Планеты и жизнь - Мухин Лев Михайлович (серии книг читать онлайн бесплатно полностью TXT) 📗
При подобных плотностях и линейных размерах обычные понятия и законы физики, в том числе и общая теория относительности, полностью неприменимы. Естественно, что ни о какой жизни не может идти речи. Понятие "время" также лишено смысла.
Если вести отсчеты от момента Взрыва, то уже через 0,01 секунды температура капли составляла приблизительно тысячу миллиардов градусов. Ни на Земле, ни на Солнце мы не можем даже представить себе подобных температур. Через 30 секунд температура снизилась "всего" до нескольких миллиардов градусов, и началось образование гелия. Конечно, говорить о какойлибо жизни при подобных температурах бессмысленно, да и где она могла существовать? Ведь тогда не было даже звезд (не говоря уже о планетах), а из элементов существовали только водород и гелий.
Поэтому забудем пока о Большом Взрыве и посмотрим на наш молодой мир, когда после Взрыва прошел приблизительно миллиард лет. Если считать по человеческим меркам, Вселенная была годовалого возраста.
За этот промежуток времени от чудовищной протокапли не осталось и следа. Горячий мир стал остывать. Появились пылевые облака. Часть этих облаков сжималась, начали вспыхивать звезды. В них происходили сложные процессы синтеза элементов.
Но где же в Космосе те места, те объекты, на которых могла возникнуть жизнь? Мы знаем, что есть звезды, есть газопылевые облака, планеты, метеориты, кометы. Кому же из них отдать предпочтение?
Глава II
ГДЕ И ИЗ ЧЕГО ЗАРОЖДАЕТСЯ ЖИЗНЬ?
За последние несколько лет при исследовании радиоастрономическими методами газопылевых облаков в Галактике в них было обнаружено несколько типов органических соединений. Особенно отметим синильную кислоту, формальдегид, метиламин, спирты. (Все эти простые молекулы - ключевые исходные продукты для синг теза более сложных соединений, абсолютно необходимых для жизни, например, аминокислот - строительных блоков белка.) Такое открытие тем более удивительно, что раньше в газопылевых облаках предполагалось лишь присутствие водорода и некоторого числа двухатомных соединений. Поскольку эти облака (или их фрагменты) отождествляются как районы зарождения звезд и планетных систем, то подобные результаты наблюдений представляют исключительный интерес.
После открытия органических молекул в газопылевых облаках межзвездные пылинки, на которых могут концентрироваться эти молекулы, стали называть семенами жизни. Совсем недавно знаменитый английский астрофизик Ф. Хойл выдвинул идею о том, что в глубинах Космоса жизнь может зарождаться именно на межзвездных пылинках. Более того, Ф. Хойл и его соавтор Н. Викрамсингх связывают эпидемии гриппа на Земле с внесением возбудителей этой инфекции из Космоса. Правда, Хойл деликатно обходит вопрос о том, как возникает жизнь на межзвездных пылинках.
Еще раньше высказывались мысли о том, что жизнь способна развиваться на кометах и астероидах. Но посмотрим, может ли действительно возникнуть жизнь в результате химических процессов в холодных газопылевых облаках?
Сравнительно простые молекулы, такие, как формальдегид и синильная кислота, там есть. Они возникают из льдов простых газов, таких, как пары воды, метан, аммиак, на поверхности пылинок. Что же потом?
Реакции образования более сложных полимеров идут при низких температурах очень медленно. Кроме того, из-за очень низкой температуры на пылинках нет жидкой воды, которая необходима для всего живого. Да и межзвездные пылинки очень малы, меньше микрона, даже нормальная бактериальная клетка больше. Нет, для жизни нужен комфорт, а здесь и холодно и "тесно".
В метеоритах находят уже более сложные соединения углерода аминокислоты. Казалось бы, всего один шаг до живого. Но нет. Метеориты тоже своего рода эволюционный тупик, поскольку у них нет ни гидросферы (хотя немного воды в химически связанном виде всетаки есть), ни атмосферы. Что же тогда остается? Только планеты?
Только планеты.
Попробуем разобраться, почему. Для этого нам придется посмотреть, какие природные факторы критичны для жизни. Естественно, сначала мы будем пока говорить о том, что ближе: о нашей, земной, жизни.
