Что изучают астрохимия и астробиология? Откуда в космосе берутся органические молекулы и может ли там зарождаться жизнь? Почему мы до сих пор не встретили братьев по разуму и может ли случиться, что мы одиноки во Вселенной? Об этом наш разговор с Дмитрием Зигфридовичем Вибе, профессором РАН, заведующим отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН.
— Дмитрий Зигфридович, астрохимия — это область, которой вы занимаетесь уже очень давно. Как и когда эта тема пришла в астрономию?
— История астрохимии началась в конце 30-х гг. XX в. До этого времени люди не предполагали, что в космосе есть место для молекул. Молекулы считались чем-то земным или по крайней мере принадлежащим другим телам Солнечной системы. Какие в космосе могут быть химические процессы, если это пустое пространство, холодное, пронизанное разными разрушающими излучениями?
Но в конце 1930-х гг. обнаружили первые признаки того, что в межзвездной среде присутствуют не только атомы, ионы, но также и молекулы. А начиная с 1960-х гг., когда радиоастрономия уже пришла в астрономический обиход, оказалось, что молекулы в космосе не просто есть — их много и они весьма разнообразны.
На сегодня список различных химических соединений, обнаруживающихся в межзвездной среде, превысил 200 наименований. Среди них попадаются довольно сложные соединения, хотя первые молекулы, открытые в космосе, были простыми двухатомными соединениями. Но сейчас мы знаем уже о сложной органике, присутствующей в космосе.
Пока молекул было мало, на них можно было не обращать особенного внимания, думать, что, может быть, они появились из планетных систем, или были выброшены в космос, или это разрушение космической пыли. Но когда счет пошел уже на десятки, стало ясно, что мы должны выстраивать какое-то новое понимание процессов, которые происходят в межзвездном пространстве, включая химические реакции.
— Как вы пришли в эту область?
— Я в нее пришел по совету своего научного руководителя члена-корреспондента РАН Б.М. Шустова, поступил в аспирантуру Института астрономии РАН. И он мне предложил в качестве задачи заняться химическими реакциями. По образованию я астроном-геодезист и был от этого очень далек. Но задача меня привлекла, потому что в то время мне было не очень важно, чем заниматься.
А потом оказалось, что эта задача, во-первых, очень интересная, во-вторых, очень многоплановая. Это не просто какое-то узкое направление, по которому ты идешь, у нее огромное количество ответвлений, которые связаны и с наблюдениями, и с теоретическим моделированием. А в последнее время мы становимся все ближе к лабораторному моделированию. То есть это очень богатая область, и в институте сейчас ею занимаюсь далеко не я один, у нас выросла научная группа.
— Дмитрий, откуда в космосе молекулы?
— Этим вопросом люди задавались долгое время. Начиная примерно с 70-х гг. XX в. предполагается, что в межзвездных молекулярных облаках происходит некий комплекс химических процессов. Они протекают как в межзвездном газе, так и на поверхности космических пылинок. Космические пылинки играют колоссальную роль. Этот комплекс связан с тем, что мы берем некий изначальный набор атомов, а именно водород, углерод, азот, кислород (чем дальше по таблице Менделеева, тем вклад элементов меньше), и они начинают потихоньку друг с другом соединяться.
Самая важная реакция, с которой, собственно, все начинается, — это образование молекулярного водорода. Облака называются молекулярными, потому что в них находится водород в молекулярной форме. Это самый главный, самый распространенный элемент во Вселенной. Образование молекулярного водорода оказывается неким стимулом, провоцирующим формирование и других, сначала простых молекул — двух-, трех-, а то и четырехатомных. Их становится все больше, они начинают реагировать друг на друга, превращаться в еще более сложные соединения.
Сейчас у нас есть уверенность, что этот химический синтез может доходить как минимум до простейших аминокислот. Прямых доказательств существования аминокислот мы пока не имеем, но понятно, что это чисто техническая проблема, связанная с тем, что их сложно увидеть, сложно отождествить. Однако никаких химических препятствий к их синтезу нет. То есть космос, молекулярные облака оказались способными производить вполне сложные многоатомные молекулы, и мы пока не знаем, каков предел этого синтеза в молекулярных облаках.
