Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Методология науки
Избранное
Публичные лекции
Лекции для школьников
Библиотека «Династии»
Интервью
Опубликовано полностью
В популярных журналах
Из Книжного клуба
Статьи наших друзей
Статьи лауреатов «Династии»
Выставка
Происхождение жизни
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Новости науки

 
10.03
Глобальное потепление создало экологическую ловушку для очковых пингвинов

09.03
При помощи вибрационных сигналов гусеницы зазывают товарищей и прогоняют конкурентов

06.03
Что общего у голых землекопов и «голых обезьян»?

03.03
Древние и продвинутые виды сосуществовали после глобального пермо-триасового вымирания

02.03
Выяснилось, как именно ацетилирование регулирует активность белка p53






Главная / Библиотека / Из Книжного клуба версия для печати

«5 000 000 000 лет одиночества». Глава из книги

Ли Биллингс


5 000 000 000 лет одиночества

Ли БИЛЛИНГС

5 000 000 000 лет одиночества

Поиск жизни среди звезд

(Lee Billings. Five Billion Years of Solitude: The Search for Life Among the Stars)

Существуют ли в нашей Галактике или за ее пределами планеты, похожие на Землю? Являются ли природные условия на Земле типичными для планет земной группы или мы живем в уникальном мире? Одиноки ли мы во Вселенной?


Глава 7. Нарушенное равновесие

Способность геологов разглядеть общую картину, связав воедино множество мелких деталей, объясняет произошедшее со мной однажды утром в здании геологического департамента Марселлус-центра. Я стоял рядом с лифтами напротив пустого коридора в ожидании назначенной встречи, когда человек в очках, одетый во фланелевую рубашку и брюки цвета хаки, обогнул угол, взглянул на меня и прошел в дверь туалетной комнаты. Через несколько минут этот человек вновь прошел мимо меня, остановился, чтобы выпить воды из питьевого фонтанчика, но, прежде чем он успел снова исчезнуть за углом, я окликнул его. Обернувшись, он внимательно посмотрел на меня, похоже, не сразу узнав.

Я сильно удивился, поскольку сам узнал его сразу. Это был Джим Кастинг, профессор геофизики университета штата Пенсильвания, специализирующийся на эволюции атмосферы и климата Земли. Вчера, после более чем двухчасовой беседы в шумном баре «Mad Mex», мы договорились встретиться сегодня утром, чтобы подробнее поговорить о его работе. Я беседовал с ним по телефону за несколько минут до приезда в центр, но когда он дважды прошел мимо меня, я, очевидно, показался ему одним из образцов осадочных пород, разложенных в выстроенных вдоль стены прозрачных шкафах.

«Ой, — сказал он, — привет, Ли. — Не заметил тебя сразу. Пойдем ко мне в кабинет».

Возьмите фотографию астронавта NASA — но не типичного участника «лунной гонки», а более поздний типаж эпохи космических челноков — и вы получите представление о внешнем виде Джима Кастинга. В свои пятьдесят восемь он выглядит намного моложе благодаря строгому режиму, плаванию, бегу и поднятию тяжестей. Он классический красавец-мужчина с высоким лбом и атлетическим сложением. Джим с равным успехом способен обсуждать тонкости планетарных углеродных циклов и преимущества заднего привода на спортивных автомобилях. И всегда говорит с математической точностью, эмоции в его голосе слышны редко. Он никогда никуда не спешит, но при этом ухитряется успевать все делать основательно и в срок. Его наиболее «астронавтическое» качество — способность в любых ситуациях сохранять спокойствие, подобное спокойствию мудреца, созерцающего мир с вершины горы.

Своим сходством с астронавтом Кастинг обязан воспитанию — он рассказал мне об этом в университетском баре прошлой ночью под какофонию голосов пьяных студентов. Джим и его брат-близнец Джерри родились в Скенектади через несколько часов после полуночи 2 января 1953 года. Спустя еще несколько лет родилась их младшая сестра Сэнди. Мать долгое время сидела дома, занимаясь воспитанием детей, что, впрочем, не помешало ей впоследствии получить ученую степень по химии и математике и устроиться преподавателем в колледж. Отец был инженером и занимался разработкой реактивных двигателей в компании-субподрядчике General Electric. Семья редко долго оставалась на одном месте — за контрактом в Скенектади последовал контракт в Цинциннати, а затем они снова вернулись в Скенектади и прожили там до 1963 года, после чего переехали в Хантсвилл, штат Алабама, где оставались в течение следующих семи лет. Этот последний контракт радикально отличался от предыдущих — их отцу предстояло работать над двигателем для третьей ступени космической ракеты «Сатурн».

В 1960-х годах Хантсвилл был главным городом космической эры. Именно в нем были разработаны двигатели для первых баллистических ракет, для вывода спутников и для запуска первых астронавтов, а большинство семей, проживавших в Хантсвилле, прямо или косвенно кормились со стола космической программы. Ужиная в ресторане, за соседним столиком можно было встретить Вернера фон Брауна, главного архитектора программы «Аполлон», сурово терзающего свой стейк, а вернувшись домой, увидеть его в вечерних новостях, рассуждающего о перспективах космических полетов. Встречая утром на улицах города вереницу черных лимузинов, Джим и Джерри знали, что в город на встречу с фон Брауном прибыли очередные шишки из Вашингтона. Америка собиралась на Луну, и, казалось, мир находился на пороге новой революционной эпохи. Но мальчики не догадывались о действительных масштабах работы отца, пока Хантсвилл не начали регулярно сотрясать небольшие рукотворные землетрясения — это проходили стендовые испытания маршевых двигателей «Сатурна». Каждое огневое испытание начиналось с нарастающего низкого гула, заставлявшего дрожать магнолии в саду. Гул быстро нарастал, переходя в оглушительный рев, прокатывавшийся через весь город. От рева лопались оконные стекла, и в небо поднимались стаи ошалевших птиц. Джим мечтал, что когда-нибудь он тоже будет работать в NASA, если не астронавтом, то, может быть, ученым. Рев ракетных двигателей символизировал звонок гигантского будильника, сигнализирующего человечеству, что ему пора выбираться из своей колыбели.

Кастинг начал серьезно изучать математику и естественные науки еще в школе и перечитал всю научную фантастику, которую только смог достать. Его любимым произведением был цикл «Основание» Айзека Азимова — эпопея о взлете и падении Галактической Империи. Часть книг этого цикла повествует о планете Трантор, бывшей столицей империи. Для того чтобы обеспечить проживание на Транторе сорока миллиардов человек, ее обитателям пришлось заковать планету в стальной панцирь, полностью уничтожив ее естественную биосферу. «Мне нравились книги, в которых излагались грандиозные перспективы возможного будущего человечества, — говорил мне Кастинг. — Ключевая сюжетообразующая идея, проходящая через весь цикл „Основания“, это психоистория — наука о поведении людей в своей массе, делающая возможным предсказание развития человеческого общества в той же степени, в которой возможно предсказание поведения газа или жидкости. Поведение каждой отдельной молекулы непредсказуемо, но их совокупность управляется законами статистической физики, обладающими достаточной предсказательной силой. Точно так же и азимовская цивилизация империи Трантора может быть описана законами психоистории, несмотря на то что они не позволяют предсказать поведение каждого конкретного человека. Я не знаю, насколько идеи Азимова научны, но он заставил меня задуматься над тем, что мы вообще можем предсказать в природе».

Однажды вечером отец Кастинга принес домой с работы небольшой телескоп — 2,5-дюймовый рефрактор, в который можно было увидеть большинство небесных тел, находившихся в пределах досягаемости земных ракет. В ясные темные ночи они рассматривали кольца Сатурна, оранжевый диск Марса и лунные кратеры, где совсем скоро ожидалась высадка астронавтов. Увеличенная окуляром лунная поверхность казалась настолько близкой, что ее можно было коснуться рукой. Скоро интересы Джима вышли за пределы Солнечной системы, и несколько лет спустя, обзаведясь более мощным, 4,25-дюймовым, рефлектором, он начал искать на небе планетарные туманности и соседние галактики. Порой он задумывался, как могла бы выглядеть Земля или другой обитаемый мир с межзвездных расстояний, если бы имелся телескоп, достаточно мощный, чтобы произвести подобные наблюдения.

По окончании средней школы Джим наметил стартовую траекторию, которая, как он надеялся, приведет его на орбиту NASA: сначала поступить в Гарвард, затем защитить диссертацию в области физики атмосферы в университете штата Мичиган и, наконец, найти место постдока в NASA. В 1981 году он достиг своей мечты, получив научно-исследовательскую стипендию Эймсовского исследовательского центра NASA в Маунтин-Вью в Калифорнии.

Спустя некоторое время после дебюта в NASA его навестил отец. К этому времени Джим уже женился на Шерон, и у них родился сын. Отец, улыбаясь и кивая, внимательно выслушал рассказ Джима об исследованиях по моделированию эволюции атмосфер Венеры, Земли и Марса — этой работе он посвящал все свое время и продвинулся дальше, чем кто-либо другой до него, после чего выразил сомнение, что можно поднять семью, предсказывая далекое прошлое и будущее планет, и спросил Джима, когда тот планирует получить реальную работу. На самом деле работа Кастинга уже произвела революцию в планетологии, и NASA «положило на него глаз». Поэтому, когда в 1983 году истек срок действия стипендий, Джим сразу же был нанят исследователем в Эймсовский центр, где проработал до переезда в Пенсильванию в 1988 году. Благодаря работе в NASA, Джим и Шерон не были стеснены в средствах и произвели на свет еще двух сыновей, Патрика и Марка.

