. Эта борьба приводит к специализации и дифференциации борющихся групп и обеспечивает разнообразие новых видов. Усложнение экосистем, очевидно, создает все больше и больше ниш разнообразия, поддерживающих свое существование более сложными и гибкими стратегиями, разнообразием видов и более сложными формами жизни.

Кроме того, на эволюцию видов сильное влияние оказывали как местные, так и глобальные явления. Долговременные геологические изменения, такие как перемещение континентов, изменяли климат на долгое время, и сама биосфера влияла на атмосферу. Совместно эти процессы приводили к долговременному изменению климата, когда ледниковые периоды перемежались периодами умеренной температуры. Крупнейшие естественные катастрофы, вызванные космическими столкновениями, неоднократно приводили к массовому вымиранию, уничтожавшему большую часть биосферы. Эти случайные катастрофы часто становились причиной разрушения возникающих экосистем, уничтожая большую часть биоты и вычищая новое пространство для колонизации. В эти эпохи обновленные условия увеличивали биологическое разнообразие и количество новых экосистем, осуществляя поворот в эволюции биосферы. Но в промежутках между катастрофами биосфера обычно развивалась устойчиво с мелкими изменениями и адаптацией. Палеонтолог Стивен Голд (1941–2002) называл такие смены спокойных и бурных фаз «перемежающимся равновесием».

На фоне этой бурной эволюции биосферы для развития разумного, технически оснащенного вида требуются довольно стабильные условия. Из опыта Земли видно, что для создания технической культуры необходима суша. Первым шагом на пути технической эксплуатации природных источников энергии является эффективное производство продуктов питания. С момента изобретения сельскохозяйственной деятельности около 10 000 лет назад мы, к счастью, живем при стабильном климате, без ледниковых периодов.

Вопрос времени

Трудно представит себе 14-миллиардный возраст Вселенной, 4,6-миллиардный возраст Земли и 3,9-миллиардный возраст биосферы. Трудно представить даже продолжительность разных геологических периодов. Чтобы легче было окинуть мысленным взором эти геологические интервалы времени, представим себе всю историю Земли на шкале времени в один год; в этом масштабе возраст Вселенной составит три года. Если предположить, что Земля образовалась 1 января 3-его года, то самые старые известные породы сформировались и, вероятно, жизнь зародилась около 10 февраля. Затем всю весну, лето и осень был долгий период эволюции. Первые примитивные животные появились в середине ноября, первые растения выросли на суше 10 декабря, а эра динозавров закончилась катастрофой вечером 26 декабря. Человек появился как отдельный вид 31 декабря в 6 часов вечера, а последнее оледенение отступило от Скандинавии за минуту до полуночи. Наше западноевропейское летосчисление началось за 14 секунд до полуночи, то есть до нынешнего момента.

Как видим, техническая цивилизация пока существует на протяжении всего лишь крошечной доли возраста нашей планеты. В ее дальнейшем длительном существовании некоторые сомневаются. Имея в виду столь малый промежуток времени, было бы невероятной удачей, если бы на одной из соседних звезд сейчас существовала иная цивилизация, способная посещать нас или связываться с нами. Быть может, именно этим и объясняется парадокс Ферми, который мы обсуждали в главе 32, хотя возможны и другие объяснения.

Учитывая огромное число звезд во Вселенной, мы надеемся на присутствие жизни где-либо еще, однако наличие сложных форм жизни, разума или технической цивилизации обладает значительно меньшей вероятностью. Чрезвычайная сложность жизни, тем более существование разумной, интеллектуальной жизни, способной постигать окружающий мир, свидетельствуют о медленной эволюции, длящейся очень долго. Большие масштабы времени и сложный синтез элементов возможны лишь в космосе зрелого возраста. Поэтому только в долгоживущей и медленно развивающейся Вселенной может возникнуть сложная жизнь. Но в огромной, холодной и старой Вселенной, управляемой темной материей и темной энергией, должны быть теплые и безопасные ниши из обычной материи, способные служить прибежищем для жизни. Маша Земля — одно из таких мест (рис. 33.3).

Рис. 33.3. В декабре 1968 года три человека — Фрэнк Борман, Джеймс Ловелл и Уильям Андерс — десять раз облетели Луну на космическом корабле «Аполлон-8». Спустя три века после создания Ньютоном его «Начал» эта картина восхода Земли над лунным горизонтом стала символом достижений науки и техники по преодолению и использованию гравитации для космических полетов. С разрешения NASA.