— А где осуществляется переход между органической молекулой и простейшим живым организмом? Может ли он произойти в космическом пространстве или для этого нужна некая среда, где есть атмосфера, вода и т.д.?
— В 1960-е гг., когда появилось понимание того, что среди космических пылинок есть частицы, богатые углеродом, выдвигались гипотезы, что некоторые из этих частиц, признаки которых начали проявляться в наблюдениях, в действительности представляют собой окаменевшие высохшие остатки живых организмов. То есть были такие романтические люди, которые утверждали, что прямо в космосе, в молекулярных облаках эта цепочка доходит до живых организмов. Но это очень серьезное утверждение.
— Вы его не разделяете?
— Есть такой афоризм: чрезвычайным утверждениям нужны чрезвычайные доказательства. Сегодня мы не имеем таких доказательств, поэтому, думаю, у нас нет права говорить, что жизнь может образовываться в межзвездном пространстве.
Но и ответа на ваш вопрос у нас нет. Мы не знаем, где может появляться жизнь. Единственный пример, который нам известен, — это пример земной жизни, и он как будто нам подсказывает, что должна быть планета, на которой это все происходит. Должны быть соответствующие условия, довольно специфические по температуре, давлению, наличию воды. И мы пока находимся в рамках этого представления, называемым земным шовинизмом, или углеродно-водным шовинизмом, не очень понимая, насколько мы можем выходить из этих рамок.
— Но наверняка у вас есть какие-то гипотезы? Может ли быть какой-то другой сценарий, кроме земного?
— Гипотезы присутствуют, но, к сожалению, у нас, честно скажем, отсутствуют возможности для их проверки. Поэтому очень большое внимание к себе привлекают, например, исследования Марса. Или в Солнечной системе есть еще некоторые подозрительные тела, на которых мы можем надеяться найти некую жизнь, — спутники планет-гигантов, в первую очередь Европа у Юпитера и Энцелад у Сатурна. Если мы там что-то найдем, пусть самую высохшую, маленькую, умершую 4 млрд лет назад бактерию, это будет означать, что во Вселенной полно жизни. Но пока нет убедительных тому свидетельств.
Есть несколько сообщений о том, что в метеоритах находится нечто, похожее на окаменевшие остатки микроорганизмов. Это и метеорит, прилетевший с Марса, и примитивные метеориты, которые никогда не входили в состав большого космического тела. Но здесь мы опять вспоминаем, что чрезвычайным утверждениям нужны чрезвычайные доказательства, так что пока эти находки не получили широкого признания в научном мире.
— Палеонтолог А.Ю. Розанов, как мы знаем, ― активный сторонник теории панспермии. Он совершенно уверен, что, изучая метеориты, мы можем обнаружить в них останки микроорганизмов. Вы с этой точкой зрения не согласны?
— Я не специалист ни в живых микроорганизмах, ни в окаменелостях, поэтому у меня нет своей научной точки зрения на этот вопрос. Но в целом концепция панспермии у меня вызывает некоторые логические вопросы. Прежде всего, совершенно очевидно, что через панспермию мы проблему происхождения жизни не решаем. Мы ее переносим на какое-то другое тело. На какое?
— Это сакраментальный вопрос.
— Что мы можем предложить в Солнечной системе? Фактически только Марс. И мы знаем, что вещество с Марса прилетает на Землю, потому что марсианские метеориты мы просто находим. То есть в принципе это возможный процесс. Но, во-первых, зачем вообще нужна панспермия с биологической точки зрения? Почему вообще надо с Земли куда-то это уносить?
— Чтобы добавить время?