Скромный пенн-стейтский офис Кастинга украшал лишь бело-голубой восточный ковер, да несколько пожелтевших астрономических постеров оттеняли спартанский вид полок с книгами, статьями и докладами. Вдоль одной из стен громоздились три огромных шкафа, заполненных тоннами литературы, преимущественно по астробиологии. На противоположной стороне к шлакобетонной стене была привинчена массивная полка, уставленная замусоленными потрепанными томами, на корешках которых еще можно было прочитать названия: «Биохимия глобальных изменений», «Химическая эволюция атмосферы и океанов» и «Основы атмосферного излучения». Завершала интерьер белая доска, покрытая стенографическими пометками, в которых можно было угадать выражение для светимости Солнца, значения парциальных давлений различных атмосферных газов, температуры поверхности, а также несколько слоев дифференциальных уравнений, написанных одно поверх другого маркерами разных цветов.

Книги и уравнения демонстрировали широту подлинных интересов Кастинга, выходящих далеко за пределы нашей собственной маленькой планеты и ее истории, берущих начало в его детских размышлениях под звездным небом во дворе. Джим считается авторитетом в мире исследователей проблемы обитаемости планет, то есть среди ученых, интересующихся тем, как возникают пригодные для жизни планеты, как на таких планетах может появиться и развиться жизнь и как выглядела и развивалась наша Земля в течение большей части своей истории в докембрийское время. Среди прочего, он рассчитал, как долго фотосинтез сможет поддерживать на Земле сложную жизнь (около миллиарда лет), каков минимальный размер астероида для испарения земных океанов при столкновении этого астероида с Землей (около 450 километров) и превратит ли сжигание всего доступного ископаемого топлива земную атмосферу в подобие венерианской за счет парникового эффекта (вопрос по-прежнему открыт, но Кастинг считает, что нет).

Когда мы ужинали минувшим вечером, я предложил Кастингу прогуляться по окрестным пустынным местам, чтобы на особенностях местного ландшафта проиллюстрировать его точку зрения на общую картину Земли как обитаемой системы в ее эволюции на протяжении различных геологических эпох. «В полевых экспедициях я совершенно бесполезен, — пытался возражать Кастинг. — У меня даже нет геологического образования. Я не отличу карбонат от силиката. Я был бы счастлив узнать, чем отличается ледниковая морена от обычного холма». Но, приговорив бокал «Маргариты», он передумал и предложил отвезти меня в государственный парк Блэк Мошеннон — тринадцать квадратных километров леса и водно-болотных угодий, расположенных в двадцати минутах езды к северо-западу от кампуса Пенн-стейт. «Я вряд ли буду полезен, — сказал Кастинг, — но надеюсь на приятную прогулку».

* * *

За каждым сенсационным сообщением об обнаружении очередной планеты за пределами Солнечной системы, на которой возможна жизнь, обычно стоит долгая и кропотливая исследовательская работа. Сначала астрономы определяют массу обнаруженной планеты, затем, если возможно, радиус. После чего на основании массы и радиуса делается оценка плотности планеты, и только потом следует вывод, насколько открытая планета похожа на Землю. Допустим, плотность оказалась близкой к плотности Земли, но этого еще недостаточно, чтобы понять, пригодна ли планета для жизни. Следует определить среднее расстояние планеты от звезды, а также светимость и спектральный класс звезды. Вооружившись этими данными, ученые моделируют природные условия на планете и только после этого делают вывод, что с некоторой долей вероятности можно говорить о том, что на открытой планете может существовать жизнь. Наиболее часто в обоснование вывода приводится ссылка на статью Кастинга «Зоны жизни у звезд главной последовательности», опубликованной в журнале Icarus в 1993 году. В этой статье Кастинг и двое его коллег — Дэн Уитмайр и Рэй Рейнольдс, — используя климатическую модель, разработанную Кастингом, вычислили параметры орбиты землеподобной планеты, необходимые для того, чтобы на поверхности планеты могла существовать жидкая вода. На более близких расстояниях к звезде, чем зона жизни, поверхность планеты слишком горяча, и вода на планете будет существовать лишь в виде пара, заполняя атмосферу и постепенно улетучиваясь в космическое пространство, как это произошло на Венере. На более далеких расстояниях от звезды вода на планете существует преимущественно в виде льда, что мы наблюдаем на Марсе. Но если свежеоткрытая планета оказывается в пределах зоны жизни, ее первооткрыватели тут же связываются с пресс-службой финансирующей их организации и их имена немедленно появляются в вечерних новостях и в New York Times. В 2013 году Кастинг выступил соавтором новой статьи, в которой были представлены более точные расчеты, но они лишь незначительно изменили первоначальные выводы двадцатилетней давности.

Используя столь скудный набор данных при определении размеров зоны жизни для экзопланет, мы неизбежно наталкиваемся на трудности, связанные с необходимостью делать те или иные предположения, восполняющие недостаточность наших знаний. Это оказывается возможным лишь потому, что мы уверены, что законы природы одинаковы во всей наблюдаемой Вселенной, как для Солнечной системы, так и для далеких звезд. Где бы во Вселенной свет, излучаемый звездой, ни падал на поверхность планеты, он приносит определенное количество лучистой энергии, которое зависит от состава атмосферы планеты и от длины волны падающего излучения, грубо говоря, от его цвета. В своих, ставших уже каноническими, расчетах 1993 года Кастинг и его коллеги использовали общую базовую модель атмосферы землеподобной планеты, какой она должна была быть по их представлениям сразу же по завершении формирования. Такая атмосфера, по мнению ученых, должна состоять в основном из азота с небольшими примесями углекислого газа и водяного пара. Геологические данные свидетельствуют о том, что именно такой состав имела атмосфера Земли в катархейскую эру, однако относительно атмосфер далеких экзопланет мы можем только строить предположения, до тех пор пока не получим данные об их составе из непосредственных наблюдений.

Прежде чем выбрать один конкретный атмосферный коктейль, Кастинг испробовал множество различных «рецептов», большую часть которых он рассчитал в течение тех семи лет, когда работал в NASA. Все это время Кастинг постоянно совершенствовал свои модели, просчитывая вручную каждый из вариантов взаимодействия излучения с атмосферой и поверхностью. В реальном мире и в моделях Кастинга фотон с определенной длиной волны может рассеяться или поглотиться верхними слоями атмосферы, в то время как фотон с другой длиной волны беспрепятственно достигнет поверхности планеты. Пройдя бóльшую часть пути в атмосфере — как в реальной, так и в виртуальной, — фотон может рассеяться облаком или отразиться от поверхности льда. Или же может быть поглощен парниковым газом или морскими глубинами. Если фотон имеет достаточно большую энергию, скажем, относится к ультрафиолетовой или еще более коротковолновой части спектра, то на пути через атмосферу или достигнув поверхности он способен разбить на части какую-нибудь молекулу. Такой процесс называется фотолизом. Продукты фотолиза, в свою очередь, способны вызывать вторичные эффекты, например поглощать или рассеивать фотоны с другой длиной волны, изменяя таким образом спектр пропускания атмосферы. За годы работы Кастинг накопил огромный фактический и теоретический материал, из которого можно было бы составить целые тома таблиц рассеяния и поглощения электромагнитного излучения, скоростей фотохимических реакций, времени жизни в атмосфере различных газов, выбрасываемых вулканами или источаемыми горными породами. В совокупности все эти факторы очень сложным образом влияют на состав атмосферы и среднюю температуру планеты, определяя климат.

Если просто рассчитать среднюю температуру земной поверхности, исходя из величины падающего на нее потока солнечного излучения и ее отражающей способности, которую астрономы называют альбедо, мы получим −18 °C, что существенно ниже точки замерзания воды. Но если рассчитать среднюю температуру, используя климатическую модель Кастинга, результатом будет +15 °C — именно такую среднюю температуру имеет поверхность Земли в настоящее время. Все дело в том, что климатическая модель Кастинга учитывает влияние на температуру различных парниковых газов, на изучение которых он потратил массу времени. Из всех парниковых газов с наибольшим вниманием следует относиться к водяному пару, потому что в реальности его влияние гораздо сильнее, чем эффект CO2. Водяной пар эффективно поглощает электромагнитное излучение в гораздо более широкой полосе инфракрасной части спектра, чем углекислый газ. Кроме того, его влияние на климат качественно отличается от влияния CO2. Если последний остается в газообразном состоянии во всем диапазоне природных условий на Земле, то количество водяного пара в атмосфере сильно зависит от температуры. При понижении температуры водяной пар в воздухе конденсируется в капли воды и образует облака, проливающиеся на землю дождем или выпадающие в виде снега или града, что приводит к уменьшению создаваемого водяным паром парникового эффекта. При повышении температуры возрастает интенсивность испарения воды с поверхности земли и океанов, что приводит к повышению концентрации водяного пара в атмосфере, усилению парникового эффекта и еще большему повышению температуры. Водяной пар, таким образом, обеспечивает положительную обратную связь, усиливая текущую тенденцию изменения климата. Если CO2 является, выражаясь метафорически, точкой опоры, то водяной пар служит рычагом в механизме изменения климата. Ключевым результатом одной из кастинговских климатических моделей является так называемый термобарический профиль атмосферы — изменение температуры и давления с высотой как функция состава атмосферы, отражательных свойств поверхности и потока падающего на планету излучения звезды. Земная атмосфера, например, отражает до четверти падающего солнечного света и еще четверть поглощает. В результате поверхности нашей планеты достигает только половина падающего на Землю солнечного излучения. Это приводит к тому, что атмосфера оказывается в среднем холоднее, чем поверхность, и прогревается в основном за счет конвекции, как кастрюля с водой на плите. Сильнее всего поверхность Земли нагревается в районе экватора, где солнечный свет падает на нее почти отвесно. Влажные конвективные ячейки, образующиеся у поверхности, поднимаются вверх, расширяясь и охлаждаясь, пока содержащийся в них водяной пар не начнет конденсироваться в капельки воды, образуя облака, которые в конечном итоге проливаются на землю дождем. Атмосферная конвекция позволяет объяснить, почему в тропиках жарче, чем на полюсах, почему воздух, окружающий горные вершины, холодный, несмотря на то, что сами горы нагреваются солнцем сильнее, чем низменности (слой атмосферы над горами тоньше и воздух суше, чем над равнинами, соответственно, поглощение падающего солнечного света атмосферой меньше), и почему грозы чаще всего происходят жарким днем спустя несколько часов после полудня.