Мы начали эту книгу словами биолога Хаксли, выражающими то, как мы, ныне живущие на Земле, а также и все люди, когда-либо жившие до нас, относимся к тайнам Вселенной. Другая цитата суммирует результат нашего долгого путешествия по страницам этой книги. Мы увидели, как расширялись наши знания о Вселенной и как представление о центральном месте в ней человека постепенно сходило на нет. Но мы также узнали, что Вселенная, ее история и даже значения ее физических констант тесно связаны с возникновением жизни на Земле, с нашим собственным существованием и с возможностью того, что подобные миры встречаются и в других местах. Это вселяет в нас надежду, что даже если ближайший очаг внеземной жизни находится очень далеко от нас или даже если мы совершенно одиноки, то все равно мы сможем до конца понять феномен жизни во Вселенной, а значит — понять себя.

Мы будем скитаться мыслью

И в конце скитаний придем

Туда, откуда мы вышли,

И увидим свой край впервые.

Т. С. Элиот «Четыре квартета» Квартет № 4: «Литтл Гиддинг»

Перевод А. Сергеева.

Рис. 1. Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили, в настоящее время крупнейший составной наземный телескоп. Он состоит из четырех телескопов; зеркало каждого из них имеет диаметр 8,2 м. Эти инструменты могут работать совместно или по отдельности. С разрешения ESO.

Рис. 2. Радиотелескоп в Нансэ (Франция) работает в дециметровом диапазоне, изучая всевозможные объекты — от комет и пульсаров до галактик и квазаров. Например, он может измерять излучение нейтрального водорода в линии длиной 21 см, которого очень много в нашей и других галактиках. С разрешения I. Cognard, CNRS.

Рис. 3. Орбита космического телескопа «Хаббл» проходит на высоте 600 км, за пределами атмосферы Земли, полному он может получать более четкие изображения небесных объектов. чем наземные телескопы. С разрешения NASA.

Рис. 4. Внеатмосферная обсерватория WMAP очень точно измерила космическое фоновое излучение, позволив космологам исследила геометрию и состав нашей Вселенной. Обсерватория «Планк» Европейского космического агентства дополнит и улучшит эти наблюдения. На этом рисунке художник показал обсерваторию WMAP, удаленную на миллионы километров от Земли в направлении, противоположном Солнцу. С разрешения NASA.

Рис. 5. Ультрафиолетовое изображение Солнца получено в 1999 году космической обсерваторией SOHO. Наше Солнце — обычная звезда возрастом около 5 млрд лет. Несмотря на спорадическую активность, например в форме выброса протуберанцев (виден на фото), длительная стабильная эволюция Солнца позволила жизни существовать на Земле в течение почти всей ее истории. Гигантская масса Солнца более 300 000 масс Земли) заставляет планеты обращаться вокруг него. С разрешения SOHO-EIT Consortium, ESA, NASA.

Рис. 6. Долины Маринер (Valles Marineris) на плато Фарсида (Марс). Этот огромный каньон — 200 км в ширину и 4 5000 км в длину — демонстрирует нам потрясающий результат древней геологической активности. С разрешения NASA.

Рис. 7. Это изображение марсианского ландшафта передал марсоход «Спирит». Темный вулканический валун на переднем плане в высоту около 40 см. С разрешения NASA/JPLCaltech/Cornell/NMMNH.

Рис. 8. В 1993 году на пути к Юпитеру зонд «Галилео» сфотографировал астероид 243 Ида, обращающийся вокруг Солнца на расстоянии 440 млн км. Длина астероида всего 50 км; его слабая сила тяготения неспособна придать ему круглую форму. поэтому его называют астероидом, а не карликовой планетой. На этом фото виден и маленький спутник Иды — Дактиль. С разрешения NASA/JPL.

Рис. 9. В 1994 году комета Шумейкеров-Леви-9 раздробилась на 20 частей еще до того. как врезаться в Юпитер. На изображении, полученном космическим телескопом «Хаббл», видны темные пятна в тех местах, где четыре куска кометы влетели в атмосферу. Подобные падения на Землю могли изменить условия жизни в эпоху молодости пашей планеты, а сейчас они могли бы угрожать жизни на ней. С разрешения HST Comet Team & NASA.

Рис. 10. Изображения двух разных спутников Юпитера, полученные зондом «Галилео», показывают: (а) горы и вулканические кальдеры на геологически активной Ио; (б) ледяной мир Европы, где жидкий океан воды подо льдом может дать приют жизни. С разрешения NASA/JPL.

#imgE9B1.jpg

Рис. 11. Полярное сияние в районе южного полюса Сатурна ясно видно на комбинированном ультрафиолетовом и визуальном изображении, полученном космическим телескопом «Хаббл» и 2004 году. С разрешения NASA, ESA, J. Clarke (Boston University) & Z. Levay (STScI).