— Казалось бы, да. На Земле не совсем понятно, достаточно или нет этих оставшихся нам четырех с чем-то миллиардов лет. И если предположить, что этого времени недостаточно, то, принеся жизнь на Землю откуда-то, мы добавляем еще какой-то кусочек времени. Допустим, на Землю прилетел уже какой-то полуфабрикат, раньше образовавшийся где-то на другом космическом теле. И образование жизни мы начинаем не 4 млрд лет назад, а несколько раньше.
Но Марс к этому времени добавляет очень мало — максимум несколько десятков миллионов лет. Чтобы решить проблему времени, мы должны предположить, что жизнь была занесена в Солнечную систему из другой планетной системы.
Здесь получаются уже более длительные времена, то есть можно смело сказать, что мы добавляем к этому времени сотни миллионов лет. Но здесь у нас возникает проблема, во-первых, сохранения жизни на протяжении этого перелета, потому что межзвездная среда — довольно неблагоприятное место. Этот камень, переносчик жизни, должен пролететь эти 100 млн лет в стерилизующей среде, сохранив каким-то образом жизнь внутри себя. Возможно ли такое?
Еще одна проблема — проблема вероятностей. Вместо того чтобы говорить, что жизнь зародилась у нас на Земле, мы говорим, что она зародилась где-то еще, потом в результате каких-то хаотических процессов вещество оттуда было выброшено в окружающую среду, в межзвездное пространство. И вот этот камень летел-летел и попал в Землю.
— Или кем-то был сознательно туда запущен.
— Это тоже допустимая точка зрения, но она ненаучная. Как только мы допускаем вмешательство инопланетян, наука заканчивается. Это не значит, что это неправильная точка зрения. Она просто ненаучная. Мы не можем ее никак проверить, мы ничего не знаем об инопланетянах, поэтому можем приписывать им любые свойства и возможности.
— Помимо астрохимии существует еще одна интересная и довольно молодая наука — астробиология. Чем она занимается?
— Астробиология институализировалась относительно недавно. Где-то с середины XX в. возникло представление о том, что все предшествующие представления о жизни во Вселенной оказались какими-то очень нереалистичными. Если посмотреть философскую литературу XVII, XVIII, XIX вв., жизнь во Вселенной казалась существующей совершенно бесповоротно. М.В. Ломоносов об этом писал, Иммануил Кант не чурался.
— Ломоносов писал, например, о том, какой веры придерживаются существа с других планет.
— А для Канта вполне были допустимы не просто рассуждения о жизни во Вселенной, о том, что у нас все планеты заселены, но и о том, какие характеры у разумных существ на Меркурии. На Меркурии тепло, поэтому они там все горячие. А вот на Юпитере живут существа поспокойнее. Уильям Гершель, величайший наблюдатель всех времен и народов, в научных статьях писал об обитаемости Солнца. До середины XX в. Венера тоже совершенно спокойно считалась обитаемой планетой, потому что она окутана облаками, а облака — это дождь. А дождь — это много воды. А много воды — это джунгли с богатейшей жизнью.
Но методы наблюдения развивались, начались космические исследования — и оказалось, что на Марсе все плохо, а на Венере все очень плохо. И все наши попытки услышать какие-то сигналы оборачиваются ничем. И этот безудержный энтузиазм, с которого все начиналось, начал угасать.
— Но одновременно расширяется диапазон возможностей для существования жизни. Жизнь находят там, где ее вроде бы быть не может. Так, может быть, и условия, кажущиеся нам сейчас невозможными, все-таки подходят для существования каких-то иных, чем наша, форм жизни?
— Понять этот диапазон условий, насколько мы его можем раздвигать — это уже задача биологии. Задача астрономии — понять, где эти условия встречаются во Вселенной. Вот мы расширили диапазон температур, кислотности и прочего. Хорошо. Где это? Куда смотреть? И что искать?
— Этим и занимается астробиология?
— Да, это отчасти комплекс проблем, которыми занимается астробиология.
— Дмитрий Зигфридович, вы говорите, что у вас начинаются лабораторные эксперименты. О чем речь?