График термобарического профиля атмосферы Земли образует небольшое плато, называемое тропопаузой. Тропопауза — это разделительная полоса между теплой, богатой погодными явлениями тропосферой и холодной разреженной стратосферой. Поскольку водяной пар конденсируется при понижении температуры, он оказывается как бы в ловушке под тропопаузой. Пар не может подняться выше, потому что из-за охлаждения он конденсируется в воду и выпадает обратно на поверхность. Этот эффект, получивший название холодной ловушки, чрезвычайно важен для нашей планеты, поскольку он ответствен за удержание воды на Земле. Роль холодной ловушки в гидробалансе Земли стала понятна только в 1980-х годах после ряда работ Кастинга, его коллеги Джеймса Поллака и еще нескольких ученых из NASA. Они заинтересовались, почему Венера, во всех отношениях являющаяся двойником нашей планеты, имеет настолько резко отличающийся от земного климат, несмотря на имеющиеся доказательства того, что на самом раннем этапе своей истории сестра Земли была гостеприимно прохладной и влажной, очень похожей на наш собственный мир.

«Для людей вроде меня самым интересным в отношении Венеры является то, что она находится ближе к Солнцу, чем внутренняя граница зоны жизни, — рассказывал Кастинг во время нашего общения в его кабинете. — Исходя из этого вы, не проводя сложных расчетов, можете предсказать климатические условия для других планет за пределами Солнечной системы — вам не нужно строить сложные модели, чтобы догадаться, что планета, расположенная к своей звезде так же близко, как Венера к Солнцу, скорее всего, окажется непригодной для жизни. То есть, если вы хотите узнать, каковы природные условия на экзопланете, находящейся слишком близко к звезде, просто посмотрите на Венеру».

Опираясь на предыдущие работы других планетологов, в первую очередь, на работы Эндрю Ингерсолла из Калтеха, Кастинг смоделировал, как будет реагировать термобарический профиль атмосферы Земли на повышение интенсивности солнечной радиации, например, если Земля переместится на более близкую к Солнцу орбиту или если Солнце увеличит свою светимость. Он обнаружил, что увеличение интенсивности солнечного излучения всего на 10%, эквивалентное уменьшению большой полуоси земной орбиты до 0,95 астрономической единицы, то есть перемещению планеты всего на 5% ближе к Солнцу, приведет к дополнительному нагреву тропосферы и ее насыщению парами воды, что, в свою очередь, поднимет высоту тропопаузы до 150 километров.

К чему приведет увеличение высоты тропопаузы? Водяной пар сможет подниматься до высоты 150 километров, что превышает высоту озонового слоя, а значит, на этой высоте водяной пар подвергнется действию интенсивного ультрафиолетового излучения, которое будет разбивать молекулы воды на кислород и водород. Будучи очень легким, водород значительно быстрее, чем прочие газы, улетучивается в космическое пространство, откуда он уже никогда не вернется на Землю, чтобы соединиться с кислородом и вновь образовать воду. Таким образом, за время порядка сотен миллионов лет земные океаны попросту выкипят, превратив планету в сухую безжизненную пустыню. Примерно через миллиард лет, задолго до того, как наше Солнце раздуется в красный гигант и физически уничтожит наш мир, его светимость увеличится на те самые критические 10%, и Земля начнет очень быстро терять воду, а вместе с ней и жизнь. Этот механизм, получивший название механизма влажной стратосферы, как сегодня считается, и стал причиной того, что Венера потеряла свои океаны в самом начале истории Солнечной системы, а критическое значение в 0,95 астрономической единицы ставит нашу собственную планету на самый край зоны жизни.

Как только Венера утратила свои океаны, повышение температуры поверхности привело к выделению углекислого газа из коры планеты, который начал заполнять атмосферу. В результате сегодняшняя атмосфера Венеры примерно в 90 раз плотнее, чем атмосфера Земли, и состоит почти из чистого углекислого газа, создающего столь мощный парниковый эффект, что температура на поверхности планеты достаточна, чтобы расплавить свинец. В ходе дальнейших исследований Кастинг и его коллеги изучили влияние содержания CO2 в атмосфере Земли на ее температуру и пришли к выводу, что даже без увеличения светимости Солнца одно только повышение концентрации CO2 способно привести к потере океанов через механизм влажной стратосферы.

Но затем Кастинг к своему удивлению обнаружил, что даже значительное повышение уровня CO2, приводящее к резкому повышению температуры и выделению в атмосферу огромного количества водяного пара, не ведет за собой выкипания океанов, поскольку водяной пар оказывается запертым в тропосфере как в скороварке, сохраняя стратосферу Земли относительно сухой. Для запуска механизма влажной стратосферы содержание CO2 в атмосфере Земли должно стать более чем в двадцать пять раз выше нынешнего — это гораздо больше, чем может быть освобождено путем сжигания всех известных нам запасов ископаемого топлива на планете. Но не будет ли достигнута такая концентрация, если мы сожжем в дополнение к обычным и все нетрадиционные источники углерода и углеводородов, такие как Марцелловское месторождение сланцевого газа? К счастью, нет. В то время как человечество легко может ввергнуть планету в новую геологическую эпоху, которая приведет к вымиранию как человека, так и большинства современных видов, расчеты Кастинга показывают, что запуск механизма влажной стратосферы путем сжигания ископаемого топлива лежит за пределами возможностей современной технической цивилизации.

Однако в моделях Кастинга присутствует существенная неопределенность, из-за которой мы не можем полностью отрицать возможность техногенного запуска механизма влажной стратосферы. Помимо CO2 в атмосфере присутствуют и другие парниковые газы. Роль водяного пара в формировании климата Земли до сих пор точно не оценена, и он может вносить существенно больший вклад, чем это заложено в модели Кастинга. К тому же никто точно не знает количества ископаемого топлива, запертого внутри Земли, и сколько еще углерода мы сожжем в будущем, если энергопотребление человечества будет расти нынешними темпами. А самое главное, никто до конца не понимает, насколько сильно изменения температуры и давления влияют на поглощение парами воды инфракрасного излучения земной поверхности. Нигде этот вопрос не встает с большей очевидностью, чем при рассмотрении проблемы облаков.

Для обычных людей облака — это симпатичные клочки ваты, плавающие в голубом небе, или зловещие темные башни, предвещающие ухудшение погоды. Для климатологов, подобных Кастингу, облака — это необычайно изменчивый конгломерат воздуха, водяного пара и капель воды, напоминающий в своей дьявольской сложности живое существо. В зависимости от мощности, высоты и сложности структуры облачный слой может либо нагревать, либо охлаждать планету. Одеяло из плотных, низких облаков способно отражать значительную часть падающего на него снаружи солнечного света, приводя к понижению температуры находящейся под ним поверхности.

Но поместите поверх плотного облачного слоя тонкий слой полупрозрачных облаков, и бóльшая часть эффекта охлаждения будет нивелирована, поскольку полупрозрачный верхний слой теперь позволяет солнечному свету свободно проходить вниз, но излучаемый обратно инфракрасный свет будет пойман в ловушку между двумя облачными слоями. Никто не пытается спорить с тем, что чем сильнее нагревается поверхность Земли, тем больше водяного пара оказывается в атмосфере, и тем более мощные облака образуются при конденсации этого водяного пара, и тем сильнее они отражают солнечный свет, противодействуя разогреванию планеты. Но относительно того, где конкретно эти облака будут формироваться, как долго они будут существовать и какова величина эффекта этой обратной связи, общего мнения до сих пор нет. Рьяные отрицатели глобального потепления и охотники за пригодными для жизни экзопланетами нашли общего союзника в виде облаков, состоящих из воды, которые, по крайней мере в теории, способны спасти планету от прогрессирующего потепления, вызванного парниковыми газами или увеличением мощности падающего на планету излучения звезды. На больших расстояниях от звезды планета будет обладать более холодной атмосферой, и углекислый газ начнет конденсироваться в сухой лед, из которого в атмосфере будут формироваться облака, укутывающие планету теплоизолирующим одеялом и создающие на поверхности условия для существования жидкой воды. В 1993 году Кастинг оценил радиус внешней границы зоны жизни в 1,67 астрономической единицы, что несколько больше большой полуоси орбиты Марса, но из-за неопределенности, связанной с облаками из твердой углекислоты, эта граница может находиться еще дальше.

Существуют два различных метода численного моделирования облаков. Один способ состоит в построении максимально точной и детализированной трехмерной модели. Этот подход требует огромного объема спутниковых данных, а также современных суперкомпьютеров и несет в себе риск перепутать причину и следствие из-за обилия переменных и связей между различными параметрами. Другая стратегия заключается в максимальном упрощении модели облака, уменьшении размерности модели и чревата опасностью потери важных особенностей поведения облаков, обусловленных сложными взаимодействиями, не учтенными в модели. Кастинг предпочитает простоту. Его модели одномерны, они аппроксимируют атмосферу планеты одним линейным параметром. В чем-то это похоже на измерение средней температуры и солености океана путем отбора проб морской воды через очень длинную соломинку, опускаемую с поверхности до самого дна.

«Хотя одномерная модель выглядит простой, облака в ней получаются весьма разнообразными. Вы можете получить любой метеорологический эффект, играя с параметрами модели. Базовым вариантом одномерной модели является безоблачное небо, — рассказал Кастинг, — я беру его в качестве отправной точки, а затем начинаю изменять параметры, например альбедо поверхности, до тех пор, пока не получаю требуемое распределение температуры по высоте, соответствующее, скажем, земной или марсианской атмосфере. Многие критикуют мою модель за то, что она, по их мнению, слишком проста для описания такого сложного явления, как облака, но моя задача как раз и состоит в том, чтобы свести к минимуму любые обратные связи, которые влияют на изменение температуры планеты. Чтобы моделировать более комплексные явления, вы должны использовать трехмерную модель, которая несоизмеримо сложнее одномерной, но и в ней остается очень большая неопределенность в выборе параметров, и даже специалисты, съевшие собаку на трехмерном моделировании, не знают, как это корректно сделать».