#imgA967.jpg

Puc. 12. Этот снимок звездного облака в созвездии Стрелец демонстрирует огромное количество звезд, населяющих нашу Галактику. Не все звезды похожи на Солнце; многие сильно отличаются от него, например по массе, температуре и светимости. На этом (фото вы можете заметить красные (холодные), желтые (похожие на Солнце) и голубоватые (горячие) звезды. С разрешения Hubble Heritage Team (AUFLA/STScI/NASA/ESA)

Рис. 13. Область туманности Орел в созвездии Змея, на расстоянии 7000 световых лет. В этом облаке холодного газа и пыли активно рождаются звезды нашей Галактики. Энергия массивных, молодых и горячих звезд работает как скульптор, создающий призрачные формы из межзвездного вещества. Высота этой «башни» около 9.5 светового года, почти в миллион раз больше радиуса орбиты Земли вокруг Солнца. С разрешения NASA, ESA, & The Hubble Heritage Team STScI/AURA.

#imgEF0E.jpg

Рис. 14. Эта великолепная планетарная туманности (NGC 6751) в созвездии Орел представляет собой газовую оболочку, сброшенную тысячи лет назад горячей звездой, которая видна в центре. Появление такой туманности говорит о скорой смерти звезды типа Солнца. Хотя туманность «планетарная», она не имеет ничего общего с планетами. Диаметр этой туманности около 1 светового года, в 700 раз больше размера Солнечной системы. С разрешения NASA. The Hubble Heritage Team STScl/AURA.

Рис. 15. Планетная система звезды 55 Рака, нарисованная на основе наблюдений, в сравнении с Солнечной системой. Она состоит как минимум из пяти планет, обращающихся вокруг звезды типа Солнца. С разрешения NASA.

Рис. 16. Представление художника о множестве планет типа Земли, ожидаемых в нашей Галактике. Каждая из них имеет свою особую структуру поверхности, воду и атмосферу. Трудный вопрос для астробиологии: какая доля из этих планет обладает хоть какой-нибудь жизнью? С разрешения NASA.

Рис. 17. Соседний с нами большой «остров» во Вселенной — галактика в Андромеде, М31. и ее маленькие спутники — галактики М32 и М110. Эта спиральная галактика, с трудом различимая невооруженным глазом, удалена от нас на 2,5 млн световых лет. С разрешения John Lanoue .

Рис. 18. Структура Местной группы: наша Галактика и галактика и галактика в Андромеде окружены своими меньшими спутниками. С разрешения Rami Recola.

Рис. 19. Спиральная галактика M81 — член близкой группы галактик в созвездии Большая Медведица. До нее примерно впятеро дальше, чем до галактики в Андромеде. На таком расстоянии она удаляется от нас со скоростью около 250 км/с за счет расширения вселенной. С разрешения NASA. USA & The Hubble Heritage Team STScI/AURA.

#img68FE.jpg

Рис. 20. У многих спиральных галактик сеть перемычка, бар, от концов которого тянутся спиральные рукава. Эта красивая спираль с баром называется NGC 1300. Впечатляет мысль о том. что вещество, которое мы видим в сиянии звезд и горячего газа. составляет лишь малую часть огромной массы невидимого и загадочного темного вещества. С разрешения NASA, ESA. & The Hubble Heritage Team STScl/AURA.

#img9E31.jpg

Рис. 21. Эта редкая система, обозначенная как IRAS 19115-2124 и получившая прозвище «Птица» или даже «Фея», состоит из двух больших спиральных галактик и одной неправильной галактики, сливающихся в единую систему. Наблюдения с системой адаптивной оптики на телескопе VLT ESO в ближнем ИК-диапазоне выявили это драматическое космическое столкновение. В этом составном изображении использовано также оптическое фото, полученное космическим телескопом «Хаббл». С разрешения ESO & Henri Boffin and Petri Väisänen & Seppo Mattila.

Рис. 22. Сверхновая, взорвавшаяся в 1604 году (ее наблюдал Кеплер), оставила после себя газовую оболочку, расширяющуюся со скоростью 2000 км/с. В этом составном изображении оболочки использованы снимки, полученные в разных диапазонах спектра — от инфракрасного до рентгеновского. Расположенная на расстоянии 13 000 световых лет в созвездии Змееносец, она была последней сверхновой из наблюдавшихся в нашей Галактике. С разрешения NASA, ESA /J PL Caltech/R.Sankrit &W. Blair (John Hopkins University).

Рис. 23. Вспышка сверхновой во внешней области галактики NGC 4526. В обычной галактике сверхновые вспыхивают примерно раз в столетие. Некоторые типы сверхновых служат «стандартными свечами». Их наблюдения на больших расстояниях показали, что расширение Вселенной ускоряется благодаря загадочной антигравитирующей «темной энергии». С разрешения NASA/ESA, The Iiubble Key Project Team, and The High-Z Supernova Search Team.