— Это эксперименты в рамках нашего сотрудничества с другими организациями, в первую очередь с химическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова. В астрохимии важнее всего наблюдение. А для того чтобы эти наблюдения интерпретировать, нам очень хочется проверять наши предположения в лабораторных условиях. А это что означает? Это означает очень низкие давления и очень низкие температуры. Возможности достижения этих условий в лабораториях крайне ограниченны. Но тем не менее они начинают появляться.
Существуют несколько направлений в лабораторной астрохимии, одно из них — определение скоростей реакции. Мы знаем или предполагаем, какие реакции происходят в молекулярных облаках, но далеко не всегда знаем, какова их скорость. А это важно, потому что мы можем подумать, что какая-то реакция быстрая, а она на самом деле медленная. Бывает и наоборот. Далеко не всегда эти скорости можно предсказать из каких-то более общих соображений. Иногда эксперименты приносят реально неожиданные результаты.
— Например?
— Вот один из примеров. На школьных уроках химии у нас были спиртовки. С их помощью нужно подогреть реагенты. Когда мы подогреваем вещества, они начинают реагировать быстрее. И кажется логичным, что если мы снижаем температуру, то падают скорости химических реакций. Но выясняется, что ниже 70 К (это примерно –203º C) скорость начинает опять расти. Оказывается, скорость некоторых реакций падает при снижении температуры с комнатной до 70 К, а при дальнейшем снижении начинает снова расти. Это примерно те условия, которые царят в молекулярных облаках.
Конечно, не всегда удается достичь именно того уровня, но сейчас все больше установок, позволяющих это делать и достигать не просто низких давлений, но и низких температур, и поддерживать эти условия на протяжении достаточного времени, чтобы успели произойти реакции.
— А зачем в космосе все эти процессы? Для чего воспроизводить сложные молекулы, в том числе органические?
— Я не думаю, что в космосе что-то происходит для чего-то. Это просто есть. Мы не знаем, зачем это, и, я думаю, это не входит в задачу науки.
— Если убрать эти молекулярные облака из космического пространства, что-то изменится или будет то же самое?
— Вселенной это абсолютно безразлично, потому что у нас основная составляющая барионного вещества — водород и гелий. Их просто намного больше, чем всего остального. А то, что представляем собой мы и наши планетные системы, — это все очень тонкая пленочка. В ней что-то происходит. Отлететь немного в сторону — и этого уже не видно.
Этому тоже посвящено множество работ. Насколько вообще возможно обнаружить наличие жизни на Земле? Вот мы смотрим на Марс, Европу, Энцелад или на какие-то планеты у других звезд и не можем понять, как там обнаружить жизнь. А давайте посмотрим на Землю. На Земле жизнь точно существует. А мы найдем жизнь на Земле, если начнем смотреть на нее со стороны? Оказывается, что это довольно проблематично.
— Почему?
— Из-за колоссальных расстояний и всегда ограниченной чувствительности приемников. Как только мы вылетели за пределы системы «Земля — Луна», мы просто перестаем различать всю эту суету. Конечно, можно привлекать в качестве признака состав атмосферы. В астробиологии это поиск биосигнатур. Кислород изначально предлагался в качестве основной биосигнатуры. Но ценность астробиологии состоит отчасти в том, что она несколько расширяет наше представление о возможных процессах в планетных атмосферах. Начали появляться работы, показывающие, что кислород в атмосфере может быть небиологическим. Можно придумать такие параметры химического состава планеты, вулканических процессов, взаимодействия атмосферы и поверхности, при которых кислород будет появляться в атмосфере небиологическим путем.
— А метан?
— Да, это тоже важная биосигнатура. У нас живые организмы производят метан. И вот метан обнаруживается в марсианской атмосфере. Оказывается, есть небиологические процессы, которые тоже могут приводить к появлению метана. Сейчас люди начинают склоняться к тому, что нужно обнаруживать кислород, метан и, может быть, что-то еще. Если мы обнаружим и то и другое, тут уже надо задумываться поглубже. Хотя и в этом случае возникает вопрос: ну и что? Вот мы посмотрели на экзопланету, обнаружили в атмосфере пять биосигнатур. Что дальше делать?