Благодаря своей простоте одномерная модель намного быстрее, чем любой трехмерный вариант. Например, расчет одной конфигурации трехмерной модели может занять неделю на очень дорогом вычислительном кластере — и все это только ради того, чтобы прийти к выводу, что удвоение концентрации углекислого газа в атмосфере приведет к увеличению средней температуры на величину от 2 до 5 градусов Цельсия. «В то же время одномерная климатическая модель Кастинга требует для расчета менее одной минуты на персональном компьютере и дает ответ 2,5 °C, — похвастался Кастинг, — поэтому в течение недели, за которую кластер обсчитывает одну итерацию трехмерной модели, я могу перебрать широкий спектр начальных условий и гораздо глубже понять взаимосвязь этих условий друг с другом».


Чем больше мы говорили, тем яснее становилось, насколько важны работы Кастинга для активизировавшихся в последнее время поисков экзопланет-близнецов нашей Земли. Бóльшая часть первых восторженных работ была посвящена планетной системе красного карлика Глизе 581, около 20 световых лет от Земли. Первой рассматривалась Глизе 581c — суперземля, расположенная вблизи внутренней границы зоны жизни. В 2007 году считалось, что природные условия на этой планете могут быть относительно мягкими, но простые вычисления, выполненные Кастингом и другими исследователями, показали, что планета должна получать от своей звезды на 30 процентов больше лучистой энергии, чем Венера. Затем внимание ученых переключилось на другую планету этой системы — суперземлю Глизе 581d, которая обращается на внешней границе зоны жизни. И тут Кастинг разочаровал оптимистов, показав, что этот мир получает от своей звезды на 10 процентов меньше энергии, чем Марс от Солнца. Кроме того, оба компонента — c и d — являются весьма массивными, каждый более чем в пять раз тяжелее Земли, так что они вполне могут быть «усохшими» нептунами, окутанными мощной атмосферой, а не каменными суперземлями. Затем в 2010 году пришло сообщение об открытии еще одной планеты в этой системе — Глизе 581g, получившей имя Зармина, находящейся в середине зоны жизни и имеющей массу примерно в три раза большую, чем у Земли. Это открытие привлекло внимание Кастинга, пока другие астрономы спорили о существовании самой планеты1.

За несколько месяцев до нашей встречи европейская команда исследователей объявила об открытии другой потенциально пригодной для жизни суперземли HD 85512b. Кастинг считал, что эпитет «потенциально» был слишком оптимистичным — планета по расчетам оказывалась весьма горячей, она получала от звезды лишь немного меньше энергии, чем Венера от Солнца. «Они решили, что тонны облаков могут достаточно эффективно отражать падающий на планету свет, делая температуру ее поверхности комфортной для существования жизни, — отметил Кастинг, ссылаясь на сообщение европейской команды, — но разве облачный покров Венеры спас ее от перегрева?»

Новости об обнаружении потенциально пригодных для жизни планет вскоре стали обычным делом. Каждое такое открытие проходило стандартный цикл: за сообщением в рецензируемом журнале следовала шумиха, поднятая журналистами, потом несколько месяцев уточнений параметров орбиты, массы и радиуса планеты, сопровождаемых потоком безудержных спекуляций о возможных природных условиях нового мира. Все это смешивалось в ужасный коктейль из реальных фактов и безумных гипотез, порождаемых дилетантами. Журналисты и блогеры начинали обсуждать, когда NASA собирается отправить к новооткрытой планете исследовательский зонд, а лучше — сразу команду колонистов, не прибыли ли к нам оттуда строители египетских пирамид, а возможно, и завезли на Землю крупный рогатый скот, не они ли летают над нами в блюдцах и похищают людей, а может быть, сам Иисус Христос был одним из них...

Видя, как каждый раз после открытия очередной экзопланеты разыгрывается один и тот же сценарий, Кастинг и его коллеги чувствовали себя прорицателями, гадающими на кофейной гуще, стеблях тысячелистника и куриных потрохах, пытаясь установить природные условия на ее поверхности. Один исследователь однажды с болью и раздражением сказал мне, что, зная только массу и радиус планеты и большую полуось ее орбиты, узнать фактическую температуру ее поверхности можно с равной степенью достоверности, как из модельных расчетов, так и из раздела гороскопов в вечерней газете.

Кастинг выразился менее резко, но столь же пренебрежительно: «Ни одно из этих объявлений об обнаружении планет в зоне жизни само по себе не является грандиозной новостью, — сказал он мне с горечью. — Подобные заявления не несут никакой существенной информации. Все это будет оставаться спекуляциями, пока мы не сумеем заглянуть в один из этих миров, чтобы узнать, является ли он на самом деле обитаемым, или хотя бы получить какие-либо свидетельства существования жизни в этом мире. И когда мы сделаем это — вот тогда начнется настоящая революция».

Для достижения этой цели Кастинг на протяжении двух последних десятилетий посвящал все свое время и усилия решению двух взаимосвязанных задач: как определить, является земноподобная планета живым миром или мертвой каменной пустыней, опираясь только на исследования отраженного атмосферой планеты света ее звезды, и как создать космический телескоп, позволяющий проводить подобные наблюдения. Он принимал участие в работе множества комитетов, групп и исследовательских проектов NASA, Национального научного фонда и Национальной академии наук США. Он переработал горы докладов с целью выработать наблюдательные критерии, к которым в конечном итоге должны стремиться армии инженеров и проектировщиков, и не будет преувеличением сказать, что почти каждый окончательный документ по этому вопросу содержит его имя в числе соавторов. Проект, который родился в ходе этой работы, получил название «Детектор планет земного типа» (Terrestrial Planet Finders, TPF).

В последние годы минувшего тысячелетия, по мере того как количество обнаруженных экзопланет росло как на дрожжах, трещавший по всем швам американский бюджет тем не менее щедро финансировал всевозможные космические исследования. Казалось, ничто не в состоянии помешать дальнейшему развитию этой области, и необходимые для сбора данных телескопы появятся в ближайшее десятилетие. Однако серия катастроф если и не поставила крест на этом проекте, то сильно его затормозила. Теракты 11 сентября, последовавшие за ними разорительные войны, рост госдолга США, обвал рынка недвижимости и начавшаяся вслед за этим Великая рецессия сыграли не ключевую, но значительную роль в неудаче TPF.

«Это одна из немногих вещей, которая меня по-настоящему расстраивает, потому что я надеялся, что в моей научной карьере обязательно должно состояться что-то вроде проекта TPF, — признался Кастинг на половине бокала „маргариты“ минувшим вечером. — Я уже не надеюсь, что смогу принять в нем участие. Теперь я хочу надеяться хотя бы на то, что доживу до реализации этого проекта».

Рассказывая о поиске экзопланет, пригодных для жизни, Кастинг иногда ударяется в патетику. Он «ляжет костьми», чтобы проекты NASA, подобные «Кеплеру», продолжались настолько долго, насколько это необходимо, чтобы обнаружить земноподобную планету в зоне обитаемости, и будет «биться до конца» за постройку больших космических телескопов для поиска признаков внеземной жизни. «Деньги, необходимые для TPF, — воскликнул он, — это огромные деньги для астрономических исследований, но это ничтожные суммы по национальным и международным меркам: что такое пять или десять миллиардов долларов за возможность узнать, одиноки ли люди во Вселенной! Правительство тратит такие суммы за несколько недель войны на Ближнем Востоке, это меньше, чем американцы тратят за год на содержание домашних животных. Но финансирование астрономических исследований было урезано NASA, а финансирование NASA, в свою очередь, урезано бездарным Конгрессом. Нельзя сказать, что сами астрономы были безупречны, — Кастинг с презрением отзывался о старшем поколении ученых, прозевавших экзопланетный бум. — Они занимались своими космологическими построениями, в то время как молодые открывали новые миры, и вместо того чтобы оставить свои имена на здании астрономической науки, многие из них заслужили, фигурально выражаясь, лишь могильные плиты с инвентарными номерами».

Для Кастинга поиск обитаемых экзопланет — если и не дело, за которое стоит умереть, то по крайней мере — задача, решению которой не жалко посвятить остаток жизни. Именно с этой целью он предпринимает все возможное, чтобы этот остаток имел как можно большую продолжительность. Его утренние тренировки, пробежки, заплывы, поднятие тяжестей направлены лишь на одно: выиграть у смерти как можно больше времени, чтобы отдать его достижению поставленной цели. Он стремится продлить свою жизнь ради обнаружения чужой жизни за пределами Земли.

«Я не люблю об этом говорить, но большинство астрономов, с которыми я разговаривал, не представили никаких доказательств того, что они на самом деле что-то знают об экзопланетах, — заявил он минувшим вечером, когда мы закончили наш ужин. — Пока я занимаюсь этими вопросами, я уверен, что когда мы, наконец, обнаружим подходящего кандидата на роль обитаемого мира, я смогу уверенно определить, действительно ли это та планета, которую мы ищем. Ну а если такое открытие произойдет уже после моей смерти, надеюсь, кто-нибудь сумеет решить эту задачу, основываясь на моих работах». Кастинг «захеджировал» свою ставку на личное долголетие путем тщательного документирования приобретенных им знаний и депонирования их в виде «Инструкции по обнаружению обитаемых планет» (How to Find a Habitable Planet), опубликованной в 2010 году в Princeton University Press.

Потягивая тающий лед со дна теперь уже пустого бокала «маргариты», Кастинг извинился и сказал, что пора возвращаться домой, — уже почти одиннадцать вечера, а ему еще нужно подготовиться к занятиям со студентами, а также сделать презентацию для предстоящей встречи группы Комитета планирования верхнего уровня по анализу программы исследования экзопланет NASA, где он председательствовал и рассматривал это заседание как, возможно, последний шанс направить курс агентства на создание космических телескопов для программы TPF.

Четыре месяца спустя Кастинг отказался от председательского кресла под давлением критиков, заявивших, что любая миссия, подобная TPF, — дело слишком далекого будущего, чтобы всерьез рассматривать ее в настоящее время.