Хорошо известно, что так называемые термофильные (теплолюбивые) формы микроорганизмов существуют, в горячих вулканических источниках, температура которых достигает в некоторых случаях 95-98 градусов Цельсия. Механизмы, которые устраняют повреждения в клетках и повышают их устойчивость к высокой температуре, до конца непонятны, да у нас с вами нет необходимости вдаваться в детальный анализ биохимии термофилов. Ясно, что эволюция выработала защитные механизмы. Однако верхний температурный предел жизнедеятельности организмов, безусловно, есть, и мы не допустим серьезной ошибки, если установим его около 100 градусов Цельсия.
В том случае, если жизнь уже существует, нижняя температурная граница не столь критична. Однако мы акцентируем свое внимание на проблеме зарождения жизни, и нам необходимо учитывать скорости химических реакций. Поскольку большинство реакций проходит в жидкой фазе, то для нормальной жизнедеятельности автоматически получается и нижняя температурная граница около 0 градусов по шкале Цельсия.
Итак, для зарождения жизни мы получаем довольно узкий температурный интервал, всего около 100 градусов. Причем важно, что стабильность температур должна сохраняться очень долгое время без заметных перепадов.
Где же могут быть такие условия? Только на планетах, имеющих атмосферу. Именно атмосфера - фактор планетарного масштаба, исключающий резкие температурные перепады. Например, на Луне, лишенной воздуха, перепады температуры ночью и днем велики: от + 110 до -120, более двухсот градусов, а на Венере и Земле они незначительны.
Поскольку именно в атмосфере, гидросфере и на поверхности раздела фаз происходит синтез органических молекул, то вполне понятно, что для прохождения реакций синтеза на планетах должны быть какие-нибудь источники энергии.
Итак, планеты, да еще планеты с атмосферами. Кстати, атмосфера выполняет еще одну очень важную функцию: она защищает хрупкие органические молекулы от разрушительного действия ультрафиолетового излучения родительской звезды. Например, у нас на Земле жизнь вряд ли была бы возможна, если бы в атмосфере не было озонового экрана. Именно этот экран задерживает наиболее опасную часть излучения Солнца.
Условимся называть планеты, где жизнь типа земной в принципе может существовать, "зелеными планетами".
На таких планетах должна быть атмосфера, гидросфера и довольно комфортная мягкая погода. Но как долго все это должно существовать? Тысячу, миллион, миллиард лет?
Возраст Земли - около 4,5 миллиарда лет, и палеонтологи утверждают, что 3,5 миллиарда лет тому назад на Земле уже была жизнь. А сколько живут звезды?
Ведь известно, что некоторые из них взрываются. Это так называемые новые и сверхновые звезды. Ясно, что, если звезда взорвется, около нее не останется ничего живого. Существует общее правило в астрофизике: чем звезда горячее, тем меньше срок ее жизни. Поэтому "зеленые планеты" могут быть только около долгоживущих не очень горячих звезд, и тогда в сфере нашего рассмотрения останутся лишь звезды с временем жизни не менее миллиарда лет, то есть звезды спектральных классов F, G, К, М.
Здесь, однако, существенным фактором является тепловой поток, достигающий поверхности планеты, поскольку все мы не любим, когда слишком холодно. Например, энергия излучения М-карлика составляет лишь около 5 процентов энергии звезды типа Солнца. Но если планета в системе М-карлика находится недалеко от звезды, там будут вполне комфортные условия для жизни.
Эволюция органических соединений может достигать высокого уровня лишь на планетах. Действительно, в газопылевых образованиях концентрации вещества слишком низки, около 1 атома в кубическом сантиметре, чтобы с эффективностью шли реакции образования биополимеров. Нельзя, правда, исключить возможность синтеза простых аминокислот и в газопылевых облаках, и в атмосферах инфракрасных звезд. Что касается комет, то в лабораторных условиях, воспроизводящих "кометную" обстановку, ученые продемонстрировали возможность образования достаточно сложных органических молекул, а в метеоритах аминокислоты содержатся в заметных количествах. Тем не менее для всех процессов усложнения необходимы достаточно высокие концентрации материала, и именно поэтому все перечисленные объекты являются своего рода эволюционными тупиками. Итак, всетаки планеты.