— Посылать туда космические аппараты?
— А зачем? Мы не увидим поверхности экзопланет в любом обозримом будущем. Да, мы уже сейчас получили возможность определять химический состав их атмосфер. Но есть ли в атмосфере что-то такое, чтобы мы это увидели и очень удивились?
Полететь туда мы не можем, телескопов, достаточно чувствительных для того, чтобы что-то больше увидеть, у нас нет и не предвидится. Хотя есть определенные идеи. Но, с другой стороны, если мы не начнем идти в эту сторону, мы точно никогда ни к чему не придем.
— А может быть, нам не суждено встретиться никогда?
— Это вполне возможно. Мы можем оказаться единственной цивилизацией во Вселенной. Никаких к этому препятствий нет.
— Это не кажется вам абсурдом? В такой огромной Вселенной, при том, что в космосе полно органики, — и мы единственные?
— Этот довод встречается очень часто. Ну как можно говорить, что мы одни во Вселенной, если у нас в галактике сотни миллиардов звезд, а во Вселенной — сотни миллиардов галактик?
Но эти эпитеты — откуда они берутся? Мы сравниваем Вселенную со своим размером. А с какой стати? Почему мы решили, что наш размер, эти полтора метра — эталон? Ведь Вселенная огромна по сравнению с этим эталоном. Мы не знаем, что нужно для зарождения жизни. Мы даже не знаем, что такое жизнь. Как только мы начинаем об этом думать, оказывается, что у нас Солнце не вполне типичная звезда, как и архитектура Солнечной системы; Луна, стабилизирующая вращение Земли, тоже появилась в результате какого-то не очень типичного процесса. И вот когда мы начинаем перемножать между собою все эти множители, мы можем получить весьма небольшую вероятность.
— Почему человечество с таким упорством хочет встретить братьев по разуму и при этом не хочет услышать друг друга?
— А может быть, именно поэтому. По-моему, у И.С. Шкловского была такая мысль, что нам просто страшно. Мы такие маленькие и беззащитные в такой огромной Вселенной, как в какой-то гигантской пустой квартире. Любая наша ошибка — катастрофа, ведь кроме нас никого нет. А если кроме нас есть кто-то еще, мы можем немного и ошибиться. Может быть, они прилетят и исправят наши ошибки.
А может быть, они уже за нами наблюдают. По крайней мере, если у нас что-то пойдет совсем не так, то где-то там в другом месте будет лучше. А если мы одни, то мы, как говорил И.С. Шкловский, — мыслящий авангард материи. Это колоссальная ответственность, которая нам не по силам. Наверное, искать общий язык друг с другом не столь важно, сколь решить проблему одиночества. Мы воспринимаем человечество как единый организм, поэтому разобщения столь остро не чувствуем.
— А вы сами как считаете? Одиноки мы во Вселенной или нет?
— Я не знаю. Я не могу и не хочу переходить в этом вопросе к категориям веры. Мне было бы очень интересно встретиться с другой жизнью, с представителями других цивилизаций, но я понимаю, что мое желание не имеет никакого значения. Вот если они прилетят, сядет у меня перед носом тарелка, выйдут из нее маленькие зеленые человечки, тогда и будем рассуждать.
— А вы никогда не наблюдали каких-то необъяснимых явлений на небе?
— Да много раз. Это просто говорит об ограниченности моих познаний. Я не могу объяснить все. Поэтому, когда я вижу нечто, для меня необъяснимое, я чувствую себя совершенно спокойно. Я не начинаю думать, что это инопланетяне. Я не говорю себе: «О, это новая физика, это братья по разуму!» Я говорю себе, что это нечто земное. Просто я не знаю, что именно. Ведь если я скажу обратное, это будет означать, что я абсолютизирую свои познания. А это совсем неправильно.