Предложения по поиску химических признаков жизни на других планетах — биомаркеров — впервые появились летом 1965 года в двух публикациях в журнале Nature с интервалом в один месяц. В обеих статьях обсуждался, в первую очередь, поиск жизни на Марсе. Автором первой статьи был Джошуа Ледерберг, нобелевский лауреат по химии, рассуждавший о распространенности внеземных цивилизаций на семинаре Фрэнка Дрейка в Грин-Бэнке четырьмя годами ранее. В этой статье Ледерберг сформулировал несколько основных принципов, среди которых была идея, что жизнь может быть обнаружена по косвенным термодинамическим эффектам, связанным с воздействием биосферы на планету. Любые мыслимые организмы, чтобы существовать и размножаться, должны черпать энергию из окружающей среды и возвращать в нее отходы своей жизнедеятельности. Жизнь на Земле и, предположительно, любая жизнь на химической основе использует для своего метаболизма окислительно-восстановительные реакции, в которых атомы обмениваются электронами. Если атом получает электроны, химики говорят, что он восстанавливается. Если атом теряет электроны — то он окисляется, даже если в реакции не участвует кислород, хотя кислород и является одним из наиболее сильных окислителей. Ледерберг отметил, что метаболические процессы, независимо от их биохимии, должны приводить к сильному нарушению термодинамического равновесия на планете. Биохимические реакции, приводящие к поглощению энергии и консервации ее в биомассе, создадут на планете глобальный химический дисбаланс. Он показал, что для обнаружения жизни следует искать биомаркеры — химически нестабильные соединения, которые не должны сосуществовать в среде с сильным окислителем, фигурально выражаясь, «термодинамическое чудо», наподобие газеты, спокойно лежащей в пылающем костре.

Во второй статье британский ученый Джеймс Лавлок придал строгость общим соображениям Ледерберга, более четко сформулировав основной критерий для констатации наличия жизни. Лавлок предложил изучать нарушения термодинамического равновесия атмосферы планет. В частности, следует искать присутствие в атмосфере планеты соединений, которые не могут долгое время сосуществовать вместе. В качестве примера Лавлок привел одновременное существование в атмосфере Земли кислорода и метана. Если наполнить смесью метана и кислорода герметичную емкость при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении и оставить так на некоторое время, то очень скоро кислород окислит метан, и вместо первоначальных газов в емкости окажутся углекислый газ и вода. Тем не менее в атмосфере Земли, которая содержит около 20% кислорода, метан каким-то чудом сохраняется в концентрации чуть менее двух частей на миллион. Единственным объяснением этого затяжного термодинамического дисбаланса является предположение, что метан в атмосфере постоянно пополняется.

Почти весь метан, поступающий в атмосферу, является продуктом жизнедеятельности древних микроорганизмов, существующих на Земле еще с архейской эры, — анаэробных метаногенов, хотя незначительная часть метана поступает в атмосферу небиологическим путем из гидротермальных источников на океанском дне. Но даже без метана обилие кислорода в атмосфере Земли само по себе является состоянием, очень далеким от равновесного, потому что кислород, будучи сильным окислителем, предпочитает связываться с горными породами и минералами, а не задерживаться в атмосфере в свободном состоянии. Он явно должен иметь источник пополнения. Кислород нашего мира, в первую очередь, производится фотосинтезирующими бактериями и растениями, хотя, как и в случае с метаном, небольшие количества кислорода могут попадать в атмосферу и небиологическим путем, например в результате фотолитического разложения водяного пара солнечным ультрафиолетом. Однако поскольку для кислорода и метана можно найти абиотический путь генерации, существование каждого из них по отдельности нельзя рассматривать в качестве надежного биомаркера. Но если они наблюдаются вместе в атмосфере какой-нибудь планеты, то их присутствие будет не менее убедительным доказательством существования внеземной жизни, чем обнаружение искусственных радиосигналов в программе SETI или приземление летающей тарелки на лужайке перед Белым домом.

«Да, небиологическому механизму непросто создать большие концентрации метана и кислорода в атмосфере планеты, — согласился Кастинг, когда мы начали подъем к парку Блэк Мошеннон. — Обнаружение свидетельств сосуществования этих двух газов в атмосфере планеты, подобной нашей, то есть имеющей твердую, состоящую из горных пород поверхность, океаны жидкой воды, массу, достаточную для удержания внутреннего тепла, и обладающей развитой тектоникой — по крайней мере для меня было бы железобетонным доказательством наличия на этой планете жизни. Люди могут сказать, что это все равно что искать потерянные ключи только под фонарем, но я с ними не согласен. Многие ученые придерживаются мнения, что внеземная жизнь не обязана быть похожей на ту, которую мы знаем, и биомаркеры этой жизни могут оказаться совершенно отличными от того, что мы ищем. Я считаю, что они заблуждаются. Может быть, когда-нибудь я и пожалею о своих словах, но я убежден, что разумно искать только такие биомаркеры, которые соответствуют наблюдаемой нами на Земле жизни, существующей сейчас или существовавшей в прошлом. Если на какой-нибудь планете возникает жизнь, она обязательно должна иметь много общего с известной нам, поэтому я уверен, что она создаст биосферу, которую мы легко идентифицируем спектроскопически. Обмен веществ будет работать точно так же, даже если клетки будут радикально отличаться от существующих на Земле и не будут, например, содержать ДНК и РНК. Как на Земле, так и на любой другой планете, если соединить углекислый газ и водород, получится метан. И на Земле, и на любой другой планете, если расщепить воду, получится кислород и водород. Кислород является сильнейшим окислителем, поэтому естественный отбор приведет в борьбе за источники энергии к кислородному дыханию. Химия и термодинамика везде одна и та же».

Как ни красиво выглядит критерий Лавлока на бумаге, его наибольший недостаток состоит в том, что характерные спектральные особенности кислорода и метана лежат на существенно разных длинах волн. Кислород наиболее эффективно поглощает солнечный свет в ближней инфракрасной области, его наиболее интенсивные полосы поглощения лежат за пределами видимой части спектра. Метан же, будучи очень мощным парниковым газом, наиболее эффективно поглощает излучение на длинах волн, лежащих в дальней, тепловой, инфракрасной области. В астрономии чем больше длина волны источника, тем больший размер зеркала телескопа требуется для его наблюдения. Вот почему радиотелескопы намного крупнее оптических. Это одна из причин, по которым обнаружение кислорода и метана в атмосферах экзопланет может потребовать скоординированной работы, по крайней мере, двух космических телескопов. Один из них может быть меньше и проще, так как в его задачу войдет поиск линий поглощения кислорода в видимой и ближней инфракрасной области, в то время как другой должен быть больше и сложнее, чтобы обнаружить полосы поглощения метана в тепловом инфракрасном диапазоне. Работая совместно, эти телескопы могли бы позволить измерить спектры других газов, составляющих атмосферу планеты, в первую очередь, водяного пара и углекислого газа. Слишком высокое содержание в атмосфере углекислого газа сказало бы нам о том, что наблюдаемый мир чересчур горяч для существования жидкой воды и жизни, в то время как более умеренная концентрация CO2 и присутствие водяного пара будут указывать на возможное наличие на поверхности жидкой воды и на более благоприятную для жизни температуру планеты.

"Проектирование и строительство нескольких крупных космических телескопов займет много времени, — пояснил Кастинг, — в первую очередь, необходим телескоп для ближней инфракрасной области, он позволит определить наличие в атмосфере экзопланеты водяного пара и кислорода. Обнаружение этих газов у планет, попадающих в зону жизни, позволит отобрать их в качестве кандидатов для дальнейших исследований. После этого следует искать в их атмосферах метан и другие газы, имеющие полосы поглощения в дальней инфракрасной области. Обнаружение в атмосфере высокой концентрации метана и кислорода может свидетельствовать о том, что планета находится на той же стадии эволюции, на которой находилась Земля в течение большей части протерозоя. С другой стороны, вы можете обнаружить планету, похожую на Землю в архейскую эру: в ее атмосфере вы не найдете кислорода, но обнаружите много метана и, возможно, некоторые органические соединения. Скептики будут кричать о том, что небиологический механизм способен создать в атмосфере значительные концентрации метана при отсутствии кислорода, а значит, соответствующая планета с высокой степенью вероятности может оказаться мертвым миром с высокой вулканической активностью. Тогда вам придется начать искать другие потенциальные биомаркеры, которые гораздо труднее обнаружить, — окись азота или диметилсульфид. Для любых интересных планет, которые мы могли бы исследовать, этой паре космических телескопов найдутся интересные задачи, но сейчас все упирается в финансирование, точнее, в его отсутствие. Когда его смогут выделить — может, через пятьдесят лет, может, через сто, — кто знает...

Так что наиболее животрепещущий вопрос, — продолжал Кастинг, — как убедить грантораспределителей и правительство выделить деньги на дальнейшее развитие проекта после того, как будут получены первые результаты. Какие именно результаты мы должны получить, чтобы они были признаны убедительными? Несомненно, что рост концентрации кислорода в атмосфере Земли стал наиболее фундаментальным изменением среды нашего обитания, поскольку именно он позволил дальнейшей эволюции произвести нас с вами. Но на других планетах эволюционные процессы могут идти совершенно иными путями, и отсутствие кислорода в атмосфере само по себе не говорит об отсутствии на планете высокоорганизованной жизни«. Кастинг нашел два возможных способа, с помощью которых безжизненные планеты могут маскироваться под обитаемые, богатые кислородом миры. Первый, вероятно, играл важную роль в ранней истории нашей Солнечной системы, когда Венера потеряла всю воду из-за механизма влажной стратосферы. После того как водород из воды улетучился в космос, он должен был оставить в атмосфере большое количество свободного кислорода, который постепенно связывался с углеродом, образуя углекислый газ. Горячая Венера с богатой кислородом атмосферой могла существовать в течение сотни миллионов лет.

Это «ложное срабатывание» не особенно беспокоит Кастинга. Подобная планета должна существовать у внутренней границы зоны жизни, и в ее атмосфере не будет наблюдаться водяного пара. Второй сценарий, придуманный Кастингом, более сложен и требует наличия небольшой холодной планеты у внешней границы зоны жизни. Если масса планеты находится в диапазоне между двумя и тремя массами Марса, этого будет недостаточно для того, чтобы длительное время сохранять внутреннее тепло, обеспечивающее вулканическую и тектоническую активность на таком уровне, при котором скорость эмиссии газов в атмосферу будет превышать скорость рассеяния атмосферы в космическое пространство. Даже небольшое количество водяного пара в такой атмосфере за счет фотолиза будет создавать спектроскопически обнаружимую концентрацию свободного кислорода в верхних слоях этого «супермарса». В отсутствие серьезной вулканической активности этот кислород не будет связываться, и это сможет более чем миллиард лет поддерживать иллюзию присутствия жизни на планете. Интерпретация различных химических соединений в качестве возможных биомаркеров становится еще более неопределенной при исследовании планет, обращающихся вокруг звезд, значительно отличающихся от нашего Солнца, — некоторые красные карлики, к примеру, будучи меньше и холоднее Солнца, имеют значительный ультрафиолетовый избыток (большую долю ультрафиолетового излучения в спектре), способный радикально изменить атмосферные фотохимические процессы на планетах.

Выехав из Стейт Колледжа по трассе U.S. 322, ведущей в Блэк Мошеннон, мы пересекли хребет Болд-Игл — отрог Аппалачей, сложенный из кварцита, песчаника и сланца. Дорога, петляя, протиснулась сквозь хребет, и за ним от нее отделилась трасса 99 — новый прямой участок шоссе, построенный в первой декаде нового тысячелетия. Мы продолжили свой путь по старой трассе 322, и я заметил на одном из окружающих дорогу пологих склонах странное оголенное пятно. Оно не походило на голую скалу или лишенную растительности почву, а скорее напоминало поле, покрытое серым пластиком и огороженное проволочной сеткой. Я указал на пятно и поинтересовался у Кастинга, что это такое.

«Это кислотное озеро, образовавшееся здесь несколько лет назад, — ответил Кастинг. — Когда прокладывали новую дорогу, дробили на щебень песчаник, из которого сложены окрестные горы. Этот песчаник содержит прожилки пирита — „золота дураков“, как его называют. Пирит можно еще назвать „раскисленной“ породой. Он состоит из сульфида железа и, подвергаясь воздействию атмосферного кислорода, распадается на оксиды и сульфаты железа. Когда на них попадает дождевая вода, которая, естественно, содержит угольную кислоту, образующуюся при растворении в воде атмосферного углекислого газа, угольная кислота вступает в реакцию с сульфатами, образуя серную кислоту, которая разъедает щебень и выщелачивает содержащиеся в нем металлы. Кислотные стоки стали образовываться почти сразу после окончания строительства, проникать в грунтовые воды и отравлять окрестные ручьи, богатые форелью. В результате шоссе было сдано с задержкой на четыре года и обошлось в дополнительные десятки миллионов долларов. Пришлось все ломать, вынимать миллионы кубометров щебня и свозить его на этот полигон. Проектировщики и строители могли бы уберечь себя от множества неприятностей, просто уделив немного больше внимания геологии и геохимии».

Если кратко охарактеризовать суть работ Кастинга, то это глубокое переосмысление простых, казалось бы, вещей: взаимодействия воздуха, горных пород, воды и солнечного света, которое привело его к неожиданным и удивительным открытиям. Кастингу понадобилось немало терпения и усердия, чтобы прийти к прозрению, которое сыграло решающую роль в его карьере и вызвало революцию в последующих поисках обитаемых планет. Это случилось с ним в конце 1979 года при защите кандидатской диссертации в университете штата Мичиган, за несколько лет до того, как отец посоветовал ему «получить настоящую работу».

Прорывная идея Кастинга касалась того, как именно Земля ухитрялась сохранять в относительно узком диапазоне комфортную температуру поверхности в течение миллиардов лет, несмотря на то что светимость Солнца неуклонно увеличивалась все это время. В эпоху образования нашей планеты Солнце должно было излучать на 30% меньше света, чем сегодня, — это более чем достаточно, чтобы полностью заморозить земную поверхность на всю первую половину ее истории. И все же ученые нашли многочисленные свидетельства присутствия жидкой воды на Земле на протяжении всего этого времени. Хотя астрофизики изучили механизм, лежащий в основе этой «проблемы тусклости молодого Солнца» еще в 1950-х годах, он не был широко известен планетологам вплоть до 1972 года, когда Карл Саган и его коллега Джордж Маллен опубликовали соответствующую статью. После выхода этой статьи предварительные оценки размеров зон жизни пришлось пересмотреть.

Новые попытки реконструкции ранней истории Земли были предприняты в конце 1970-х годов, когда астрофизик Майкл Харт из Центра космических полетов имени Годдарда NASA смоделировал влияние «тусклого Солнца» на эволюцию атмосферы и климата Земли. Харт обнаружил, что его виртуальная Земля могла выжить и достичь своего современного состояния только при условии массированного насыщения древней атмосферы парниковыми газами. Это не стало сюрпризом. Многие ученые были уверены (и уверены до сих пор), что парниковый эффект сыграл важнейшую роль в предохранении древней Земли от замерзания. Но Харт обнаружил одну очень тревожную вещь: если мы поместим Землю на одну двадцатую расстояния ближе к Солнцу, возросший парниковый эффект быстро приведет к выкипанию океанов. Хуже того, если мы поместим древнюю Землю на одну двадцатую расстояния дальше от Солнца, то после того, как ее атмосфера насытится кислородом, а концентрация парниковых газов, таких как метан, упадет, последующее за этим уменьшение парникового эффекта приведет к тому, что ледники покроют всю поверхность Земли вплоть до экватора. Это в свою очередь приведет к резкому увеличению альбедо Земли — белый лед будет отражать почти весь падающий на Землю солнечный свет. В результате земные океаны промерзнут до дна. Независимо от того, какие уточнения вносил Харт в свою модель, она неизбежно приводила к печальному концу — навсегда замороженной Земле. Поскольку в то время еще не были обнаружены свидетельства существования в истории Земли периодов подобного тотального оледенения, Харт рассматривал полученный им результат как фатальную проблему своей модели. Зона жизни, по Харту, получалась крайне узкой, что снижало оценку распространенности обитаемых миров в Галактике в несколько раз. По оценкам Харта планеты с условиями, подобными земным, встречались в среднем одна на Галактику.

Джеймс Лавлок придерживался диаметрально противоположных взглядов. Он полагал, что Земля благополучно пережила эпоху «тусклого Солнца» благодаря мощной атмосфере, насыщенной парниковыми газами, в первую очередь углекислым газом. Но Лавлок считал, что по мере того, как Солнце разогревалось, фотосинтезирующие организмы связывали излишки углекислого газа, стабилизируя таким образом температуру Земли. С его точки зрения жизнь на Земле выступала в роли регулирующего механизма, бессознательно удерживая Землю в границах зоны жизни, эволюционируя вместе с изменением природных условий и одновременно создавая эти самые природные условия. Обратная связь между биосферой и планетой была настолько сильной, что смогла обеспечить стабильность на протяжении гигантского периода времени. Можно сказать, что живая и неживая материя образовали единый планетарный организм. Харт назвал союз живой и неживой материи на древней Земле словом «Гея», в честь матери-земли из древнегреческой мифологии. В сотрудничестве с американским биологом Линном Маргулисом Лавлок сумел разработать научную теорию этого явления.

Вклад Кастинга в обсуждаемые проблемы берет начало еще из его диссертационных исследований углеродных циклов, игравших значительную роль в эмиссии кислорода в древнюю атмосферу Земли до появления жизни. В частности, Кастинга интересовало, способен ли фотолиз углекислого газа насытить атмосферу кислородом задолго до появления цианобактерий и фотосинтезирующих организмов. Чтобы понять это, необходимо было оценить, как много углекислого газа присутствовало в первичной атмосфере Земли, а затем скормить эти данные одной из его моделирующих программ. Сегодня концентрация углекислого газа в атмосфере в основном регулируется земной биосферой. Растения и микроорганизмы извлекают углерод из содержащегося в воздухе углекислого газа, строят из полученного углерода свои тела, а затем возвращают его обратно в окружающую среду после смерти. Но до возникновения жизни на Земле круговорот углерода обеспечивался неорганическим карбонатно-силикатным циклом, который честно трудился на протяжении миллиардов лет и продолжает работать по сей день. Один из результатов работы такого цикла мы и увидели на примере описанного выше кислотного озера.

Неорганический углеродный цикл начинается с выброса вулканами в атмосферу углекислого газа, который, растворяясь в дождевой воде, выпадает в виде раствора угольной кислоты. Попав на землю, угольная кислота начинает разрушать силикатные горные породы, освобождая богатые углеродом минералы, которые накапливаются в грунтовых водах, ручьях и реках. Первый этап мы наблюдали, пересекая Болд-Игл. Большинство последующих этапов цикла проходят за пространственными и временными границами человеческой жизни. Углеродные соединения вымываются из горных пород и, в конце концов, оседают на дне океанов, преимущественно в виде известняка. Затем тектонические процессы опускают известняковые слои глубоко в мантию Земли, где углерод покидает горные породы в составе углекислого газа. После этого углекислый газ выбрасывается на поверхность вулканами, и цикл повторяется. Работая над диссертацией, Кастинг попытался сделать несколько различных оценок начальных условий абиотического карбонатно-силикатного цикла и рассчитать соответствующие модели. На основании этих расчетов он пришел к выводу, что фотолиз углекислого газа способен привести к образованию лишь тонкого стратосферного озонового слоя и недостаточен для насыщения атмосферы сколько-нибудь заметным количеством кислорода.

Диссертационные исследования Кастинга имели много общего с идеями Джеймса Уокера — видного специалиста по физике атмосферы из университета Мичигана, взявшего молодого ученого под свое крыло. Уокер возглавлял диссертационный совет, рассматривавший работу Кастинга. После успешной защиты диссертации новоиспеченный доктор Кастинг сидел на банкете в окружении своих бывших оппонентов и экзаменаторов, когда Джеймс Уокер и другой атмосферщик, Пол Хейс, затеяли спор о результатах работы Харта и о возможных решениях проблемы тотального обледенения молодой Земли. Теория Лавлока выглядит привлекательной, но она приводит нас к досадному замкнутому кругу: гипотеза Геи предполагает, что для того, чтобы планета была обитаемой, она должна быть обитаемой. «Возможно, — предположил Уокер, — существуют какие-либо небиологические механизмы, позволяющие планете выйти из состояния вечного обледенения. Например, вымораживание воды из атмосферы могло бы увеличить ее прозрачность и позволить большему количеству солнечного света достичь поверхности и растопить ледники. Или благодаря вулканической деятельности поверхность ледника через какое-то время покроется слоем вулканического пепла, что уменьшит ее отражательную способность. Но все эти объяснения следует признать неудовлетворительными, потому что они делают выход планеты из вечного ледникового периода делом случая, а не закономерностью».

Все детали неорганического карбонатно-силикатного цикла еще не успели выветриться из головы Кастинга после защиты диссертации, и он, подумав немного, высказал простую мысль: «Даже если Земля полностью покрыта ледником, ее недра по-прежнему остаются горячими и вулканы по-прежнему выбрасывают в атмосферу углекислый газ, — запинаясь, начал он. — Но теперь этот углекислый газ не может взаимодействовать с силикатными породами, ведь океаны промерзли до дна, и в воздухе практически нет водяных паров... Тогда куда будет деваться углекислый газ из атмосферы? Почему бы ему не продолжать накапливаться в атмосфере до тех пор, пока создаваемый им парниковый эффект не растопит ледники? Возможно, это решение». За все оставшееся время банкета ни Уокер, ни Хейс не смогли найти веских возражений против предложения Кастинга. На следующий день Кастинг покинул Мичиган и отправился в Колорадо, чтобы занять должность постдока в Центре исследования атмосферы в Боулдере.

Миновав Болд-Игл, трасса 322 привела нас в соседнюю долину, где мы свернули с нее на северо-восток по направлению к Филипсбургу. Через восемь километров лесов и полей, мелькавших за окном, Кастинг жестом показал, что необходимо свернуть налево. Когда мы поднимались наверх, петляя по ужасной дороге между поросших дубами холмов, Кастинг, сидевший рядом со мной на пассажирском сиденье, усмехнулся и сказал: «Возможно, это была лучшая идея, которую я когда-либо высказывал в своей жизни, но тогда мои мысли все еще занимала проблема абиотической генерации атмосферного кислорода». Спустя десять месяцев после защиты, работая в Боулдере, Кастинг получил увесистую почтовую посылку. Внутри оказался толстый манускрипт, озаглавленный «Механизм отрицательной обратной связи в вековой стабилизации температуры Земли». Фамилия Кастинга присутствовала в числе соавторов наряду с фамилиями Уокера и Хейса.

«Уокер разработал всю теорию, — вспоминал Кастинг. — Хейс, я думаю, помог ему с математикой. Уокер собрал всю имеющуюся информацию о скорости выветривания силикатных пород, главным образом лабораторные данные, и довольно убедительно продемонстрировал, что скорость выветривания зависит от температуры и интенсивности осадков. На основе этих данных он вывел выражение для скорости выветривания как функции парциального давления CO2 и температуры планеты».

Я попросил Кастинга пересказать мне снова, на сей раз простым английским языком, о чем шла речь в этой работе.

«Все очень просто, — ответил он, — смысл в том, что, когда температура Земли поднимается, скорость испарения воды из океанов и с поверхности суши увеличивается. Это приводит к насыщению атмосферы водяным паром, который, взаимодействуя с углекислым газом, образует угольную кислоту, выпадающую на землю с осадками, интенсивность которых тоже возрастает. Это приводит к увеличению скорости выветривания кремниевых пород, которые связывают углекислый газ, что ведет к уменьшению парникового эффекта и охлаждению Земли. Если температура понижается достаточно сильно, наступает оледенение, темп связывания углекислого газа уменьшается, и его концентрация в атмосфере начинает расти, увеличивая парниковый эффект, что через десяток-другой миллионов лет приводит к повышению температуры и таянию ледников». Голос Кастинга звучал все громче, а своей жестикуляцией он напоминал дирижера, управляющего оркестром, исполняющим в его голове симфонию во славу карбонатно-силикатного цикла.

«Что мы показали, что показал Уокер — карбонатно-силикатный цикл, он как гигантский термостат, который за счет отрицательной обратной связи удерживает температуру землеподобных планет, не давая ей выходить за критические для существования жизни пределы. Ключевым моментом этой работы было открытие абиотического механизма — альтернативы лавлоковской гипотезы Геи. Существование такого механизма радикально расширяло зоны жизни. Без него планеты, пригодные для жизни, были бы крайне редки, а с ним такие планеты становились весьма заурядным явлением».

После публикации статьи в 1981 году в «Журнале геофизических исследований» (Journal of Geophysical Research) основные выводы, сделанные в ней, быстро завоевали признание среди ошеломленных планетологов во всем мире. Другая тройка ученых — Роберт Бернер, Антонио Ласага и Роберт Гаррельс — независимо подтвердили выводы статьи. Их более детальное исследование карбонатно-силикатного цикла основывалось на изучении минеральных солей, растворенных в водах рек по всему миру. Новые данные показали, что реки, протекающие вблизи теплого экватора, содержат больше растворенных карбонатов, чем реки, текущие в холодных высоких широтах в пропорции, хорошо согласующейся с уравнением зависимости скорости выветривания от температуры, выведенном Уокером.

В 1990-х годах геологи обнаружили периоды «Земли-снежка», имевшие место в протерозойскую эру, из которых Земля выходила благодаря стабилизирующему действию карбонатно-силикатного цикла. В земной коре, сформировавшейся вблизи экватора миллиарды лет назад, они нашли слои перемолотого камня, истолченного в щебень ледником. В экваториальном океаническом ложе были найдены дропстоуны — эрратические валуны или галька, выпавшие изо льда и образовавшие тонкослоистые осадки на дне океана. Ледниковый перенос — одно из наиболее правдоподобных объяснений протерозойских дропстоунов, поскольку в протерозойскую эру на Земле обитали лишь простейшие органические существа, неспособные подобно птицам или другим животным проглатывать мелкие камни и переносить их таким образом далеко от берега. Пробурившись через древние ледниковые отложения, геологи обнаружили неоспоримые доказательства справедливости предположения Кастинга о карбонатно-силикатном термостатическом механизме: в стометровом слое ледниковых отложений обнаружились промежуточные слои продуктов жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов, свидетельствующие о том, что ледник, достигавший экватора, неоднократно таял, вновь отступая к полюсам.

Задним числом механизм, открытый Уокером, Хейсом и Кастингом, кажется простым и очевидным. Неожиданно различные судьбы Венеры, Земли и Марса получили простое и логичное объяснение. Все три планеты начали свою эволюцию с одинаковых начальных условий: умеренной температуры и наличия на поверхности жидкой воды, но только Земля сумела сохранить свой карбонатно-силикатный термостат. Венера утратила свой термостат, когда потеряла воду, поскольку вода является необходимым звеном для возвращения углекислого газа из атмосферы обратно на поверхность. Марс потерял свой термостат не потому, что сформировался слишком далеко от Солнца, а потому что был слишком маленьким. Он быстро исчерпал резервы внутреннего тепла и не смог поддерживать на должном уровне вулканическую активность, в результате которой в атмосферу выбрасывается углекислый газ. После этого неподкачиваемая вулканами атмосфера из-за малой массы планеты быстро улетучилась в космос. Марсианская вода, когда-то образовывавшая целые моря и реки, частично испарилась, а частично замерзла. Будь Марс немного больше, возможно, сегодня он был бы обитаем.


* * *

Воздух в тени гигантских дубов и черемухи был влажным и холодным, и лишь редкие солнечные зайчики пробивались сквозь густую листву. Растянутое в длину озеро Блэк Мошеннон изгибалось синусоидой среди торфяного болота, поросшего сфагнумом, вечнозеленой осокой, камышами, травой и болотным миртом. Из-за обилия торфа вода в озере имела цвет густо заваренного чая. Кругом не было ни души. Мы припарковались напротив небольшого рукотворного пляжа и вышли под безоблачное голубое небо. Кастинг пошутил, что погода идеально соответствует начальным параметрам его основной одномерной модели. «В прошлое воскресенье здесь было полно народа, — сказал он, оглянувшись на край леса, пылавшего осенним золотом и багрянцем. — Через пару дней наступит пик буйства осенних цветов, а через неделю листья уже начнут опадать».

До открытия карбонатно-силикатного термостата астрономы считали, что конец истории нашей планеты наступит примерно через пять миллиардов лет, когда Солнце, исчерпав свое водородное термоядерное горючее, перестанет быть звездой главной последовательности и раздуется в красный гигант, который превратит Землю в горстку пепла. Планетологи возражали им, что задолго до этого момента планета превратится в безжизненную пустыню, поскольку через один или два миллиарда лет из-за увеличения светимости Солнца на Земле выкипят океаны и температура ее поверхности повысится до неприемлемого для существования жизни уровня. Наличие карбонатно-силикатного термостата приводит к более быстрой кончине земной биосферы. По мере того как внутренности планеты будут остывать, вулканическая активность начнет слабеть, что приведет к уменьшению скорости возврата в атмосферу углекислого газа. Одновременно с этим из-за увеличения светимости Солнца будет медленно повышаться температура земной поверхности, что приведет к насыщению атмосферы все большим количеством водяного пара, который будет осаждать все большее количество углекислого газа. В конце концов, концентрация углекислого газа упадет ниже необходимой для существования фотосинтезирующих организмов. Вымирание растений не только разорвет пищевую цепочку, но и приведет к прекращению поступления в атмосферу кислорода, что приведет к вымиранию животных. Уокер понял это одним из первых, написав в последнем предложении своей статьи в 1981 году, что «земная жизнь должна будет приспособиться к постепенному сокращению концентрации углекислого газа в атмосфере, равно как и к постепенному повышению температуры поверхности Земли».

В 1982 году Джеймс Лавлок и Майкл Уитфилд разработали модель карбонатно-силикатного термостата, чтобы определить, как долго еще сможет просуществовать земная биосфера. Результат их расчета, опубликованный в журнале Nature, говорил о том, что судный день наступит через какую-то сотню миллионов лет — очень небольшой промежуток времени по сравнению с уже прошедшими четырьмя с половиной миллиардами лет земной истории. В масштабе человеческой жизни это как если бы вы объявили сорокапятилетней женщине, что ей осталось жить всего один год. Астрономы, планетологи и геологи были шокированы этим выводом, но для широкой общественности он остался пустым звуком — для далекого от науки человека сто миллионов лет это все равно, что вечность. Спустя десятилетие ученые снова вернулись к вопросу о надвигающемся конце света. В 1992 году Кастинг и его постдок Кен Калдерия учли несколько нюансов и дали земной биосфере небольшую отсрочку.

«Растения не только производят кислород, но и поглощают его. Это необходимо для связывания углерода в их биомассе, — объяснял Кастинг, пока мы шли вдоль берега озера. — Девяносто пять процентов всех видов растений на Земле, все деревья, большинство зерновых культур, почти все они содержат в механизме фотосинтеза стадию, называемую C3-фотосинтезом, или циклом Кальвина. На первом этапе этого цикла образуется цепочка из трех атомов углерода. Если концентрация углекислого газа в атмосфере будет меньше, чем 150 частей на миллион, организмы, использующие цикл Кальвина, будут сжигать углерод быстрее, чем забирать его из воздуха, что приведет к смерти растения. В модели Лавлока и Уитфилда концентрация углекислого газа в атмосфере падает до 150 частей на миллион в течение ста миллионов лет. Кен, используя мою климатическую модель, учел дополнительную эмиссию CO2 в атмосферу, происходящую из-за разложения растительных остатков в почве. В результате момент достижения критической концентрации углекислого газа в атмосфере отодвинулся в будущее на пятьсот миллионов лет». Кастинг спустился к озеру и выдернул из мокрого торфа несколько зеленых лезвий осоки. «Лавлок и Уитфилд также не учли растения, использующие C4-фотосинтез. К таким растениям относится большинство трав, а также кукуруза и сахарный тростник. Они могут существовать при очень низких концентрациях углекислого газа — вплоть до десяти частей на миллион. Согласно нашей модели, концентрация углекислого газа упадет до десяти частей на миллион только через 900 миллионов лет. Таким образом, даже если все деревья вымрут через 500 миллионов лет, то еще 400 миллионов лет Земля останется покрыта травой и кукурузой. Бóльшая часть растений, которые вы видите вокруг этого озера, использует C4-фотосинтез, это позднейшее эволюционное приспособление, возможно, связанное со снижением концентрации углекислоты, что говорит о том, что эволюция гораздо умнее, чем можно было бы подумать. Но рано или поздно концентрация углекислого газа в атмосфере упадет ниже десяти частей на миллион, роль углекислого газа в парниковом эффекте станет ничтожной, и на первый план выйдет положительная обратная связь, обусловленная водяным паром. Атмосфера начнет разогреваться, водяной пар будет проникать во все более высокие слои атмосферы, пока стратосфера не станет настолько влажной, что вода начнет улетучиваться из верхних слоев стратосферы в космическое пространство. Весь углекислый газ свяжется горными породами, а дальнейшее повышение температуры изжарит остатки биосферы. Я не хочу сказать, что наш результат окончательный и обжалованию не подлежит, лишь отмечу, что мы учли большее количество факторов и увеличили срок, отпущенный существованию жизни на Земле, со ста миллионов до одного миллиарда лет».

«Можно сказать, что биосфера Земли вступила в пору своей осени?» — спросил я.

«Я бы сказал, что для земной жизни сейчас, скорее, лето, поскольку множество микроорганизмов способны жить при температурах и 80, и 100 градусов Цельсия, а именно до таких температур нагреется Земля, после того как потеряет воду. К тому же анаэробные микроорганизмы еще долгое время после этого смогут существовать под поверхностью Земли», — деловито ответил Кастинг. «Хорошо, кроткие наследуют Землю, а что будет с крупными представителями животного мира, такими как мы?» «Да, для крупной фауны сейчас, возможно, как раз осень. Принято считать, что крупная фауна способна существовать, только пока работает C3-фотосинтез. Когда он прекратится, у нас начнутся большие проблемы. Таким образом, получается, что с момента кембрийского взрыва прошло 500 миллионов лет и еще 500 миллионов лет нам отпущено до прекращения C3-фотосинтеза. Ну, возможно, мы протянем еще какое-то время на C4-фотосинтезирующих растениях, так что в целом выходит, что для сложной животной жизни на Земле отпущен срок от одного до полутора миллиардов лет».

Кастинг перестал прохаживаться взад и вперед и остановился в молчании, нервно теребя травинку между пальцами. "Хочу заметить, что проблема, о которой я только что рассказал, это лишь один из сомножителей уравнения Дрейка — отношение времени существования сложной жизни на планете к общему времени существования планеты. Обратите внимание, что нашей планете понадобилась почти половина отпущенного ей срока для создания сложной жизни. Разумная жизнь появилась на Земле только сейчас, когда прошло четыре с половиной из десяти миллиардов лет, которые звезды, подобные нашему Солнцу, проводят на главной последовательности. А на дальнейшее существование разумной жизни отведено всего полмиллиарда лет. Это убедительная причина считать явления, подобные нам с вами, достаточно редкими.

Меня называют противником Лавлока с его гипотезой Геи, потому что мне удалось найти небиологический механизм стабилизации климата, но я скорее критик Лавлока, чем противник. Ведь очевидно, что жизнь изменяет окружающую среду и способна оказывать на климат не меньшее влияние, чем небиологические механизмы. Также очевидно, что жизнь способна вывести климатическую машину из равновесия. Например, появление фотосинтезирующих организмов привело к насыщению атмосферы Земли кислородом, что повлекло за собой глобальное оледенение. Это не механизм Геи, потому что Гея должна была бы стабилизировать климат, а не раскачивать его. Но впоследствии насыщение атмосферы кислородом привело к появлению нас. Возможно, было бы ошибкой утверждать, что природные феномены имеют какую-то цель, но можно условно считать, что цель Геи — эволюция, ведущая к возникновению высокоорганизованных форм жизни, например людей, потому что люди в принципе способны спасти свою планету от смерти и распространить Гею далеко за пределы Земли. Интеллект и технологии могут оказаться более мощным механизмом, чем деятельность цианобактерий. Нас можно назвать Техно-Геей. Вероятно, мы не сумеем помешать увеличению светимости Солнца, но мы можем защитить Землю. Солнце создаст нам проблемы через сотню миллионов лет, но если скорость технического прогресса не уменьшится, то уже через столетие или два мы будем в состоянии противостоять разогреву Солнца, соорудив что-нибудь наподобие солнечного щита, перекрывающего часть падающего на Землю солнечного света. Если мы не уничтожим самих себя и собственную планету каким-либо способом, то сумеем защитить ее потенциально на миллиарды лет. Почему бы и нет? Мы же не хотим быть зажаренными?"

«Вы не думаете, что мы разрушаем себя и планету прямо сейчас?» — спросил я. Мы достигли дальнего берега озера, не встретив ни одного человека. Внезапно по гравийной дороге, проходившей по гребню, с ревом промчался белый Форд F-150, обстреливая ближайшие кусты и деревья каменной картечью, летевшей из-под его колес. Три перепуганных кролика промчались мимо нас от дороги в сторону леса.

Кастинг нахмурился и швырнул растертые в кашу остатки травинки на землю: «Я теряю сон из-за того, что мы делаем то, что мы только что видели. Это не просто влияние на климат. Мы разбазариваем ценнейшие ресурсы Земли. Мы делаем ужасные вещи. Нет сомнений, что мы живем в эпоху массового вымирания, возникшего по нашей вине. Я не испытываю удовольствия от знания, что мы толкаем нашу планету в ловушку глобального потепления. Карбонатно-силикатный цикл через миллион лет компенсирует эффект от сжигания ископаемого топлива, а затем вековое снижение концентрации атмосферного СО2 продолжится. Если бы мы лучше знали, как все это работает, то, возможно, занялись бы накоплением нефти, угля и газа для той эпохи, когда планета действительно будет в них нуждаться. Сейчас на Земле запасено количество ископаемого топлива, достаточное, чтобы путем его сжигания повысить температуру на десять градусов Цельсия и сделать Землю такой же теплой, какой она была сто миллионов лет назад. Более того, мы могли бы сделать Землю такой же теплой, какой она была в начале архея. Растопив ледяные шапки, мы потеряем до 20% площади континентальной суши из-за повышения уровня мирового океана. Экваториальные районы могут стать практически необитаемыми, потому что жара, установившаяся там, станет неприемлемой для многих сельскохозяйственных культур. Половина мирового населения вынуждена будет переселиться ближе к полюсам. Миллиарды людей погибнут... Но технологии постоянно развиваются. Возможно, мировая экономика восстановится через двадцать или тридцать лет. Может быть, мы найдем способ обратить вспять те процессы, которые были вызваны нашим бездумным сжиганием ископаемого топлива. Не исключено, что мы построим и запустим TPF и найдем пригодные для жизни планеты за пределами Солнечной системы. Я думаю, что у нас еще есть время».


1 В июле 2014 года исследователи из Университета штата Пенсильвания опровергли существование планет Глизе 581d и Глизе 581g, показав, что на самом деле наблюдаемые явления были результатом звездной активности. — Примеч. пер.


Комментировать


 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия